止水帷幕在深基坑支护及降水中的作用效果研究

分类号： TU46+3 单位代码： 10422密 级： 公开 学 号： 201213087硕 士 学 位 论 文论文题目：止 水 帷 幕 在 深 基 坑 支 护 及 降 水 中 的 作 用 效 果 研 究The study on the effect of anti-seepage curtain on supporting and drainage of deep foundation pit作者姓名 张 柳学院名称 土建与水利学院专业名称 结 构 工 程指导教师 刘健 教授合作导师2015 年 5 月 10 日原 创 性 声 明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。论文作者签名： 日 期： 关于学位论文使用授权的声明本人同意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的印刷件和电子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权山东大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。(保密论文在解密后应遵守此规定)论文作者签名： 导师签名： 日 期： 山东大学硕士学位论文目录摘要 .IABSTRACT.II第一章 绪 论 .11.1 课 题 研 究 的 背 景 与 意 义 .11.2 国 内 外 研 究 现 状 .31.2.1 渗流理论研究现状 .31.2.2 止水帷幕作用效果的研究现状 .41.3 本 文 主 要 研 究 内 容 .5第二章 深基坑支护与降水理论 .72.1 深 基 坑 支 护 的 计 算 理 论 .72.2 渗 流 的 基 本 理 论 与 方 程 .92.2.1 达西定律 .92.2.2 渗流连续性方程 .102.2.3 非稳定渗流基本方程及定解条件 .122.3 深 基 坑 降 水 的 计 算 理 论 .142.3.1 基坑降水的基本方法 .142.3.2 井点降水设计理论 .15第 3 章 止水帷幕在深基坑支护中的作用研究 .183.1 FLAC3D 有 限 差 分 软 件 系 统 .183.1.1 软件简介 .183.1.2 软件的基本原理 .183.1.3 软件内的本构模型 .223.1.4 软件中的结构单元 .243.2 工 程 概 况 .263.3 建 立 模 型 .27山东大学硕士学位论文3.3.1 模型概况 .273.3.2 初始条件与边界条件 .283.3.3 计算参数 .283.4 计 算 结 果 与 分 析 .303.4.1 止水帷幕的位置对基坑支护效果的影响 .303.4.2 止水帷幕的弹性模量对基坑支护效果的影响 .383.4.3 止水帷幕的厚度对基坑支护效果的影响 .403.5 本 章 小 结 .43第 4 章 止水帷幕在深基坑降水中的作用研究 .444.1 前 言 .444.2 ABAQUS 简 介 .444.3 工 程 概 况 .474.4 建 立 模 型 .484.4.1 模型概况 .484.4.2 初始条件与边界条件 .484.4.3 计算参数 .484.5 计 算 结 果 与 分 析 .494.5.1 止水帷幕对水头压力的影响 .494.5.2 止水帷幕对基坑涌水量的影响 .514.5.3 模拟结果与计算理论对比 .524.6 存 在 止 水 帷 幕 时 基 坑 涌 水 量 的 计 算 方 法 .544.7 本 章 小 结 .55第 5 章 结论与展望 .565.1 结 论 .565.2 存 在 问 题 及 展 望 .56参考文献 .58致谢 .61山东大学硕士学位论文CONTENTSAbstract .IABSTRACT.II1 Introduction .11.1 Background and significance.11.2 Present research situation.31.2.1 Seepage theory .31.2.2 Anti-seepage curtain.41.3 Main content.52 Supporting and drainage theory .72.1 Supporting theory .72.2 Seepage theory and equation .92.2.1 Darcy law.92.2.2 Equation of continuity of seepage.102.2.3 Basic differential equation of unsteady seepage.122.3 Drainage theory.142.3.1 Drainage methods.142.3.2 Well-points drainage theory.153 The effect of anti-seepage curtain on supporting .183.1 System of FLAC3D .183.1.1 Introduction of FLAC3D .183.1.2 Basic principle.183.1.3 Constitutive model.223.1.4 Structural unit .243.2 General situation of the project.263.3 Build the model.273.3.1 General situation of the model .273.3.2 The initial and boundary conditions .283.3.3 Calculating parameter .283.4 The result of calculation and analysis .30山东大学硕士学位论文3.4.1 The effect of the location of anti-seepage curtain on supporting .303.4.2 The effect of the elasticity modulus of anti-seepage curtain on supporting .383.4.3 The effect of the thickness of anti-seepage curtain on supporting .403.5 Summary .434 The effect of anti-seepage curtain on drainage .444.1 Foreword .444.2 Introduction of ABAQUS.444.3 General situation of the project.474.4 Build the model.484.4.1 General situation of the model .484.4.2 The initial and boundary conditions .484.4.3 Calculating parameter .484.5 The result of calculation and analysis .494.5.1 The effect of anti-seepage curtain on pore pressure .494.5.2 The effect of anti-seepage curtain on yield of foundation pit .514.5.3 Compare the results with calculating theory.524.6 The calculating method of yield of foundation pit with anti-seepage curtain .544.7 Summary .555 Conclusion and expectation.565.1 Conclusion .565.2 Existing problems and expectation .56References .58Acknowledgments .61山东大学硕士学位论文I摘 要我国目前正处于经济建设高速发展的时期，城市化水平的稳步提高使得城市中建筑用地日趋紧张。越来越多的基坑工程应运而生，其中不乏大型深基坑。在深基坑设计及施工中，设置好止水帷幕是不可或缺的一环。止水帷幕在基坑降水中的作用是延缓或者阻止地下水流向基坑内，以此避免因地下水位下降而造成的基坑外围地面沉降；同时保证基坑内部基本干燥，便于施工。绝大多数的止水帷幕设计都是为了获得最好的止水效果，而很少从力学角度考虑其合理性。本文从力学理论出发，利用 FLAC3D 软件对基坑开挖支护全过程进行模拟，并在开挖后对基坑顶部加载。通过对比多种工况，用一系列数据分析止水帷幕的力学作用，探讨止水帷幕在不同位置、弹性模量、厚度等工况下对基坑位移和土钉轴力的影响。目前在有止水帷幕时的基坑降水设计中，还没有能准确计算出与工程实际相符合的水位降深与抽水量的理论公式，本文利用 ABAQUS 软件对基坑降水进行模拟，通过对比多种工况在降水 60 天后的结果，探讨止水帷幕在不同插入深度下对孔隙水压力场、基坑内外水位降深、降水影响半径及基坑涌水量的影响。最后通过分析目前降水设计中常用的井点（管井）降水理论，结合数值模拟的结果，讨论现有公式在基坑降水设计中的实用性并提出存在止水帷幕时基坑涌水量的计算方法。关键词：深基坑；止水帷幕；支护；降水 山东大学硕士学位论文IIABSTRACTOur country is in the period of economic development, and the improvement of urbanization level makes the building land of the city inadequate. A growing number of foundation pits arise at the historic moment, lots of whom are large deep foundation pits. Setting up anti-seepage curtain properly is an integral part in the design of deep foundation pit. The role of anti-seepage curtain in drainage is slowing or stopping the groundwater flowing in the foundation pit, so as to avoid the displacement around the foundation pit caused by the decline of ground water; at the same time ensure the desiccation of foundation pit for the convenience of construction.The vast majority of anti-seepage curtain designs mainly consider the best effect of seepage rather than mechanics. Based on mechanics theory, this paper uses FLAC3D to simulate the whole process of excavation and supporting, and load the top after the excavation. Comparing a variety of conditions, this paper analyzes the mechanical effect of anti-seepage curtain with a series of data, and explains the effect of anti-seepage curtain in different conditions such as positions, elastic modulus, and thickness on displacement of foundation pit and axial force of soil nail.There isnt an accurate calculation formula of the yield of foundation pit with anti-seepage curtain. This paper uses ABAQUS to simulate drainage. Comparing a variety of conditions, this paper explains the effect of anti-seepage curtain in different depth on pore pressure, drawdown, radius of influence and yield of foundation pit. Finally through the analysis of the current commonly used design of well point drainage theory, combined with the result of numerical simulation, analyze the practicality of the existing formula in the design of drainage and put forward the calculation method of yield of foundation pit with anti-seepage curtain.Keyword: deep foundation pit; anti-seepage curtain; supporting; drainage山东大学硕士学位论文1第 一 章 绪 论1.1 课 题 研 究 的 背 景 与 意 义我国目前正处于经济建设高速发展的时期，城市化水平的稳步提高使得城市中建筑用地日趋紧张。目前常用的两种解决方案中，其一是广泛的开发大量的地下空间工程如地铁、地下商场、建筑人防及地下储气库等，且随着技术手段逐渐成熟，其深度和规模也日渐增大；其二是兴建高层、超高层建筑。这两种方案均需要开挖深基坑。由于这些大型项目一般在繁华的市区进行，附近经常存在需要保护的建筑或者市政公用设施。开挖基坑时不但不能随意放坡，而且需要严格控制基坑的稳定性和土体位移，使得深基坑工程的设计与施工越来越难。深基坑工程系统复杂，影响因素众多，包括场地的工程地质条件与水文地质条件、基坑开挖深度、周边建筑物及管线、开挖面积及形状等。在深基坑设计及施工中，地下水的处理是一个极其重要的环节。对已经发生过的基坑工程事故进行调查分析，发现其中很多事故与地下水有关 1。在水位较高的地区开挖基坑，由于基坑内外含水层存在水力联系，地下水会不断从基坑外渗入到基坑内。若不能适当的处理地下水问题，就会发生如流砂、管涌或突涌等现象，甚至会引发工程事故 2。尤其是位于沿海、临江的大城市，地下水的处理尤为重要 3。在这些地区的土层，一般都存在土壤颗粒细(例如粉砂、粉质粘土等)、地下水位高等问题，合理选择止水和降水的方法来保证施工和工程安全已得到普遍重视 4-9。在深基坑工程中，防水、降水以及排水是施工过程中的重要环节，其成败不仅直接影响工程进度、施工造价和支护质量，还关系到工程的安全，需要引起足够的重视。目前较常用的降水方法主要为井点降水和深井降水。基坑降水主要有以下作用 10：（1）防止地下水渗入基坑边坡和坑底，以保证坑底干燥，便于进行开挖；（2）增加基坑边坡和底部的稳定性及承载力，防止因边坡或坑底的土层颗粒流失，从而从根本上避免流砂这种不利地质灾害；（3）降低土体