地下构筑物对地下水渗流的阻挡效应

针对地下构筑物改变了地下水渗流条件这一问题,建立三维有限元模型.该模型是地下水渗流与地面沉降计算的一体化模型,采用该模型分析地下构筑物对地下水渗流的阻挡效应.该方法在地下水渗流计算中考虑三维地下水渗流,在土体固结计算中采用基于Terzaghi固结理论的一维固结方法.结果表明,地下构筑物对地下水及地面沉降的影响程度与构筑物在含水层中的埋置深度及挡水宽度有关.地下构筑物的埋置深度越深,抽水侧水位降深及沉降量越大.构筑物对水流的阻挡宽度越大,对地表沉降的影响越大.

基于地下水渗流方程的三维地面沉降模型

针对地下水抽取引起的大面积地面沉降的问题,提出了一种计算方法。该方法基于饱和与不饱和岩土介质中地下水渗流理论,计算出三维状态下的大面积地面沉降。提出的方法被结合到地下水渗流的三维有限元法分析中,计算时考虑了地层的可压缩性,并被用来分析软土的固结,将该法与太沙基理论及固结试验的结果进行比较,结果表明其误差小于2%。该法还被用来分析单井抽取承压地下水引起的周围地基的沉降及承压水层由于挡水板的阻断作用而引起的下游侧的地基的沉降。

上海市城市化进程引起的地面沉降因素分析

20世纪90年代上海中心城区的地面沉降在地下水开采量没有增加的情况下出现了新一轮的增长。与此同时,上海进行了大规模的城市化建设。通过对中心城区地面沉降量与工程建设进行相关性分析发现,近年来中心城区的地面沉降量与工程建设具有相关性。目前城市化建设引起地面沉降的现象已受到关注,但尚缺乏对城市化进程引起地面沉降机制的系统研究。针对上海市城市化进程引起地面沉降的因素进行分析探讨,城市化进程引起的沉降包括建筑物荷载及交通荷载等外荷载引起的沉降,基坑开挖、降水及隧道施工等工程施工引起的土体压缩,以及隧道渗漏,周边地区对地下水补给量的减小,地下构筑物挡水效应等引起的地下水位持续下降而诱发的沉降。

地下水开采引起地面沉降预测方法的现状与未来

地面沉降作为一种广泛的地质灾害,不仅对地面设施造成很大的破坏作用,而且也会使地下环境发生变化,给工业生产、城市建设和人们生活带来的影响是深刻和巨大的。本文首先分析了地下水开采引起地面沉降的机理;然后根据运用的理论将目前由于地下流体资源开发引起地面沉降的预测方法归纳为5种:数理统计法、早期的数值计算法、准三维计算法、基于真三维水流模型的计算法及三维完全耦合模型,并将之分类总结,概括其优缺点。重点介绍了当前运用最多的准三维预测方法,以及1种基于真三维水流模型的计算方法,该方法曾经成功地分析了日本房总半岛由于地下水抽取引起的地面沉降。

广州岩溶地区深基坑开挖对周围环境影响的研究

以广州地铁9号线在岩溶地区施工深基坑为例,研究岩溶地层基坑施工对周围环境的影响。该车站基坑长259.7 m,宽18.7 m,深15.8 m。基坑深度范围内包括溶洞和砂层,溶洞地层富水、稳定性差、物理力学性质差,砂层厚0~15 m,有较大的渗透性,基坑施工过程中对地下连续墙的侧向位移和地面沉降进行了监测。监测结果表明,基坑开挖结束时地下连续墙的最大侧向位移为12 mm,地面沉降的最大值为10.1 mm,基坑开挖过程中对周围环境的影响很小。研究成果可为今后类似工程施工提供经验借鉴。

基于圆形断面自由紊动射流理论的旋喷桩直径计算方法

基于圆形断面自由紊动射流理论,提出了一种新的高压旋喷桩直径计算方法。考虑高压旋喷技术的施工过程,旋喷桩直径主要与施工场地的土性条件以及施工时的旋喷参数有关。从高压旋喷技术机理来看,高压水或水泥浆对土体的切割作用会产生一个切割距离,考虑工程实际的需要,该切割距离可以认为基本等于旋喷桩半径,通过对圆形断面紊动射流和土体破坏的联合分析,建立了旋喷桩半径、土性条件以及旋喷施工参数之间的关系。最后通过与现场实测数据的对比验证了该计算方法的实用性。

深层搅拌桩周围粘土性质变化的发生机理(英文)

排土型桩如打入桩、砂桩、石灰桩以及深层搅拌桩等的施工都会引起桩周围土体的应力变化,因此周围土体的性质也将发生变化。施工完成后,周围土体的强度将经历下降、恢复和增长的过程。深层搅拌桩施工对周围土体的作用可以归纳为以下7个方面:(1)叶片的搅拌和固化剂的注入对周围土体的扰动作用;(2)软粘土的触变性;(3)施工期间周围土体的劈裂;(4)桩身水泥浆通过劈裂裂缝向周围土体中流入及由扩散作用渗入到土的孔隙中;(5)孔隙水中钙离子浓度增加引起的胶结作用;(6)超静孔隙水压力消散引起的固结作用;(7)水和作用和火山灰反应等化学作用产生的热作用。通过室内试验和理论分析来研究这些影响因素。室内试验主要研究土的触变性、土的劈裂和水泥浆扩散对软弱有明粘土的影响。理论分析则解释了土体的劈裂现象。室内试验可以直接观测到土体劈裂和水泥浆扩散现象。对于软弱有明粘土,试验结果显示周围土体的强度在70d内由触变性得到恢复。理论分析发现即使在很小的固化剂注入压力作用下,周围土体也会发生劈裂现象。

平行顶管近接施工的室内试验研究

顶管工程中泥浆护套对顶进中的地层变形与土体劈裂有重要的影响。通过室内试验研究了近距离平行顶管的相互作用。在不同注浆条件下,将顶管顶入布置有两条既有顶管管道的试验箱内,通过测试系统获得不同注浆条件下顶管顶进时顶力的变化情况、土体的竖向变形和顶管顶进对既有顶管管道产生的影响。研究结果显示:顶管顶进过程中,顶力先增大后逐渐减小,土体出现隆起现象;新顶进顶管对既有顶管管道上方土体产生影响,但影响有限;注浆可以有效减小顶管顶进阻力,分布在顶管外壁和周围土体中的浆液使土体体积膨胀,这使得在注浆条件下土体表面产生的变形大于未注浆时土体表面变形。试验结果可以有效地指导近距离平行顶管的施工。

复合土钉支护基坑的工程实例分析

通过一个具体的工程实例,采用数值分析的方法,模拟基坑开挖过程中复合土钉支护结构的受力性状,并与实测结果进行比较,探讨影响复合土钉支护基坑侧向变形和体系内力的因素。通过有限元数值分析结果与现场实测数据对比表明,二维有限元数值分析在一定程度上能够反映现场复合土钉支护基坑开挖的变形和内力分布情况。计算结果表明:土钉中的内力与其位置有较大的相关性,顶部和底部的土钉受力较小。各层土钉轴力是在开挖下一层土体时引起的,并且随着开挖进行,土钉的轴力逐渐增大。参数分析结果表明:土钉设计参数如钉的刚度、水平间距,搅拌桩的刚度等对基坑的侧向位移有影响。

软土地区基坑降水对下方越江隧道的影响

基于工程实际,采用有限元法并结合一维固结理论和三维渗流理论分析越江隧道上方基坑降水对其结构的影响,探讨了降水水位、抽水层次、降水时间及方式等因素对越江隧道沉降的影响.结果表明:基坑降水将造成下方越江隧道的沉降;降水深度与其沉降量呈线性变化关系;若抽取微承压水或延长降水时间,都将增加越江隧道下卧土的沉降量.控制隧道上方的基坑降水应采取坑内降水的方式.

管片局部渗漏对地铁隧道长期沉降的影响规律

由盾构法施工的地铁隧道,其周围衬砌常使用管片组成。管片的接缝处、注浆孔及管片碎裂引起的渗漏会导致地表的沉降。本文通过数值模拟分析管片局部渗漏对地铁隧道长期沉降的影响。通过增加渗漏点的个数并改变区间隧道的总渗漏量,讨论管片渗漏对地铁隧道长期沉降的影响规律。分析结果表明,沉降量随着管片局部渗漏量的增加逐步增大,二者呈线性关系。

基坑开挖中地下水抽取对周围环境的影响分析

深基坑工程中,地下水的渗流将会使基坑周围形成降水漏斗。随着开挖的进行,地下水自由面不断下降,从而使坑外土体的有效应力增加,墙后土体将发生不均匀沉降。为分析基坑开挖过程中,周围土体的沉降及地下水位的变化,对基坑建立三维有限元分析模型,这是一个地下水渗流与地面沉降计算的一体化模型。利用该模型分析了在软土地区深基坑开挖引起地下水渗流场的变化。结果表明,地下水头计算值与工程现场的实测值吻合,此方法可以较好的模拟实际工程。还用该模型分析了基坑开挖地下水抽取引起的地面沉降问题。

深层搅拌桩周围土体劈裂的研究与分析

现场测试结果表明:深层搅拌桩施工可以在周围土体中产生很高的超静孔隙水压力,其量值可能超过土体的静水劈裂压力。搅拌桩施工时和周围土体的相互作用可以用受剪的孔穴扩张过程来模拟。针对搅拌桩施工引起的周围土体的劈裂现象,提出了一种基于拉伸破坏原理的劈裂分析方法。分析结果表明:搅拌叶片的旋转对桩周围土体的劈裂起着很重要的作用。通过室内模型桩打设试验可以观测到搅拌桩周围土体的劈裂现象。分析现场搅拌桩施工时桩周土体中的孔隙水压力测试结果,表明现场施工可以引起劈裂。劈裂裂缝对于搅拌桩的性状有如下两方面的正面作用д其一,水泥浆体可以流入劈裂裂缝;其二,超静孔隙水压可以通过劈裂裂缝快速消散。这两者的作用加快了受扰动的周围土体的强度恢复。

塑料排水板处理的软土地基的分析

首先介绍了塑料排水板(PVD)加固的软土地基固结沉降计算的分析方法。该方法中提出了塑料排水板加固地基的等效竖向渗透系数的概念与计算方法。并介绍了影响分析结果的四个参数的选取方法。通过一个工程实例介绍了路堤荷载下PVD 加固地基的有限元二维分析方法。结果表明所提方法可以较好地模拟实测数据。

海洋沉积环境中深层地下水溶性天然气开采引起的地面沉降

日本东京周围的关东地区的地层是由海洋环境经数十万乃至数百万年沉积而成。由于大量的海洋生物沉积于地下,经数十万乃至上百万年的地质作用,形成质量上乘的水溶性天然气与医药用碘。自20世纪二三十年代起在东京附近就有天然气的开采活动。自1956年起在东京东侧的日本千叶县房总半岛东部的九十九里平原地区,开始了大规模天然气与碘的开采活动。野外开采活动主要通过从地下500～2000m深处抽取地下水而获得。20世纪60年代在该地区发现有地面沉降,1969年起开始地面沉降的观测。在过去的35a中地面最大累积沉降达0.85m,发现沉降范围的面积近800km2。九十九里观光地的海岸线后退近20～50m。2002年的大范围的地面沉降达2cm。最后从日本关东地下水盆的向斜构成式构造出发,讨论分析减缓地面沉降的途径。

上海地区地面沉降新特征的发生机制分析

近年来上海地区的地面沉降出现了第四承压含水层持续变形及滞后的新特征,传统土力学已不能完全解释其机理。针对上海地面沉降发展新变化,已有的研究从如下方面进行了探讨:针对沉降加剧现象,分析了城市化建设对地面沉降的影响;从砂土材料的蠕变性状出发,分析深部含水层过大变形的现象。上述两方面虽在一定程度上可解释沉降新特征,但还是不能完全阐明其发生机理。基于此,本文提出考虑含水层抽水后受力状态随空间与时间再分布的两种动态传力机理分析方法:(1)基于Cosserat力学体系的地面沉降模型考虑了水力梯度变化在砂土层中产生的剪应力,给出了考虑固结效应的Cosserat介质力学模型,可以很好地从含水层受力机理的角度解释含水层持续变形增大和变形滞后的发生机理;(2)水的渗透会对土骨架产生拖曳力,使粘性土的细颗粒在粗颗粒构成的孔隙中移动,发生内部侵蚀流动造成细颗粒流失,阐述了考虑细颗粒流失作用对地面沉降的影响及其地面沉降在含水层空间与时间重分布的发生机理。

基于Cosserat力学理论的地面沉降研究

近年来上海及苏锡常地区的地面沉降出现了含水层砂土持续变形的新特征,现有的地面沉降理论无法完全解释与预测此现象。地下水长期开采会在含水层中形成水力漏斗,如果抽水井在一定范围内密集分布,就将在含水层中较长距离内形成水力梯度,从而产生无法忽视的剪应力,剪应力不断累积将导致含水层变形及地面沉降。含水层水位下降引起的土层中剪应力累积是造成含水层变形问题的重要原因,传统的Cauchy力学理论因为模拟单元较小,存在剪应力互等的假设而无法计算此部分剪应力;而Cosserat力学理论考虑了介质尺度的影响,可以计算连续体中的非对称剪应力分布,因而能够考虑由水位变化产生的剪应力引起的含水层变形。

海洋沉积环境中地下天然气开采引起地面沉降的计算分析

在日本中部的千叶县房总半岛由于在地下深处开采水溶性天然气与医药用碘的资源而大量抽取地下水,从而引起大面积的地面沉降。1969年开始进行地面沉降的水准测量,至2002年,在过去33 a中观测到的最大累积沉降为0.85 m。为了减少沉降量,需预测可开采量。针对日本关东地下水盆建立了三维有限元模型。该模型可以同时计算三维地下水渗流及土层的固结,利用该模型分析了房总半岛的深层地下水开采引起地下水渗流场的变化。模型中的计算参数由露头岩样的高压固结试验确定。计算结果表明,从1956年到2002年开采区地下水头下降达190 m。地下水的流向由高标处向海域流动变为从周围海域向开采区流动。这与关东地下水沉积盆地的向斜蓄水式构造相吻合。说明即使不停止开采地下水,只要将地下水的采取量控制在一定的范围,也可以大大减轻地面沉降。从1969年至今的地面沉降实测值与计算值也相吻合。

基桩对含水层渗流阻挡作用效应研究

超高层建筑的桩基础通常会打入到深度较大的承压含水砂土层中;在承压含水层的上方通常会进行超深基坑的开挖构建超高层建筑的地下室。为了保持超深基坑的基底稳定,需要在承压含水层中进行降水施工。由于深基坑存在大量的桩基础,基桩的存在会影响降水时地下水的渗流路径,继而影响土体的渗透性状。应用室内试验研究基桩对含水层渗流阻挡作用的机制。试验采用PVC管模拟基桩,将颗粒较均匀的砂土作为试验土体,通过室内渗流试验来研究基桩对地下水渗流的影响。试验结果表明,基桩对于地下水渗流有明显的阻挡效应:基桩的数量以及布置形式会对渗透效应产生较大的影响。考虑砂土体积置换率的有效介质理论可以用来分析矩形布置的基桩对渗透系数的影响,但对梅花形布置的基桩应用有效介质理论计算所得的渗透系数会有将近20%的偏差;其原因是梅花形布置的基桩,会使渗流路径增加。基于对渗流路径的分析,提出了考虑有梅花形布置的基桩存在时等效渗透系数计算的修正方法。

上海水泥固化黏土的强度与硬度相关性研究

现场施工过程中,往往需要对水泥固化土的无侧限抗压强度进行快速检测。针对目前水泥固化黏土无侧限抗压强度检测中存在的操作不简便、试验时间长、测试费用高等缺点,提出通过水泥土硬度估计强度的方法,对现场水泥土强度进行快速检测。本文以上海地区黏性土为研究对象,对上海地区水泥固化黏土强度与硬度的相关性进行了试验研究;探讨了加固土的硬度与养护时间、水泥掺量以及强度与硬度之间的关系。试验结果表明:上海黏土水泥土强度和硬度呈正比相关,对数坐标下的强度和硬度有着形如lnqu=ap+b的线性关系。养护初期,硬度增长速度大于水泥土强度增长速度。养护后期,强度增速大于硬度增速。