深基坑降水与地面沉降变形三维全耦合模型及其数值模拟

针对第四纪松散沉积层地区深基坑降水引起的地面沉降问题，以比奥固结理论为基础，并将其推广应用于非线性问题。考虑到土的渗透性随应力状态的动态变化，将地下水渗流场和土体应力场相耦合，建立水土全耦合模型，并以上海市环球金融中心深基坑降水为例，采用三维有限元数值分析方法，详细模拟分析了降水引起的基坑内外地下水位和地面沉降变形的变化特征，据此获得的基坑中心水位降至-22m时基坑周围的地下水位与地面沉降变形量，经后续工程验证正确、可靠，该模型具有重要的工程实用价值。     

非饱和多孔介质应力渗流耦合分析研究

非饱和多孔介质进行应力场渗流场耦合分析时引入多孔介质有效应力原理,探究有效应力参数的确定。根据弹塑性理论,得到应力平衡方程,继而得到应力场方程。根据孔隙介质的连续性方程,得到渗流场方程。在以上控制方程组的基础上,加上定解条件,建立完整的非饱和多孔介质应力场渗流场耦合分析数学模型。通过土石坝的案例分析,得到数学模型在工程应用中的合理性。     

降雨作用下非饱和土边坡水力耦合过程分析

基于渗流理论、弹性理论及VG土-水特征曲线模型,建立了二维非饱和土渗流-变形耦合控制方程组。该控制方程突破了饱和时渗透系数是常数的局限,适用于任意初始条件和降雨条件的土坡稳定性分析。有限元软件COMSOL Multiphysics能根据已建好的非饱和土坡渗流-变形耦合模型开展分析。通过算例分析了非饱和土降雨入渗过程中渗流-变形的耦合效应,并探讨了考虑饱和渗透系数为变量情况以及不同的初始条件对渗流场和应力场的影响。结果表明:在非饱和土坡降雨入渗过程中渗流-变形的耦合效应是非常显著的,且与时间有关。对于湿陷性土,考虑耦合效应的压力水头变化总是慢于非耦合情况。饱和状态时渗透系数是应变的函数,其值的变化对非饱和土边坡渗流场有一定的影响,但对非饱和土边坡变形影响微弱。初始条件对渗流和变形的影响是非常大的。     

考虑流固耦合的复杂坝基土石坝稳定性分析

土石坝蓄水后存在渗流场与应力场的耦合效应,若简单将应力场和变形场分开考虑,其计算结果与实际情况相差较大,难以反映工程实际情况。采用大型三维有限差分软件建立复杂坝基的土石坝模型,并分别进行不同库水位下考虑流固耦合和未考虑流固耦合的坝体渗流和稳定性计算,分析流固耦合对土石坝稳定安全系数、最大沉降量以及最大拉应力的影响。结果表明,坝体蓄水后其应力场与渗流场耦合作用是不可忽视的,考虑流固耦合的土石坝更不安全。     

基于双场耦合高聚物防渗墙土石坝静动力响应

高聚物防渗墙近年来被广泛应用在堤坝的防渗加固工程中,同时耦合分析方法也成为分析坝体应力场和渗流场的研究热点。为了研究坝体增建高聚物防渗墙后,考虑渗流场和应力场的耦合作用和不考虑双场耦合作用下坝体和墙体的静动力响应,采用FLAC3D软件建立高聚物防渗墙土石坝应力场和渗流场的三维数值分析模型,分析坝体与墙体在静力荷载及地震荷载作用下的应力、位移、孔压和加速度的分布规律。研究表明,与非耦合分析计算结果相比,高聚物防渗墙土石坝耦合计算的应力值和位移值较大,更有利于坝体和墙体的安全性分析,为土石坝防渗加固和堤坝高聚物防渗墙工程抗震设计及施工提供参考依据。     

耦合作用下蓄水速度对心墙坝渗流性态的影响分析

水库初次蓄水速度直接影响土石坝的渗流安全,水位上升使得坝体内应力场复杂多变,影响渗流性态,而忽略应力场影响对渗流分析易造成偏差。基于饱和-非饱和土渗流理论,在考虑初始应力场和渗流场的基础上针对蓄水速度对渗流场的影响进行数值模拟,并对比和研究了蓄水过程中考虑和不考虑应力场影响下的渗流性态。结果表明,蓄水速度较慢时,应力对各水力要素影响不明显,提高蓄水速度,心墙上游局部存在较大的水力梯度,孔隙水压力突变并集中分布,对坝体不利,考虑应力耦合影响计算结果偏于安全。因此,初次蓄水渗流分析有必要考虑应力场的影响,并严格控制初次蓄水速度。     

考虑流固耦合的降雨入渗过程对非饱和土边坡的影响研究

流固耦合是指固体在渗流场作用下的变形行为以及固体变形对渗流场影响这二者相互作用的 理论,在探讨了渗流场与应力场相互作用机理后,提出了考虑渗流与应力直接耦合作用的非饱和土质边 坡雨水入渗过程影响的有限元计算模型分析方法。基于ＡＢＡＱＵＳ分析软件,考虑了流固耦合和土水特 征曲线,结合一典型非饱和土质边坡算例,对土坡受降雨入渗的影响进行了有限元数值模拟研究,得出 了非饱和土质边坡基质吸力、饱和度、变形和稳定性受降雨影响的变化特征规律,指出了在工程设计中 考虑耦合作用和雨水入渗影响的合理性和必要性,为进一步研究和相关工程设计防护提供参考。     

高聚物防渗墙土石坝及其应力场与渗流场耦合分析

系统介绍了土石坝防渗加固工程中高聚物防渗墙的施工方法和步骤,在考虑实际工程条件基础上,建立坝体正常蓄水情况下高聚物防渗墙土石坝应力场与渗流场耦合分析的数值模型。高聚物防渗墙堤坝在考虑渗流-应力耦合作用时,坝体不同位置处的最大压应力的结果要大于不计耦合时的压应力值,且高聚物防渗墙竖向位移和水平位移值考虑耦合时明显大于不计耦合时,坝体内浸润线位置也有同样变化。分析结果说明忽略渗流与应力耦合作用会导致坝体和墙体的位移和应力计算结果偏小,为今后高聚物防渗墙除险加固工程的设计及施工提供理论依据。     

某水库上游围堰的流固耦合分析研究

水利工程中,坝体渗流场与应力场的分析越来越受到关注,但是渗流和应力是相互关联密不可分的,单独分析应力场或渗流场会带来很大的误差。本文选用某水库上游围堰土石坝坝体的典型剖面,采用Geo-Studio软件中的渗流分析模块SEEP/W和应力应变分析模块SIGMA/W联合,实现流固耦合即应力场与渗流场的耦合分析,以期较真实地反应围堰的渗流与应力情况,为工程设计提供参考。     

大坝及其周围地质体中渗流场与应力场耦合分析研究综述

论述了大坝及其周围地质体中渗流场与应力场耦合分析研究的意义 ,对不同类型坝体和不同结构岩 (土 )体渗流与应力的相互作用关系进行了系统的分类与总结 ,介绍了渗流场与应力场耦合分析及其在大坝工程中应用的研究进展 ,并对大坝及其周围地质体渗流场与应力场耦合分析研究进行了小结与展望     

三维声纳渗流探测技术在深基坑工程中的应用——以湖北宜昌庙嘴长江大桥锚碇基坑工程为例

为了在深基坑开挖前提前判断基坑侧壁渗漏点的具体位置,以紧邻长江边的深基坑为工程背景,简要介绍了三维声纳渗流探测的原理,侧重论述了声纳探测技术的实施方法及具体施工布置要求。通过对基坑地连墙外各观测孔声纳渗流检测数据的计算分析、类比和评估,较为全面掌握了基坑在内外水头作用下的渗流情况。在实际开挖过程中,通过现场观测,声纳探测的渗漏点与现场情况基本一致。总结了声纳探测技术的优缺点,从应用需求上指出了下步应探索的领域。     

考虑渗流影响的基坑变形规律与稳定性研究

以湖南常德沅江隧道明挖基坑工程为依托,基于流固耦合数值模拟方法研究土体渗透系数对基坑变形与稳定性的影响规律。结果表明:基坑在考虑渗流作用的数值计算结果与实际的监测变形值基本吻合,随着强渗透地层渗透系数的增大,基坑变形呈增大趋势,基坑底板安全系数呈十分明显的下降趋势,且渗透系数的改变对基坑底板隆起的影响较大,对墙后地表沉降和地连墙水平位移的影响较小;进一步对比分析了考虑与不考虑渗流作用的基坑底板安全系数变化规律,在此基础上建立了考虑渗流作用的安全系数经验公式。     

基坑降水条件下地下水流场动态分布规律研究

以淄博火车站南广场还迁商业综合体基坑为例,根据实测资料,建立研究区基坑地下水三维数值模型,并对模型的进行识别与检验,得到适用于该研究区地层的数值模型,利用该模型分析基坑地下水流场的动态分布规律.结果表明,该基坑内外水位差异明显,止水帷幕有效阻隔了基坑内外的水力联系,改变了基坑渗流的流态及水力梯度,可为其他地区模拟分析基...     

基于 ADNIA 的基坑渗流有限元分析

基坑工程许多事故是地下水引起的,船坞基坑中常采用防渗设施来减小地下水的危害,而对渗流规律的分析研究尚未明确。为了进一步研究基坑防渗设施对渗流场的影响,应用温度场数学模型来模拟渗流计算,通过 ADINA － T 进行渗流模拟,得到不同工况下船坞基坑典型断面的渗透水头及坡降的分布变化规律,防渗设施对渗透水头和压力均有明显的下降作用,形成了较大的渗径长度,有效的缩小了渗透坡降,分析研究结果有利于进一步认识基坑在防渗设施下的渗流规律,为基坑渗流和防渗设施的研究提供理论依据。     

基坑开挖工程中渗流场的三维有限元分析

很多工程施工时需要开挖基坑.基坑降水是施工中一个难点.在地下水位较高的地区开挖基坑时,地下水会不断渗入基坑,容易造成流砂和边坡失稳.另外,当遇到承压含水层时,由于上部土体的卸荷,坑底有被顶破而发生涌砂、隆起的危险.因此,如何控制好地下水,减小其对基坑开挖和周围环境的负面影响,是基坑工程特别是深基坑工程设计与施工的一个难题,通过计算分析,给出了基坑开挖中地下水渗流的有效解决方法.     

三维渗流与应力场耦合计算分析及应用研究

诸多实际工程中经常要求考虑渗流孔隙水压力对结构稳定性的影响,即渗流与结构的耦合计算问题.尝试利用ANSYS软件采用"生死单元"技术及网格自适应功能进行三维渗流场计算,采用邓肯-张原理建立应力计算数学模型,运用初始应力法进行三维应力场与渗流场的间接耦合计算.计算结果表明,该方法操作简便、结果合理,可以满足大多数工程要求.     

地铁深基坑分区开挖监测及数值模拟

对于狭长的地铁车站深基坑,围护结构区域内岩土体在实际施工时经常采用分区的方式进行开挖。为了分析分区开挖工况下深基坑的稳定性规律,选取合肥市某地铁车站深基坑作为研究对象,运用有限差分软件对实际工程进行数值模拟。比较模型计算结果与现场实测结果,得到了基坑分区开挖过程中围护结构侧向位移、横向支撑轴力,以及地表沉降的变化规律。研究结果表明:现场实测结果与数值模拟结果较为接近且均小于规范限值,数值模型能较好地反映基坑变形特性;随着开挖的进行,围护结构变形出现明显的"鼓肚"状,最大侧向位移点向基坑中段移动;支撑轴力前期发展较快,之后趋于平稳;邻近地表沉降呈现为凹槽状,基坑开挖影响范围约在40 m内。研究结果可为其他类似工程设计或施工决策提供参考。     

论土石围堰和基坑渗流场调控

分析了围堰和基坑工程的特点;提出了渗流场调控的概念及调控的总体目标;强调保障调控效果就必须做到时机恰当、措施得当。按照实施的时机将调控措施分为预设措施和应急措施;归纳概括了针对性的调控措施及其适用条件;结合工程实例说明了预设措施失效时及时采取应急调控措施的重要性。渗流场调控理论充分考虑了渗流场在各种因素影响下的动态特点,可以指导在工程设计、施工和运行的全过程中布置和实施及时、有效的调控措施,以达到保障工程安全、控制工期和成本、减轻环境负效应的总体目标。渗流场调控理论对于所有涉水工程及与地下水有关的工程都具有重要意义。     

红黏土地区深基坑变形特性的时空效应研究

为消除地下空间施工安全隐患,针对人为诱导作用下深基坑施工过程中产生的沉降变形问题,研究红黏土地区深基坑施工监测与变形特性的规律.通过在深基坑开挖和拆撑施工过程中对支护结构水平、竖向位移,深层水平位移、内支撑轴力、地下水位和孔隙水压力等进行监测,对高层建筑深基坑变形监测的工作流程、监测方法及监测数据等进行研究.结果 表明...     

沙湾水电站深基坑塑性混凝土防渗墙应力及变形研究

通过模拟沙湾水电站厂房坝段基坑分级开挖至388 m高程--防渗墙破坏--基坑充水--修建第二道防渗墙--基坑抽水--继续分级开挖至360 m建基面高程的施工全过程,采用E-B模型对沙湾水电站深基坑塑性混凝土防渗墙应力变形进行了研究,并对E-B模型和泥皮单元中各参数进行敏感性分析,总结出对塑性混凝土防渗墙应力和变形影响较大的两个参数.