考虑渗流-应力耦合基坑开挖降水数值分析

运用GTS（Geotechnical and Tunnel analysis System）软件对基坑开挖降水过程进行了详细数值模拟,对比分析了基坑开挖时,考虑降水引起的地下水渗流作用和不考虑渗流作用下的基坑周围土体位移、支护结构位移以及内力,同时分析了止水帷幕、渗透系数及降水深度对基坑力学性能的影响.分析结果表明：渗流对基坑工程影响不容忽视,深基坑稳定性分析应当充分考虑地下水渗流的作用;设置止水帷幕可以有效地减小基坑周围土体的变形,渗透系数与降水深度的加大均会使地表沉降值增大.     

地下水渗流对基坑稳定性影响

论述了基坑开挖过程中常用的降水方法——明沟排水和井点降水以及相应的水流运动;简要阐述了动水压力分析法和管涌(流砂)的产生机理,导出渗流力公式和管涌的安全系数,对影响基坑水力稳定的因素作简要评述;分析了基坑深开挖过程中渗流场的变化规律及对应力场变化的影响,忽略固结效应,将渗流场的水力作用与应力场耦合,力图通过这种分析,以求得地下水渗流对基坑稳定性影响的基本规律的认识。     

地下水渗流对悬挂式止水帷幕基坑变形影响

以某透水性土层较深的悬挂式止水帷幕基坑为背景,采用ABAQUS建立考虑分级降水开挖全过程的三维流固耦合模型,研究降水对于基坑变形发展的影响规律和不利因素,分析开挖前预降水深度、止水帷幕深度对基坑变形性状的影响. 研究表明：渗流与开挖支护具有明显的耦合效应,降水引起的围护结构侧移增量模式随开挖和支撑施作情况不同而差异较大,降水引起的地表沉降是由土体固结和渗流引起的围护结构侧移引发的地表沉降组成;地表沉降影响范围较经验预测值明显偏大,在基坑西侧地表沉降最大点,降水施工期累积产生的沉降约占48%;各级降水中第1级降水对基坑变形最不利,围护结构初始侧移随第1级降水深度的增加而快速增长,使得竣工后的最大围护结构侧移和坑外地表沉降呈指数增长;止水帷幕对于减少坑外水位下降和控制地表沉降有显著作用,随着帷幕深度的增加,地表最大沉降和沉降影响范围降低,存在最优止水帷幕深度使得帷幕超过最优深度后地表沉降趋于稳定.     

基坑开挖过程中地下水渗流数值模拟

地下水渗流会对基坑的安全构成威胁。本文基于深基坑工程实例,建立了三维基坑渗流模型。通过对邯郸市某建筑基坑开挖过程中渗流情况的数值模拟,分析了基坑分阶段开挖过程中基坑内外土体中孔隙水压力在时间和空间上的分布规律。分析结果表明基坑开挖过程中地下水由基坑外部向内部渗流,基坑内、外部形成主、被动压力区,对基坑内部稳定性不利。研究结论为深基坑的设计与支护提供理论指导。     

深基坑开挖及渗流对邻近隧道的影响分析

为明确基坑开挖过程中邻近隧道的力学响应特征,利用有限元数值模拟软件,对隧道管片的变形和内力进行分析,通过控制开挖过程中水头和水压力的变化,分析基坑开挖过程中地下水渗流对邻近隧道的影响。结果表明:基坑开挖会导致邻近隧道的变形和内力变化,考虑地下水渗流作用时隧道的变形和内力会显著增加,并且随着基坑开挖深度的增加,隧道管片的变形和内力也随之增大。     

南水北调中线典型渠段施工期降水措施研究

针对南水北调中线工程陶岔—沙河南段施工期地下水问题,选取典型断面建立渗流数值模型,计算分析有、无降水措施及不同计算条件下基坑的渗流场分布特征.研究结果表明,对于存在承压水的基坑工程,当基坑开挖深入地下水位以下且随着含水层顶板减薄,基坑底部易出现安全问题,应采取渗流调控措施;施工期补给边界、含水层厚度及其渗透性、降水井布置等因素对基坑降水效果的影响显著.     

某深基坑工程止水帷幕透水渗漏的防治

深基坑止水帷幕透水渗漏是基坑开挖过程中经常出现的质量问题,对深基坑的边坡安全危害极大.笔者介绍了青岛市某医院扩建工程在深基坑支护施工中出现止水帷幕透水渗漏质量问题的处理过程,通过此案例分析了在深厚砂层中帷幕渗漏的原因,提出了类似基坑止水帷幕渗漏的处理方法及预防措施.     

南京地铁基坑工程地下水控制与渗流分析

通过对南京市地铁10号线绿博园站基坑工程悬挂式隔渗帷幕抽水试验的研究,结合基坑地质水文条件,基坑所采取的支护结构以及基坑开挖深度,利用试验建立的地下水三维渗流模型进行数值分析,得出地下连续墙的嵌固深度对深基坑涌水量、基坑水位降深的效果。结果表明,在隔渗帷幕内试验,帷幕绕流阻水效果明显。     

基于深基坑群井抽水试验的落底式止水帷幕隔水效果分析

为查明某超大深基坑地下连续墙止水帷幕的隔水效果,通过选取现场20口抽水井和坑外21口、坑内14口观测井开展了群井抽水试验,观测了各组试验井中地下水深随时间的变化,同时对周边建筑和道路进行沉降监测,并通过理论公式对降水过程中产生的地面沉降量进行计算。结果表明:虽然落底式止水帷幕无法完全阻隔坑内外水力通道,但可以延长地下水从坑外涌入坑内的渗流路径,从而大幅度减缓坑内外水位的下降速率,可见在该工程中采用落底式止水帷幕能保证施工安全的需求。     

地下水对基坑工程影响的数值分析研究

研究了均质土中不同地下水条件对基坑工程性状的影响,得出了一些对工程实践具有指导意义的结论:地下水渗流扩大了基坑周围土体水平位移和竖向位移的影响范围;地下水渗流使得坑外主动区有效应力增大,坑底被动区有效应力减小,导致坑外地表沉降和坑底隆起变形量增大。研究表明,渗流作用引起的地表沉降最大值发生在坑外约3倍基坑开挖深度处。     

小湾拱坝坝基开挖及加固的三维弹粘塑性有限元分析

采用三维弹粘塑性有限元法对小湾拱坝坝基开挖及加固进行了分析,计算了初始地应力和渗流场的作用,模拟了分步开挖的过程,考虑了锚杆和锚索的加固效应,评价了爆破松弛对边坡稳定的影响.计算结果表明,边坡整体是稳定的,开挖设计合理,锚固措施得当.由于安全系数并不高,故提出了相应的建议,以进一步提高开挖边坡的稳定性.     

岩溶区地下厂房洞室群围岩渗流效应分析

岩溶渗流效应包括渗流场的力学效应和岩体软化效应。针对富水岩溶区地下工程的特殊赋存环境,提出了岩溶地下厂房3维渗流场力学效应耦合计算方法和基于强度折减原理的渗流软化效应分析方法。计算分析了不同工况、围岩不同软化程度下洞周变形破坏规律。提出地下洞群整体软化安全系数的确定方法,定量评价不同工况下地下厂房洞群围岩整体相对稳定状态,分析岩溶渗流软化效应对围岩稳定的影响。工程实例表明:考虑渗流场力学效应时,开挖完毕围岩变形都明显增大,变化规律与监测相符;对比无渗流场、考虑施工期渗流场和考虑运行期渗流场各工况的整体软化安全系数变化规律发现,渗流场软化效应显著;运行期正常蓄水后,地下水位的提高引致厂区渗流场调整,对围岩整体稳定存在明显影响。整体软化安全系数能够有效地反映渗流软化效应对岩溶地下厂房围岩稳定的影响,为岩溶区地下厂房工程优化设计、施工监测及安全运行评价提供有益参考。     

基于FLAC~(3D)的某水电站大型地下洞室群开挖及锚固效应数值分析

根据地下洞室开挖和锚固施工方法,采用FLAC3D数值分析程序,对某大型水电站地下厂房复杂洞室群开挖过程进行了动态模拟,分析了在有、无支护条件下洞室周边围岩二次应力场、位移及破坏区分布规律和变化特征,说明采用隐含断层复合单元模拟断层、cable结构单元模拟锚杆、薄层实体单元模拟喷层能较合理反映地下洞室分期开挖实际力学作用机理.计算结果表明,该洞室群在洞室布局、开挖顺序和支护参数等方面是合理的,认为在局部加强支护的条件下,洞室的整体稳定可以得到保证.     

隔水帷幕对深基坑降水开挖变形控制的影响

依托杭州沿江大道地下综合管廊深基坑工程,土体采用HSS模型进行有限元数值模拟,分析基坑降水开挖下基坑及邻近管线的变形,模拟结果与监测结果吻合较好,验证了有限元计算模型和参数选取的合理性。基于模拟提出隔断式基坑降水优化方案,并研究稳态渗流下隔水帷幕插入深度不同时基坑及邻近管线的变形响应。结果表明：随着悬挂式隔水帷幕深度加深,坑内外水头差线性增大,围护结构侧移峰值线性增大,管线竖向位移、坑外地表沉降线性减小;相较于悬挂式隔水帷幕,隔断式隔水帷幕对控制基坑降水引起的坑外地表沉降及邻近管线变形均有着显著优势,但对于围护结构变形控制则不利。     

邻近水体多层地基深基坑整体稳定分析

针对渗流作用下基坑整体稳定性分析这个基坑工程中的难点,在考虑基坑邻近水体水位变化及其非稳定渗流基础上,同时考虑连续墙的影响,对常规边坡临界滑动场法进行改进,提出了邻近水体多层地基深基坑整体稳定分析方法。以合肥地铁1号线大东门站基坑工程为依托,分析了邻近水体水位变化及其渗流作用下基坑开挖过程中整体稳定性变化,并与圆弧滑动法计算结果进行了比较,可得如下结论：该方法可搜索出任意形状危险滑动面,相比于传统设计方法假定圆弧滑动面更合理,计算结果也更可靠;渗流作用是影响邻水基坑整体稳定性的主要因素之一,渗流场的变化会造成滑动面位置的改变。     

Influence of underground water seepage flow on surrounding rock deformation of multi-arch tunnel

Based on a typical multi-arch tunnel in a freeway, the fast Lagrangian analysis of continua in 3 dimensions（FLAC^3D） was used to calculate the surrounding rock deformation of the tunnel under which the effect of underground water seepage flow was taken into account or not. The distribution of displacement field around the multi-arch tunnel, which is influenced by the seepage field, was gained. The result indicates that the settlement values of the vault derived from coupling analysis are bigger when considering the seepage flow effect than that not considering. Through the contrast of arch subsidence quantities calculated by two kinds of computation situations, and the comparison between the calculated and measured value of tunnel vault settlement, it is found that the calculated value（5.7-6.0 mm） derived from considering the seepage effect is more close to the measured value（5.8-6.8 mm）. Therefore, it is quite necessary to consider the seepage flow effect of the underground water in aquiferous stratum for multi-arch tunnel design.     

糯扎渡水电站地下厂房区渗流场分析

联合运用固定网格的节点虚流量法及能严密地模拟排水孔实际渗流行为的排水子结构技术,对糯扎渡水电站地下厂房区渗流场进行了三维整体有限单元法分析研究.结合工程的现拟渗控设计方案经多种工况的求解,较详细地分析了该电站地下厂房区的渗流场特性,论证了现有防渗帷幕和排水设计方案的明显渗控效果,为设计提供了可靠依据.在渗流场求解方面应用了目前较好的算法:一方面把排水子结构纳入节点虚流量法中;另一方面把节点虚流量法中的渗流虚域与实域、虚单元与实单元的概念引入排水子结构,使求解有复杂排水孔幕和排水廊道的工程渗流问题得到了较好地解决.     

考虑渗流-应力耦合作用的基坑变形研究

为了研究深基坑工程以变形控制为主的设计方式,基于Biot理论,结合南京珠江路地铁站基坑工程实例,采用非稳定渗流-应力耦合的方法对基坑降水开挖过程中的变形问题进行分析,计算出坑底开挖面的隆起量和桩后地表沉降,得到深基坑开挖及降水过程中的变形规律。经比较,计算结果与实测值基本一致。     

地下工程突水机理及其研究最新进展

随着地下工程建设的大、长、深发展趋势,大型突水地质灾害逐渐成为制约地下空间建设发展的瓶颈问题,是岩石力学与工程研究领域急需解决的关键科学技术难题。在系统收集整理国内外相关资料的基础上,从突水的灾变条件与演化特征、突水通道的形成机制、渗流灾变规律与突变机理以及突水预测与监测理论等方面系统总结了当前突水机理的研究方法及其存在的问题,提出了“施工人为扰动和岩溶水及水压力扰动诱发破裂是相对完整岩体破断突水的本质所在,地质缺陷体本身渗流力学的多元动态信息则是地质缺陷式突水灾变演化过程描述的关键所在”这一学术思路。通过现场突水实例分析与数值模拟结果,认为突水机理的研究需从两方面着手,即突水通道形成的微观作用机制与含导水构造系统失稳突水的宏观力学判据,考虑地质因素和工程因素的双重影响,并结合突水前兆多元信息实时在线采集与分析的监测方法,对有效探测含导水构造的物探方法进行补充,为突水预报预测奠定理论基础。