深基坑降水作用下远场土层变形机理研究项目摘要

大规模岩土工程活动已成为城市地面沉降的重要诱因，复杂地质条件下深基坑工程大面积降排水对地面沉降的加速作用日益突出。基坑临时性降水的渗流变形不同步和止水帷幕的遮拦效应导致土层流固耦合作用复杂化，使得地面沉降的预测和控制更为困难。本项目针对深基坑引起的工程性地面沉降问题，采用模型试验、现场测试和数值分析等方法研究基坑降水引起的远场土层变形机理及分析方法。在研制室内降水模拟试验系统的基础上，通过模型试验研究组合土层试样在减压降水作用下的变形响应特征，确定合理的本构模型和参数；研究基于流固耦合理论的降排水数值模拟方法，结合模型试验和现场测试，探讨不同地层结构和止水形式下降排水的环境效应及其影响规律，揭示基坑降水过程中远场土层受力变形和渗流响应机理，建立土层变形预测方法。研究成果对于阐明基坑降排水引起地面沉降灾害及其控制机理具有重要意义，将为深基坑减压降水引发地面沉降的防治措施研究提供理论基础。

在富含地下水的地区进行地下空间开发时，需对地下水进行处理，特别是涉及承压含水层时需进行减压降水。降水会改变周边土体的受力条件，影响土体的变形，给基坑的安全施工和环境保护提出新的难题。因此，研究深基坑中减压降水引起的地下水渗流场及土体变形发展规律，并提出相应的环境保护措施具有重要意义。本项目针对沿海软土地区基坑工程，采用模型试验、现场测试和数值分析等方法，研究了深基坑减压降排水引发土体变形与沉降机理。首先开展上海典型软土室内试验，获得了典型土层的基本物理力学参数。采用改进的GDS三轴试验仪对上海黏土土样进行室内降压回灌模拟试验，研究降压回灌的渗流作用对黏土渗透特性的影响规律。试验通过设置围压和初始孔压来控制土样应力水平，利用反压变化模拟孔隙水的降压和回灌过程，测试土样的渗流变化与变形，从而分析土样孔隙比、渗透系数等参数的变化规律。基于典型土层变形室内试验结果，推导出考虑降水影响的本构模型及参数，进一步提出了基于流固耦合理论的深基坑降水环境影响分析方法，开展了三维流固耦合数值分析，研究获得了开挖降水耦合作用下地面沉降规律，揭示了基坑卸荷影响下减压降水引起的坑外土体变形规律。研究发现，渗透系数在降压阶段因孔隙比减小而降低，并存在非线性关系；土体孔隙比在回灌阶段逐渐增大，但渗透系数因堵塞效应而呈现进一步降低趋势；可用e-lgk拟合曲线建立孔隙比与渗透系数之间的非线性关系。减压降水会加剧坑外地表沉降，影响范围超出了4倍最大开挖深度（简称为He）。卸荷影响下降水引起的地表沉降最大值出现在坑外2He处。坑外2He以外区域，降水引起地表沉降的分布与承压含水层水头降低分布特征一致；坑外2He以内区域，地表沉降分布与水头降低分布差异显著。卸荷影响下降水引起的地表沉降主要为承压含水层的压缩变形，同时，由于墙土相互作用和卸荷效应的影响，上覆土层在坑外2He内出现了膨胀变形。根据上述研究，提出深基坑施工中减压降水引起坑外地表沉降的分布模式。研究成果阐明了基坑降排水引起地面沉降灾害及其控制机理具有重要意义，为深基坑减压降水引发地面沉降的防治措施研究提供了理论基础。 2100433B

本项目通过大量资料收集、室内试验、工程案例分析、现场试验、数值模拟和示范应用等多种研究手段，系统地开展了深基坑减压降水地面沉降机理及防治技术研究，取得的主要成果如下：①通过自主研发的土层渗流分层固结变形三轴模拟试验系统，模拟了深基坑减压降水作用下土体变形特征，提出了上海地区典型土层本构模型和模型参数；②以上海全域为研究尺度，系统研究了深基坑减压降水引发的地面沉降规律，基于深基坑减压降水地面沉降防治综合分区研究，提出了深基坑减压降水地面沉降控制指标；③系统地提出了"基坑围护与工程降水设计一体化"技术方法及实施路径；④从深基坑减压降水引发地面沉降理论、控制指标、防治技术、管理措施等方面，系统地总结了深基坑减压降水地面沉降防治对策。项目成果已成功应用于地铁9号线金海路站等深基坑工程，获得了很好的经济和环境效益，为《建设项目地质灾害危险性评估技术规程》（DGJ08-2007-2006）的修编提供了重要技术依据，为《上海市地面沉降防治管理条例》的有效实施提供了有力技术支撑。 2100433B

金属的热变形机构有滑移变形、孪生变形、晶界滑移、扩散蠕变。在不同条件下，·这四种变形机构在塑性变形中所占的份量和起的作用不尽相同。其中，晶内的滑移变形是最重要和大量的常见的机构。孪生变形一般在低温或常温高速应变时发生，对六方晶体结构金属这种机理比较重要。而晶界滑移和扩散蠕变只在高温时才可能发挥作用。影响这些变形机理发挥作用的主要因素是金属材料的组织结构、变形温度。但是，在热变形时，出现的动态回复，动态再结晶以及在压应力状态下扩散修复机理，对上述变形机构起着直接的调节和控制作用。

第一章深基坑周围地表沉降及变形分析

1.1概述

1.2深开挖引起的地表沉降

1.3求挡土桩侧向位移曲线

1.4确定最大下沉值

1.5地表变形计算

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