上海地区承压含水层降水对深基坑受力变形影响研究

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随着上海软土地区地下空间开发深度不断增加,深基坑施工常需考虑承压含水层的影响。与传统的开挖卸荷、疏干降水的基坑有所不同,减压降水将改变土层中渗流场和应力场的分布,进而影响基坑的受力变形。因此,研究减压降水对深基坑受力变形的影响,分析基坑变形的空间分布特征,对控制变形和环境响应具有重要意义。本文基于上海市典型的地质和工程条件,精细地模拟了深基坑开挖降水耦合施工全过程:针对圆形基坑分析其考虑降水影响的深基坑变形特性及减压降水导致的附加变形,探究受力变形和影响因素;针对方形基坑分析了考虑降水影响的深基坑变形空间分布特征,提出了墙体净水土压力分布模式和三维坑外地表沉降分布模式。最后,依托工程实例建立数值分析模型,对比数值结果与实测数据,并以此验证本文的地表沉降模式。本文主要内容和成果如下:(1)建立承压含水层中圆形深基坑施工的数值模型,探究考虑减压降水的基坑受力变形特性和减压降水导致的附加变形特性,提出墙体净水土压力分布模式和二维的坑外地表沉降分布模式。结果表明:开挖与降水单独计算相叠加的非耦合算法高估了墙体水平变形和坑外地表沉降,低估了墙下土体水平位移。减压降水改变承压层内墙体净水土压力分布,增大墙趾附近的墙体水平变形,减小承压层顶板附近的墙体水平变形;墙体附加水平变形与支护体系的刚度有关,受墙土接触强度、隔断比的影响较小。墙下土体附加水平位移主要受减压降水影响,与水平卸荷程度和隔断比有关。坑外地表沉降受开挖和降水共同影响,坑外2.0He(He为基坑开挖深度)以外主要受减压降水影响,2.0He以内主要受开挖影响;减压降水将增大地表沉降的数值,扩大沉降影响范围,但不改变地表沉降的分布特征;开挖将减小坑外1.5He以内的附加地表沉降,减小的幅度与承压含水层埋深、墙土接触和隔断比有关。(2)建立承压含水层中方形深基坑施工的数值模型,探究开挖降水共同作用下墙体水平变形和坑外地表沉降的空间分布特征,提出了三维的坑外地表沉降分布模式。结果表明:基坑开挖对渗流场分布的影响较小;减压降水将改变基坑变形的数值,但不影响基坑变形的空间分布特征。地连墙端部的拐角效应将缓解边长端部1.0He范围内的墙体水平变形和坑外地表沉降;在拐角效应影响范围之外的不同纵剖面上,减压降水对墙体水平变形的影响基本相同:减小开挖面附近的变形,增大墙趾附近的变形。减压降水将增加坑外任意位置的沉降值;开挖将缓解坑外1.5He范围内任意位置处的附加地表沉降。(3)依托实际工程,分别建立上海中心主楼圆形基坑和上海市轨道交通祁连山南路站基坑的数值模型,对比分析实测数据和数值结果,应用并验证本文的地表沉降分布模式。结果表明:圆形基坑空间结构刚度较大,减压降水对坑外地表沉降影响较大,沉降槽较宽;狭长矩形基坑变形的空间分布特征明显,受拐角效应影响较大。本文提出的地表沉降分布模式不仅能较好的反映上述两类深基坑开挖降水导致的坑外地表沉降,也能反映坑外浅埋管线的竖向变形和回灌之后的坑外地表沉降分布。
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