基于水文地質(zhì)的天津市區(qū)基坑降水設(shè)計(jì)及地面沉降分析.pdf

1、結(jié)合天津基坑降水工程實(shí)例，本文敘述了與基坑降水有關(guān)的一系列問題，包括理論基礎(chǔ)一土的滲透性、抽水試驗(yàn)的設(shè)計(jì)、水文地質(zhì)模型參數(shù)識(shí)別、基坑涌水量計(jì)算、影響半徑動(dòng)態(tài)概念、滲流破壞分類、抗突涌公式評(píng)價(jià)、有限差分計(jì)算方法、地面沉降模型等，建立了基坑降水理論體系的雛形。應(yīng)用理論分析基坑降水工程實(shí)例，得出了對(duì)天津市當(dāng)?shù)亟邓こ逃幸娴恼J(rèn)識(shí)。 天津市區(qū)粘土滲透系數(shù)小、排水困難，根據(jù)土的滲透性影響因素分析，指出天津市粘土可能符合非線性滲流律或具有初始

2、水力梯度。 基坑降水設(shè)計(jì)之前要進(jìn)行水文地質(zhì)勘察，確定水文地質(zhì)模型并識(shí)別其參數(shù)，為降水設(shè)計(jì)提供依據(jù)。根據(jù)抽水試驗(yàn)中流量難以穩(wěn)定和越流承壓含水層可以達(dá)到穩(wěn)定流的特點(diǎn)，經(jīng)過嚴(yán)密論證，提出了利用平滑的水位恢復(fù)數(shù)據(jù)和卡爾曼濾波器反演越流承壓含水層參數(shù)的方法。 針對(duì)天津市粉土和粉細(xì)砂形成的潛水層和承壓含水層滲透系數(shù)小、難以持續(xù)供給恒定流量的特點(diǎn)，引入Slug test試驗(yàn)方法，首次應(yīng)用于天津市潛水層和承壓含水層水文地質(zhì)試驗(yàn)并取得成功

3、。 通過對(duì)抽水試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析，發(fā)現(xiàn)潛水層下第一承壓含水層時(shí)間-降深曲線符合。Theis型無越流承壓含水層完整井流曲線，不具備Boulton型曲線特征，所以天津市潛水層-承壓含水層不屬于二元結(jié)構(gòu)，粉土潛水層與粉細(xì)砂承壓含水層之間的粘土弱透水層起到了隔水的效果。 對(duì)于基坑涌水量的分析，建議圍護(hù)結(jié)構(gòu)封閉范圍內(nèi)采用貯水量的概念，圍護(hù)結(jié)構(gòu)之下需要減壓的承壓含水層涌水量采用Papadopulos大井法，改進(jìn)了封閉式基坑涌水量的傳統(tǒng)算

4、法。 對(duì)于影響半徑這一重要參數(shù)，指出其在井流未達(dá)穩(wěn)定流之前是一個(gè)動(dòng)態(tài)的概念，隨時(shí)間發(fā)展影響范圍逐漸擴(kuò)大,在補(bǔ)給量大于抽水量的情況下，可以出現(xiàn)穩(wěn)定的影響范圍。對(duì)于Hantush型越流承壓含水層，應(yīng)用s—lgr降深一距離半對(duì)數(shù)直線延伸的方法求出的“影響半徑”范圍內(nèi)給水量只占總抽水量的一半，另一半來自“影響半徑”之外補(bǔ)給。 基坑降水形成的滲流會(huì)產(chǎn)生一種體積力：滲流力，在水壓力和滲流力的作用下，可能導(dǎo)致管涌、流土、突涌等滲流破壞

5、，根據(jù)破壞作用力性質(zhì)的不同，可以分為面積力破壞和體積力破壞。 對(duì)于基坑抗突涌安全驗(yàn)算分析，規(guī)范采用上覆土重與承壓含水層高水頭水壓力相比較的簡(jiǎn)單算法，本文選取天津典型地鐵車站基坑數(shù)據(jù)與所處地層土性參數(shù)進(jìn)行計(jì)算分析，結(jié)果表明抗突涌土體周圍接觸面抗剪強(qiáng)度占突涌水壓力1/4以上。尤其對(duì)于坑底透鏡體狀承壓含水砂層，抗突涌土體周圍接觸面抗剪強(qiáng)度占突涌水壓力1/2以上，是相當(dāng)大的一部分安全儲(chǔ)備，類似情況取消降水措施后，在保證安全的基礎(chǔ)上既可節(jié)

6、省造價(jià)，又可以減少鉆井引起的安全風(fēng)險(xiǎn)。以上為本文在基坑降水有關(guān)理論研究方面做的一點(diǎn)兒工作，在具體工程應(yīng)用時(shí)，由于實(shí)際邊界條件復(fù)雜等因素，理論解析解難以適用，需要采用數(shù)值計(jì)算方法。有限差分方法應(yīng)用廣泛，在地下水流連續(xù)偏微分方程的基礎(chǔ)上，將計(jì)算區(qū)域三維網(wǎng)格離散化，求解整個(gè)系統(tǒng)的大型代數(shù)方程組。MODFLOW是世界上最著名的求解地下水流動(dòng)的有限差分軟件，本文簡(jiǎn)要介紹了其主要功能。 基坑降水引起的地面沉降是環(huán)境評(píng)估的一項(xiàng)重要內(nèi)容，本文主

7、要敘述了目前存在的一些主要地面沉降計(jì)算模型，說明各自特點(diǎn)和應(yīng)用中需要改進(jìn)的方面。 最后應(yīng)用以上基坑降水有關(guān)理論對(duì)天津市區(qū)兩個(gè)基坑降水工程進(jìn)行設(shè)計(jì)和地面沉降預(yù)測(cè)，總結(jié)計(jì)算結(jié)果得出以下有益啟示： 1)對(duì)于較淺基坑，只需對(duì)第一承壓含水層采取減壓措施時(shí)，止水帷幕設(shè)置深度可只截?cái)酀撍畬?，切入潛水層下粘土弱透水層即可。因?yàn)楦钊肭袛嗟谝怀袎汉畬雍蟮孛娉两蹬c未切斷第一承壓含水層相比，沒有明顯較少。 2)對(duì)于較深基坑，需要對(duì)第