既有地下结构水-土阻隔效应对基坑抽水引发地层变形影响机制

当基坑邻近既有地下结构时，基坑降水引发的坑外地下水渗流与地层运动均会受到地下结构阻隔（阻水效应与阻土效应）；因此，在有/无邻近地下结构情况下，降水引起的基坑变形规律应是不同的。依托实际基坑工程开展了现场抽水试验，实测得到了基坑抽水引起的坑外不同含水层水位变化及围挡与土体变形规律；并基此建立了考虑邻近地下结构阻隔影响的基坑抽水三维流固耦合数值模型，以基坑与邻近地下结构间距D、基坑降水深度Hd为变化参数，探究了邻近地下结构阻隔作用对基坑抽水引发基坑变形的影响。研究发现：当基坑与既有地下结构间距较小时（如D<20m），地下结构对基坑变形的阻隔作用以阻土效应为主，减小了坑外地面沉降（相对于无邻近地下结构而言，以下类同）；当基坑与既有地下结构间距较大时（D>20 m），地下结构对基坑变形的阻隔作用以阻水效应为主，增大了坑外地面沉降；而随着间距进一步增大（D>40 m），阻水与阻土效应均逐渐减弱，坑外地面沉降分布向无地下结构时的情况趋近。基坑设计时应考虑邻近已有地下结构阻水、阻土效应耦合作用的影响以更准确地计算地层损失与围挡侧移，从而更好地优化基坑支护方案。     

考虑既有地铁车站阻隔效应的基坑抽水致沉模型试验研究

城市既有地下结构可对地下水运动和土体运移产生阻隔效应，已有研究表明该阻隔效应或加剧、或减小抽水沉陷，而具体的规律与地下结构类型及其分布和所在位置有关。以坑外已有地铁车站结构的阻隔效应为例开展室内模型试验研究，通过在基坑–地层–车站结构物理模型中安装变形与应力传感器，全过程实时监控该条件下基坑抽水引起的坑外水位与水头变化、地面沉降、围挡侧移及其两侧水/土压力变化等，并将所有监测结果与同样抽水条件下坑外无地铁车站的模型试验结果进行对比，揭示地铁车站结构阻隔效应对基坑抽水致沉的影响机制。研究表明：在同样的基坑抽水设置和操作下，有阻隔效应时的基坑涌水量更小、坑内外最大水位降深和坑外地面沉降更大、围挡侧移更小。基坑设计中可考虑阻隔效应的影响而适当减少坑内抽水井数量以实现同样的基坑抽水效果，并应评估阻隔效应对基坑变形的影响从而得到更合理的基坑支护设计。