地下水的分布对沉降计算的影响

地下水位的变化,往往对建筑物产生许多不利作用,比如影响建筑物的稳定性和耐久性.尤其是现代高层建筑日趋增多,基础埋置较深,造成基础下地下水及孔隙水压力场分布复杂.在影响沉降分析结果的因素里,地下水的赋存形态和渗流特征对沉降形状及其计算结果有较大影响.以最常用的分层总和法为依据来讨论地下水的分布条件及渗流特征对沉降分析的影响.并通过实例比较了考虑渗流影响和不考虑渗流影响时地基沉降计算的结果,前者更接近实测的最终沉降量.该实例表明,按传统分层总和法和提出的方法在模量取值、计算深度(压缩层深度)和计算得到的沉降量有较大的差别,可以看出后者的合理性.     

地下降水对周围环境的影响分析

基坑工程中地下降水引起周围土体地下水位的变化和应力场的改变,致使周围土体发生不均匀沉降等严重后果。通过研究降低地下水位对周围地层移动影响机理,阐明地下降水与地面沉降两者相互影响,存在耦合效应。最后,根据比奥固结经典理论,建立较符合实际条件的地下水渗流场与应力场三维耦合数学模型。该模型较好地考虑了土体力学、土体水力学参数,真实地反映实际工程情况,故对工程实践具有参考作用。     

止水帷幕作用下基坑渗流场特性分析

基坑开挖卸荷导致土体应力场和地下水渗流场发生改变。为了分析止水帷幕对地下水渗流的影响,选取典型的基坑计算模型,利用FLAC3D对止水帷幕作用下基坑开挖过程进行三维流固耦合计算。分析得出基坑开挖过程中孔隙水压力、渗流场的速度特征、地表沉降量、坑底隆起量等的变化规律。结果表明,加宽止水帷幕的宽度,加深插入深度可以有效地控制这些地下水的不利因素,降低基坑开挖对周围环境的影响。     

海绵城市雨水入渗对邻近建筑地基的影响

根据黄土地区海绵城市中邻近建筑的ＬＩＤ设施的位置和做法,建立了ＬＩＤ设施渗流典型模型;结合工程实际建立了ＬＩＤ设施渗流对建筑地基影响的数值计算模型;根据黄土地区典型的地质条件,采用数值模拟的方法,从含水量和沉降等方面对雨水通过ＬＩＤ设施入渗邻近建筑地基的影响进行了研究。结果表明：湿陷性等级越高的黄土地基,含水量和沉降受ＬＩＤ设施渗流的影响越大;ＬＩＤ设施底部渗流宽度ｂ对地基土中含水量的影响较小,工程上为简化设计可忽略其影响;ＬＩＤ设施底部渗流点距基础的水平距离Ｌ值越小,地基沉降差越大;Ｌ的最小值应由地基土的湿陷性等级和上部结构允许的沉降差决定。     

有渗流时埋管换热器传热模型

为研究地下水渗流对埋管换热器传热的影响,以移动热源的格林函数为基础,通过引入虚拟热汇,由叠加原理建立热渗耦合作用下的有限长线热源模型.将此模型与有渗流无限长线热源模型和无渗流有限长线热源模型作了对比,比较结果表明该模型计算有渗流时埋管换热器的传热更加合理.针对地下水渗流流速和土壤热物性等对传热影响的分析,表明地下水渗流导致土壤温度场发生变形,渗流速度越大,钻孔壁中点温度越快达到稳态,且稳态过余温度越低;土壤密度和比热越大,土壤导热系数越小,则土壤温度场变形越大.     

止水帷幕环保效果的影响因素分析

基于Biot固结理论并采用COFIST有限元程序,探讨了止水帷幕插入深度和地基参数等因素对环境保护效果的影响.通过平面应变模型的数值仿真,结果表明:止水帷幕打设深度越大,则坑外地表最终沉降和最终水位降深就越小;止水帷幕对于减小水位降深的效果要优于减小坑外地表沉降的效果;地基渗透系数的大小不影响最终沉降,地基弹性模量的大小不影响最终水位降深等.为提高分析结果的准确性,工程应用中应当重视基坑周围土体渗流场边界条件的准确确定.     

砂质粉土地区盾构施工引起的地面沉降研究

杭州地铁2号线某盾构区间土质主要为砂质粉土,盾构施工过程中出现了地面日沉降速率连续报警和地面沉降量过大问题.对地面沉降实测数据进行了统计分析与理论研究.结果表明:由于该地区以砂质粉土为主,渗透系数较大,导致固结沉降在盾尾通过后1周内完成;地面沉降在盾尾通过后迅速稳定,变化时间非常短(总共3～4 d);由于工后固结沉降完成时间很短,一旦施工沉降较大,就容易造成日沉降速率和地面沉降量超标;引起的固结沉降量总体较小,平均值为9.7 mm,但最大地面沉降值的分布范围很广,表明盾构施工水平对地面沉降的影响非常大.     

某软土深基坑降水开挖地表沉降及影响因素分析

基于某软土地铁站深基坑工程项目,依据勘察与抽水试验数据采用有限元软件Midas GTS建立三维模型,研究渗流-应力耦合作用下基坑降水开挖过程中孔隙水压力及地表沉降变化规律,分析土体渗透系数及降水深度、降水速率等设计参数对地表沉降的影响。研究表明:基坑降水开挖使得地下水渗流路径呈降落漏斗形,基坑底部出现凹弧形等孔压线;地表最大沉降点与基坑的距离约为降水深度的1.0~0.75倍,孔压消散是地表沉降的主要因素;最终降水深度每增加1 m相应地表最大沉降量增加约2 mm,采取回灌措施比未采取引起的基坑周边地表最大沉降小26.2%。     

基于非线性渗流的大变形固结有限元分析

为了研究土体在非线性渗流下的固结效应,基于大变形固结理论,考虑非线性渗流(耦合非Darcy渗流与变渗透系数)作用,建立了二维固结控制方程与有限元方程。采用自编程序对某一黏性土体的固结过程进行了计算。通过大量变动参数的计算与分析,探讨了非Darcy渗流与渗透系数随固结变化的影响。计算结果表明:与Darcy渗流相比,非Darcy渗流下的沉降小,超孔压消散缓慢,具有延迟效应。其中,非Darcy渗流试验常数m影响较大,线性渗流起始水力梯度iL影响较小。渗透系数变化对固结的影响与非Darcy渗流相似,压缩指数与渗透系数指数比值αc的影响较大。在非Darcy渗流与渗透系数随固结变化的耦合作用下,沉降显著减小,超孔压消散趋于缓慢,延迟效应更为明显。     

变荷载下基于指数渗流一维固结半解析解

考虑实际工程中的变荷载,对基于指数形式渗流定律的一维固结问题进行计算分析.通过采用数值离散与成层地基线性固结解析解相结合的半解析方法得到一系列的固结曲线.分析仅在某一参数发生变化时的一维固结性状.结果表明：固结速率在固结初期随渗流指数的增加而增加,在固结后期随渗流指数的增加而减少;当指数<1时,作用在地基上的荷载越大则固结速率越小;当指数>1时,荷载越大固结速率越大;无论渗流指数为何值,在相同的固结时间下,地基平均固结度都会随着地基土层厚度的增加而减小;固结速率随着加荷速率的增加而变快.     

基于SEEP/W程序的堤防截渗墙防渗性能研究

以沁河河道现状堤防为研究对象,通过对工程地质条件的分析,建立地质概化模型,采用地下水渗流程序Geo Studio-Seep/W建立二维有限元模型,分析截渗墙的深度和厚度对防渗性能的影响。研究结果表明:截渗墙明显降低了地下水的浸润面,增加了非饱和土的范围,同时减少了高水头的范围,对大堤和堤基土的稳定性有利;截渗墙对断面流量、出逸高度和出逸坡降都有明显的降低,而截渗墙厚度对以上因素的影响不大;全截式截渗墙的防渗效果最好,改变全截式截渗墙的深度,防渗效果没有改变,截渗墙厚度为20 cm、深入相对隔水层1~2 m时,可满足防渗要求。     

SWAP和SWAT在柳园口灌区的联合应用

以河南柳园口灌区为背景,利用SWAP和SWAT分别建立模型,并进行了率定和验证.利用SWAT模型提取各水文响应单元的水平衡要素作为SWAP的输入,实现作物产量的空间分布式模拟.联合应用SWAP和SWAT模型模拟分析了不同灌溉水源及作物种植结构下灌区水平衡要素、作物产量和水分生产率的变化规律以及水分生产率随尺度的变化规律.结果表明,区域平均蒸发蒸腾量、产水量、土壤含水量变化、渗漏量都随着井灌面积比的增加而减少,合适的井灌面积比有利于控制适宜的地下水埋深,从而减少潜水蒸发损失,防止由于地下水埋深过深而导致取水困难;现有水稻种植区改种旱稻,区域平均蒸发蒸腾量、产水量、土壤含水量及渗漏量都减少,但变化幅度较小,同时水分生产率降低;现状条件下随着尺度的增大,灌溉水分生产率增大,蒸发蒸腾量水分生产率稍微降低,毛入流水分生产率变化不大.     

深厚覆盖层中弱透水层厚度及连续性对渗流场的影响

中国西北地区的深厚覆盖层坝基中常存在厚度不均和不连续的弱透水层,弱透水层的厚度、不连续形式及开口大小对坝基渗流场有一定的影响,其规律需要深入研究。基于非饱和土渗流理论,借助Seep/w进行渗流求解,探讨中间位置处弱透水层的厚度及连续性对单宽渗流量和出逸坡降的影响规律,并结合工程实例进行对比分析。研究表明：单宽渗流量和出逸坡降都随着中间位置处弱透水层厚度的增加而降低;弱透水层厚度对采用半封闭式防渗墙控渗时的渗流场影响最大,悬挂式防渗墙次之,全封闭式防渗墙最小。开口在上游的弱透水层与防渗墙形成的半封闭式联合防渗体系的控渗效果最好,开口在下游的弱透水层次之,防渗墙上下游都存在开口时效果最差。单宽渗流量和出逸坡降随弱透水层上游开口长度的增加而增大,但开口长度对渗流场影响不显著,其原因在于各防渗体系下上游弱透水层仅起到微弱的隔水作用。建议防渗墙和下游弱透水层形成半封闭式联合防渗体系,避免防渗墙上下游弱透水层均存在缺口的不利情况。基于监测值和模拟值得出的误差满足规范要求,表明采用的计算方法和得出的结论皆可靠。     

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.     

地连墙变形影响因素分析及支撑设计研究

结合工程实例,利用有限元分析软件PLAXIS模拟地下连续墙设计参数,探讨不同设计对地连墙变形影响大小及差异,并根据分析结果对支撑设计方法进行优化。结果表明:适当增加墙体刚度,可以有效减小地连墙侧移;如满足地连墙最小入土深度,再增加入土深度意义不大;用混凝土支撑替换钢支撑、增加支撑刚度、减小支撑水平间距以及必要时在竖直方向上增加一道支撑对减小墙体变形具有较好的作用;同时对基坑周围软弱土体及结构薄弱区域进行土体加固对控制基坑变形效果明显。     

三维地铁隧道土壤温度预测模型

为了合理预测土壤温度变化,确定地铁环控系统冷热负荷,在考虑气固耦合传热、地下水渗流以及双洞温度场叠加等因素的基础上,提出了三维地铁隧道土壤温度预测模型.利用有限差分法对该模型进行数值离散,并采用Fortran语言编写求解程序.为了使网格划分方便,计算域采用适体坐标系、地下水运动方程以及传热方程在两套网格上进行离散差分,从而避开了适体坐标中插值的困难.利用建立的数值模型对假定条件下地铁土壤温度进行求解,分析了各种因素对土壤温度分布以及土壤吸热量变化的影响.实验结果表明,地下水热迁移以及双洞叠加效应对土壤温度均有较大影响,在地铁环控设计中应该考虑土壤蓄热作用.     

断续节理洞群渗流效应的数值模拟

采用三维有限差分FLAC3D程序,以二滩工程地下洞群为背景,考虑断续节理是影响地下洞室围岩稳定的重要因素,为有效反映其影响,本文提出Interface界面模型模拟断续节理的力学效应,对考虑与不考虑节理岩体渗流对围岩稳定性进行了大量计算工况的准三维数值模拟。得到相应的结论,可供大型地下洞室群稳定分析时作为参考。     

稳态流下非饱和土地基承载力模型

基于稳态流下吸应力剖面具有明显非线性的特点,在仅考虑竖向稳定渗流条件下,通过补充普朗德尔假定,利用刚体平衡方法,推导普朗德尔滑动面范围内滑动土体稳态流下非饱和土地基的极限承载力计算模型,讨论地下水埋深和比流量变化对地基极限承载力的影响。结果表明：稳态流下非饱和土地基的极限承载力公式考虑了滑动土体内吸应力非线性分布特点对地基极限承载力的影响;当土体内吸应力随深度增加呈现出先增大后减小的特点时,地基极限承载力随地下水位埋深减小呈先减后增的变化趋势;当滑动土体内吸应力随比流量的增大呈现先增后减的趋势时,地基极限承载力呈现先减小再增大的变化趋势。