库岸建筑受库水位影响分析及防治措施研究

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库区城市受地形限制,不可避免的会在库岸上建造建筑物,而受水库蓄水、泄洪及降雨等因素的影响,库水位会不断的发生变化。库水位变化不仅使岸坡表面受到库水压力的加载、卸荷作用,还使岸坡内出现饱和-非饱和渗流,导致岸坡地基产生位移变形,进而使上部建筑出现不均匀沉降、隆起、水平侧移等,严重时甚至会使建筑物发生结构破坏,造成重大经济损失及人员伤亡。因此,采用饱和-非饱和渗流理论及地基-基础-上部建筑共同作用理论研究库水位变化对库岸建筑的影响,从而探索库岸建筑病害的形成机理及规律,以便采取科学合理的防治措施,对保障库岸建筑的安全性有重大意义。目前国内外针对库岸建筑在库水升降影响下的位移、结构内力变化规律的研究还较少,且缺乏防治措施建议。鉴于上述情况,本文以一栋长江沿岸的库岸建筑为研究对象,采用有限元软件ABAQUS建立了岸坡-基础-上部建筑整体模型,研究了库水升降作用下库岸建筑的位移、应力变化规律以及岸坡地下水位的变化规律。主要研究内容及成果如下:(1)总结了库水对岸坡作用的类型,阐述了与渗流相关的基本理论,并对地基-基础-上部建筑共同作用的原理及库水升降作用在ABAQUS中的实现方式进行了论述。(2)以长江沿岸某库岸建筑为原型建立了整体模型,并进行了数值模拟计算。结果表明:在库水上升阶段,库岸建筑在竖直方向发生隆起,在水平方向上发生指向岸坡后缘的侧移;在库水下降阶段,库岸建筑的隆起值逐渐减小,而水平侧移先减小至0,后反向增大;建筑的位移会导致结构附加内力的产生,其值随库水升降而增减。此外,在工程现场对库岸建筑进行了竖向位移监测,并将监测数据与数值模拟结果对比,误差均小于6%,验证了本文所用数值模拟方法的可靠性。(3)考虑库水升降速度、库水升降幅度、岩土参数的影响,分析了库水升降作用下岸坡浸润线以及库岸建筑的位移规律。结果表明:库水升降速度越快,则岸坡内浸润线变化速度越快,渗流作用越强烈,建筑位移值越大(升降时间相同时);库水升降幅度越大,上部建筑的位移越大(升降速度相同时);岩土弹性模量与库岸建筑位移值成负相关,泊松比与库岸建筑位移值成正相关;岩土渗透系数越大,在库水上升阶段浸润线位置越高,在库水下降阶段边坡前缘浸润线位置越低,岩土渗透系数在2.7×10-4cm/s-8.1×10-4cm/s区间与库岸建筑位移值近似成二次函数关系。(4)采用在岸坡表面加设防渗土工膜和对库岸建筑地基进行注浆加固两类防治措施,通过数值模拟对比分析了防治效果。结果表明:加设防渗膜后,渗流作用得到有效减弱。对地基进行注浆加固后,库岸建筑的位移值显著减小,其中加固深度为0-2m时,建筑水平位移的减小幅度最大。加设防渗膜和对地基进行注浆加固均能有效减小建筑位移和结构附加内力,注浆加固防治效果更好。(5)根据研究结果得出了计算库岸建筑位移值的函数关系式,适用于本文研究范围内。主要有以下两类:一是根据库水升降速度、升降幅度、岸坡岩土参数计算库岸建筑位移值的函数关系式,该类关系式可用于评价库水升降对上部建筑的危害程度;二是根据防渗膜覆盖高度、渗透系数和地基注浆加固深度计算库岸建筑位移值的函数关系式,该类关系式可用于分析不同防治措施的预期效果。
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