随着高层、超高层建筑和地下建筑的不断增多,基坑向大深度、大面积方向发展已成为必然趋势。为了保证基坑稳定与施工的顺利进行,防止与地下水有关的土体失稳,不仅要考虑支护措施的可靠性与经济性,同时还必须保证降水效果及其引发的渗透破坏。深入研究渗透变形规律,正确分析渗流对降水效果及基坑稳定性的影响机理,将其应用于实际工程中,改进现行基坑降水设计方法,既能节约工程成本,又可将相关理论加以完善,因此具有重要的经济意义和学术价值。本文在总结武汉市基坑降水工程经验的基础上,结合具体实例,从渗透变形理论入手,着重研究渗流对基坑土体稳定性的影响机理,采用数值模拟方法,分析了降水过程中各参数对降水效果的影响关系,以及不同土质条件下的基坑渗流场特性,并对现有基坑抗突涌验算与降水设计方法进行了探讨与改进。首先,本文对渗透变形理论进行了总结,研究了土的渗透性及其影响因素,探讨了基坑渗透变形的机理与施工中可能出现的渗透变形的类型及其判别标准,提出了防治基坑渗透变形的措施与对策。以武汉长江隧道武昌盾构井降水工程为实例,对基坑土体进行了渗透稳定性计算,综合判别基坑土体总体为管涌型土,在无降水支护等措施情况下有渗透破坏的危险,进而总结了降水在基坑工程中的作用。其次,本文深入学习了渗流理论,建立了非稳定渗流的计算方程,为文中涉及的降水问题寻求合理的理论支持。以渗流基本微分方程为基础,以里兹有限元法为手段,编制了地下水渗流有限元程序,应用Visual Modflow软件对文中实例进行了三维非稳定渗流数值计算,并将计算结果与实际监测值进行对比,验证了所建模型正确,能满足计算要求。第三,为方便进一步对比研究,本文以武汉地区基坑降水工程的常见条件为标准情况,将模型简化。通过改变各种基坑参数(渗透系数、抽水量、抽水井深度和边距、隔水帷幕深度),对基坑降水进行了大量的计算,得到了不同参数情况下的基坑降水时程曲线,具体分析了影响降水效果的因素及其作用机制。在保持抽水总量不变的情况下,尽可能选用抽水量较小的井,抽水井和隔水帷幕的插入深度适中,以及较大的井边距,对于基坑降水的效果有明显的积极影响。同时,混合搭配抽水量相差较大的井,采用两边插入深度相对较小、中间插入深度相对较大的布置方法,可以大大提高抽水效率。这些计算分析结果为实际降水工程合理确定相关参数提供了依据。第四,本文利用GeoStudio软件中的SEEP/W模块,分析了不同土质条件下基坑的渗流场特性,较好地反映了基坑渗流场中等势线、流速矢量以及水力梯度等渗流要素受土质条件影响的变化规律,研究了渗流对基坑土体渗透稳定性的影响作用,探讨了工程中可能出现的不利因素。分析表明:在均质各向同性非成层土中,基坑角点和基底溢出点附近水力梯度最大,是最易发生渗透破坏的地方;在成层土的情况下,水位等势线有向渗透系数小的土层聚集的趋势;当水平向渗透系数大于竖向渗透系数时,对基坑渗透稳定最不利。最后,利用渗透变形理论,本文研究了考虑渗流作用的基坑抗突涌验算方法——渗透力平衡法。并从原理、表达式以及适用范围等方面,讨论了该方法与现有的压力平衡法之间的关系,指出用压力平衡法进行验算偏于安全,而用渗透力平衡法较为经济。为正确评价基坑抗突涌稳定性,建议用渗透力平衡法计算的最小安全系数则宜大于1.1,但应小于新规范中的下限值1.5。通过大量计算,验证得到:大面积开挖情况,κ=1.4,局部承台处,κ=1.2,较为合适。同时,基于抗突涌验算方法的分析,本文研究了考虑渗流作用时基坑水位降深的计算公式。与原有方法进行对比,在其他条件相同时,考虑渗流作用求得的水位降深要小。并且指出,两者的差值与上覆层土体的浮重和厚度有关。在适当的开挖深度和土层条件下,考虑渗流效应计算降深,既能满足抗突涌稳定要求,又可取得较为理想的经济效果。实际工程中,难以出现覆盖层为绝对不透水层的情况,土体内存在孔隙,相对于承压含水层而言上覆土层应视为弱透水层,不能忽视渗流的作用。在基坑抗突涌验算和水位降深设计中考虑渗流作用,具有客观性、普遍性和实际性,更加经济合理。