CN107908901A - 一种基坑施工中承压水降水对周边环境影响的计算方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种基坑施工中承压水降水对周边环境影响的计算方法，包括下列步骤：确定周边环境、工程地质条件及各土层参数；在数值软件中建立计算模型；按照基坑开挖与降水的施工工序进行模拟，得出模拟结果；调整承压含水层的渗透系数；对调整后的模型按照基坑施工工序进行模拟，但不用对承压含水层进行降水；将调整前的模拟结果减去调整后的模拟结果，得出降承压水的影响。本发明通过调整承压含水层的渗透系数，使得在模拟时可不考虑承压含水层的承压性和高渗透性，从而可得到不考虑降承压水的模拟结果。进而将考虑降承压水的模拟结果与调整后的不考虑降承压水的模拟结果相减，最终可得到承压水降水对基坑施工中周边环境的影响。
Description
技术领域
本发明涉及土木建筑行业基坑施工分析方法及环境保护研究方法，具体涉及一种基坑施工中承压水降水对周边环境影响的计算方法。
背景技术
近年来，我国沿海软土地区城市建设节奏不断加快，地下空间开发的规模和深度不断加大，使得深基坑工程所面临的承压水问题也越来越突出。在承压含水层埋深较浅的地区，为了保证基坑施工安全，不得不对承压水进行减压降水。但在非完全隔断的情况下，基坑内的减压降水将引发基坑外承压水头变化和应力场的改变，从而导致周围土体的变形，对周围环境产生不良影响，甚至出现工程事故，如建筑物不均匀沉降引起开裂、地下管线爆裂等。因此，准确地预测基坑施工中降承压水对周围环境的影响是具有重大意义的。
目前对于降承压水对土体变形的影响也有许多研究。2011年龚晓南等在《岩土工程学报》(2011，No.33，pp.145-149)中发表的“承压水降压引起的上覆土层沉降分析”一文认为承压水减压降水会使得承压层顶板受到一向下的附加应力作用，使得承压层发生压缩进而引起地表出现沉降变形。2013年王春波等在《同济大学学报(自然科学版)》(2013，No.3，pp.361-367)中发表的“非稳定承压水降水引起土层沉降分布规律分析”一文基于Mindlin位移解推导了承压含水层减压降水引起的土体沉降的公式。采用上述方法得出的承压水降水引起的土体变形均为单独降承压水引起的土体变形，忽略基坑施工中卸荷以及土与结构共同作用的影响。
经对现有技术文献的检索发现，对于深基坑施工中的承压水降水对周边环境的影响已有许多研究，主要采取数值模拟方法进行研究。2009年叶为民等在《地下空间与工程学报》(2009，S2，pp.1799-1805)中发表的“深基坑承压含水层降水对地面沉降的影响”一文通过渗流-应力耦合数值分析，探讨了深基坑承压水施工对坑周区域地面沉降的影响。2010年刘婧等在《上海交通大学学报》(2010，No.6，pp.721-725)中发表的“上海世博500kV地下变基坑降水流固耦合分析”一文以采用数值方法对深基坑降水开挖过程进行了流固耦合分析，研究了基坑降水开挖对土体与结构的受力和变形的影响。但以上的分析方法得出的结果均为开挖及降水耦合作用下的影响结果，并不能单独给出基坑施工过程中降承压水对周边环境的影响。由于研究方法的不足，基坑中承压水降水引起的变形不清楚，因此提出一种可以将承压水降水对周边环境的影响从基坑施工对周边环境的影响中剥离出来单独研究的方法显得尤为重要。
发明内容
本发明提出一种基坑施工中承压水降水对周边环境影响的计算方法，该方法能有效地将承压水降水对周边环境的影响从基坑施工对周边环境的影响中剥离出来单独研究。
为了达到上述目的，本发明提出一种基坑施工中承压水降水对周边环境影响的计算方法，包括下列步骤：
S1：确定周边环境、工程地质条件及各土层参数；
S2：在数值软件中建立计算模型；
S3：按照基坑开挖与降水的施工工序进行模拟，得出模拟结果；
S4：调整承压含水层的渗透系数；
S5：对调整后的模型按照基坑施工工序进行模拟，但不用对承压含水层进行降水；
S6：将调整前的模拟结果减去调整后的模拟结果，得出降承压水的影响。
进一步的，所述步骤S1中，施工场地工程地质条件及各土层参数包括以下两个部分：一是各土层的分布情况和力学参数指标；二是水文地质条件及各土层的水力参数指标。
进一步的，所述步骤S2中，数值模型建立包括三维模型及准三维模型在内的模型。
进一步的，所述数值模型横向边界大于基坑内承压水降水的影响范围，降水影响范围根据公式进行计算，其中S为井内最大水位降深，k为承压含水层渗透系数。
进一步的，所述步骤S4中，包括将同一数值模型中的承压含水层的渗透系数减小，调整成与弱透水层一致。
进一步的，所述调整渗透系数的承压含水层为降承压水目的层，其他含水层的水力参数保持不变，同时各土层的力学参数保持原样不变。
进一步的，由于降承压水目的含水层的渗透系数经过了调整，该土层的水力特性由承压含水层转变为弱透水层，不再具有承压含水层的承压性和强渗透性，因此在基坑降水开挖模拟时不考虑对承压含水层的降水模拟。
本发明提出的基坑施工中承压水降水对周边环境影响的计算方法，通过调整承压含水层的渗透系数，使得在模拟时可不考虑承压含水层的承压性和高渗透性，从而可得到不考虑降承压水的模拟结果。进而将考虑降承压水的模拟结果与调整后的不考虑降承压水的模拟结果相减，最终可得到承压水降水对基坑施工中周边环境的影响。
附图说明
图1所示为本发明较佳实施例的基坑施工中承压水降水对周边环境影响的计算方法流程图。
图2所示为根据本发明得出的考虑与不考虑承压水降水情况下基坑开挖完全后的坑外地表沉降曲线图。
图3所示为根据本发明得出的有基坑开挖影响下的降承压水引起的坑外地表沉降曲线图。
具体实施方式
以下结合附图给出本发明的具体实施方式，但本发明不限于以下的实施方式。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用于方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
请参考图1，图1所示为本发明较佳实施例的基坑施工中承压水降水对周边环境影响的计算方法流程图。本发明提出一种基坑施工中承压水降水对周边环境影响的计算方法，包括下列步骤：
S1：确定周边环境、工程地质条件及各土层参数；
S2：在数值软件中建立计算模型；
S3：按照基坑开挖与降水的施工工序进行模拟，得出模拟结果；
S4：调整承压含水层的渗透系数；
S5：对调整后的模型按照基坑施工工序进行模拟，但不用对承压含水层进行降水；
S6：将调整前的模拟结果减去调整后的模拟结果，得出降承压水的影响。
根据本发明较佳实施例，所述步骤S1中，施工场地工程地质条件及各土层参数包括以下两个部分：一是各土层的分布情况和力学参数指标；二是水文地质条件及各土层的水力参数指标。
所述步骤S2中，数值模型建立包括三维模型及准三维模型等在内的模型。
所述数值模型横向边界大于基坑内承压水降水的影响范围，降水影响范围根据公式进行计算，其中S为井内最大水位降深，k为承压含水层渗透系数。
步骤S3中，按照基坑开挖与降水的施工工序进行模拟，得出模拟结果。采用渗透系数调整前计算得出的坑外地表沉降曲线如图2所示。
所述步骤S4中，包括将同一数值模型中的承压含水层的渗透系数减小，调整成与弱透水层一致，如表1所示。，所述调整渗透系数的承压含水层为降承压水目的层，其他含水层的水力参数保持不变，同时各土层的力学参数保持原样不变。
表1：调整前后各土层渗透系数
由于降承压水目的含水层的渗透系数经过了调整，该土层的水力特性由承压含水层转变为弱透水层，不再具有承压含水层的承压性和强渗透性，因此在基坑降水开挖模拟时不考虑对承压含水层的降水模拟。
步骤S5中，对调整后的模型按照基坑施工工序进行模拟，但不用对承压含水层进行降水，得出模拟结果。采用渗透系数调整后计算得出的坑外地表沉降曲线如图2所示。
步骤S6中，将调整后的模拟结果减去调整前的模拟结果，得出降承压水的影响。
根据本发明较佳实施例，根据之前的数值计算，可得到两种不同情况的模拟结果，分别是：考虑降承压水的模拟结果；不考虑降承压水的模拟结果。将两者的模拟结果相减，得出的差值即为有基坑开挖影响下的降承压水产生的影响。有基坑开挖影响下的降承压水引起的坑外地表沉降曲线如图3所示。
综上所述，本发明提出的基坑施工中承压水降水对周边环境影响的计算方法，通过调整承压含水层的渗透系数，使得在模拟时可不考虑承压含水层的承压性和高渗透性，从而可得到不考虑降承压水的模拟结果。进而将考虑降承压水的模拟结果与调整后的不考虑降承压水的模拟结果相减，最终可得到承压水降水对基坑施工中周边环境的影响。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。
Claims (7)
1.一种基坑施工中承压水降水对周边环境影响的计算方法，其特征在于，包括下列步骤：
S1：确定周边环境、工程地质条件及各土层参数；
S2：在数值软件中建立计算模型；
S3：按照基坑开挖与降水的施工工序进行模拟，得出模拟结果；
S4：调整承压含水层的渗透系数；
S5：对调整后的模型按照基坑施工工序进行模拟，但不用对承压含水层进行降水；
S6：将调整前的模拟结果减去调整后的模拟结果，得出降承压水的影响。
2.根据权利要求1所述的基坑施工中承压水降水对周边环境影响的计算方法，其特征在于，所述步骤S1中，施工场地工程地质条件及各土层参数包括以下两个部分：一是各土层的分布情况和力学参数指标；二是水文地质条件及各土层的水力参数指标。
3.根据权利要求1所述的基坑施工中承压水降水对周边环境影响的计算方法，其特征在于，所述步骤S2中，数值模型建立包括三维模型及准三维模型在内的模型。
4.根据权利要求3所述的基坑施工中承压水降水对周边环境影响的计算方法，其特征在于，所述数值模型横向边界大于基坑内承压水降水的影响范围，降水影响范围根据公式进行计算，其中S为井内最大水位降深，k为承压含水层渗透系数。
5.根据权利要求1所述的基坑施工中承压水降水对周边环境影响的计算方法，其特征在于，所述步骤S4中，包括将同一数值模型中的承压含水层的渗透系数减小，调整成与弱透水层一致。
6.根据权利要求5所述的基坑施工中承压水降水对周边环境影响的计算方法，其特征在于，所述调整渗透系数的承压含水层为降承压水目的层，其他含水层的水力参数保持不变，同时各土层的力学参数保持原样不变。
7.根据权利要求5所述的基坑施工中承压水降水对周边环境影响的计算方法，其特征在于，由于降承压水目的含水层的渗透系数经过了调整，该土层的水力特性由承压含水层转变为弱透水层，不再具有承压含水层的承压性和强渗透性，因此在基坑降水开挖模拟时不考虑对承压含水层的降水模拟。
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