动态承压水作用下考虑土体非线性的基坑弱透水层出逸比降研究

针对滨海临江地区基坑底部弱透水层由动态承压水导致的突涌问题,将基坑底部弱透水层渗流问题简化为一维越流模型,考虑土体的压缩非线性和渗透非线性,推导动态承压水作用下弱透水层超静孔压半解析解,通过与有限差分解进行对比,验证解的可靠性.分析土体非线性以及动态承压水参数对弱透水层中超静孔压和开挖面处出逸比降的影响.分析结果表明:当考虑土体的非线性特性时,弱透水层中各深度处的超静孔压均大于线性假定下的结果;承压水波动过程中基坑开挖面处最大出逸比降随无量纲因子的增加而增加;不考虑土的非线性会使求得的出逸比降偏小.用线性假定下的解进行突涌稳定性分析或者降水设计均会带来较大的安全隐患,在动态承压水变化周期长、平均水位高、波动幅值大的情况下应充分考虑土体非线性的影响.

波动承压水下基坑底部弱透水层的非Darcy渗流分析

为了更好地解释由承压水引起的基坑突涌现象,从渗流固结的角度出发,将Hansbo非Darcy渗流方程引入饱和土的Terzaghi一维固结方程中.采用有限差分法,求得由波动承压水引起的超孔压数值解,并将其退化到Darcy渗流情况与已有解析解进行对比,分析了非Darcy参数、承压水波动周期和初始水位对弱透水层超孔压变化规律的影响.结果表明:在波动承压水作用下,弱透水层中的超孔压随波动时间的延长而增加,若干周期后达到稳定波动状态.非Darcy渗流试验常数和直线段的起始水力坡降越大,超孔压的传递滞后现象越明显,振幅越小;承压水波动周期越长或者初始水位越高,超孔压的振幅越大;基坑底板承受的初始承压水位越高,超孔压受到承压水变化的影响越明显.工程应用的实例表明,考虑土体非Darcy因素时可以适当降低承压水位的设计下降深度.

波动承压水作用下基坑底部弱透水层超静孔压试验研究

研制模拟承压水持续变化的试验装置,并利用该装置研究弱透水层在波动承压水作用下的孔压变化规律。研究结果表明:承压水波动引起的弱透水层超静孔压由振荡超孔压和平均超孔压2部分组成;振荡超孔压幅值沿着自下而上的渗流路径急剧衰减;平均超孔压在深度方向上呈非线性的分布;承压水波动周期、幅值对平均超孔压的影响较小,但对振荡超孔压幅值的比值衰减速度和传递范围影响较大;在承压水波动周期较长的情况下,孔隙水压力较容易在弱透水层中传递,在基坑突涌稳定性验算中应充分关注弱透水层底板渗流破坏的可能性;改变承压水初始水位对超孔压的传递影响不显著。