上海軌道交通9號線宜山路站基坑降水開挖工程性狀及室內(nèi)模型試驗研究.pdf

1、地鐵車站深基坑的降水開挖不僅要保證基坑本身的安全與穩(wěn)定，而且還要有效地控制基坑周圍地層移動以達到保護環(huán)境的目的，尤其是在地基土質(zhì)較差的城市內(nèi)進行基坑開挖施工時，經(jīng)常引起基坑周圍土體的較大變形，從而影響基坑周圍的建筑物、公共設(shè)施、道路、管線等的正常使用，甚至危及安全，造成破壞。因此，準確地預測因基坑開挖而引起的土體移動，不僅是基坑降水開挖支護系統(tǒng)設(shè)計的一個重要組成部分，而且是評價基坑開挖對周圍環(huán)境影響程度的一個重要指標。 對于有著

2、非常復雜周邊環(huán)境的超深基坑降水開挖支護——上海軌道交通9號線宜山路車站的施工，其降水、加固和開挖之深都創(chuàng)下了上海地鐵車站建設(shè)以來的最大深度，因而對其周邊土體變形指標的控制則更為嚴格。正因為如此，在控制周邊地層移動以保證基坑本身安全和穩(wěn)定之前，首先必須要對上海地區(qū)軟土基坑的支護系統(tǒng)和深降水、深加固及深開挖條件下基坑周邊土體的工程性狀作出深刻的認識。所以本文以上海軌道交通9號線宜山路地鐵車站建設(shè)工程為背景，通過室內(nèi)大型模型試驗模擬現(xiàn)場的施工

3、情況；選擇具有代表性的原狀土層，通過高壓固結(jié)試驗模擬該土層土體在抽水壓密情況的本構(gòu)關(guān)系：借助ModFLOW分析該工程施工過程中的“逆回彈”現(xiàn)象及其機理；最后利用Plaxis3dfoundation軟件強大的計算功能，計算分析基坑降水開挖對周邊土體工程性狀的影響。主要工作內(nèi)容和研究成果可以歸納以下幾點： 1、首先綜合研究了基坑降水開挖，計算方法和模型試驗，包括沉降計算領(lǐng)域中的計算模型有水流模型、土體變形模型兩大部分和抽水引起的沉降

4、計算模型。然后又從粘彈性模型的角度研究了變形場與滲流場之間的本構(gòu)關(guān)系、粘彈性滲流方程、粘彈性越流含水層組的三維井模型以及粘彈性理論的地面沉降計算公式。 2、對軟土降水壓密固結(jié)的機理進行了研究，對上海軟土地區(qū)的土層進行實驗，從而獲得了這些土層所對應的應力—應變曲線及應變和時間的曲線，由土體各自的曲線形狀分別用三元件模型和Burgers模型來模擬土層的抽水壓密條件下的應力應變關(guān)系，最終獲得本構(gòu)關(guān)系。 3、闡述了室內(nèi)模型試驗的

5、設(shè)計、制作、準備工作以及試驗的操作步驟，在試驗基礎(chǔ)上模擬了現(xiàn)場情況兩組試驗時的周邊土體變形、抽水量、土層中土壓力和孔隙水壓力的變化規(guī)律。并在對現(xiàn)場的降水試驗方案作了具體的闡述后，在現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，主要研究了宜山路地鐵車站現(xiàn)場試降水過程中現(xiàn)場地下水流量、孔隙水位及地面沉降的變化規(guī)律。 4、對上海軌道交通9號線宜山路地鐵車站現(xiàn)場降水引起的沉降現(xiàn)象進行分析，在分析過程中發(fā)現(xiàn)“逆回彈”現(xiàn)象。隨即對“逆回彈”現(xiàn)象的定義、機理做了科學

6、研究，這方面的研究成果有： ◇借助于精確的測量分層沉降多點位移計測出的沉降曲線，分析出分層曲線的有著“分叉性”和“不協(xié)同性”規(guī)律性，即有些土層發(fā)生了向下的膨脹，導致位于較深的土層比較淺的土層產(chǎn)生較大的變形，首次發(fā)現(xiàn)了“逆回彈”現(xiàn)象。 ◇提出了“逆回彈”現(xiàn)象的科學定義即抽降水條件下含水層以上某土層發(fā)生向下膨脹的現(xiàn)象稱之為“逆回彈”。 ◇深刻分析了“逆回彈”現(xiàn)象機理。主要是通過對現(xiàn)場土層的顆分試驗、壓縮試驗以及監(jiān)測曲

7、線的分析，借助Visual MODFLOW示蹤劑法分析不同滲透系數(shù)情況的流線分布，得知“逆回彈”現(xiàn)象的產(chǎn)生和抽水井的抽水時間、降承壓水誘發(fā)的沉降過程、滲流場發(fā)展、現(xiàn)場土體的固結(jié)情況、現(xiàn)場越流的存在、現(xiàn)場特殊的地質(zhì)條件是密切相關(guān)的。 5、以Plaxis3d foundation為平臺，利用Plaxis提供的摩爾—庫倫模型運用的程序中，利用Plaxis軟件強大前處理過程和后處理過程，來模擬不排水條件下、不同抽水的深度及不同開挖深度基

8、坑開挖性狀的影響。主要結(jié)論有： ◇在基坑工程的有限元分析中，二維分析的結(jié)果一般來說要比實測和三維分析的結(jié)果要大，破壞準則的選取不是造成這種現(xiàn)象的主要因素。 ◇對柔性支護軟土深基坑坑周地表位移場的大小及分布規(guī)律進行了進一步研究，根據(jù)上海地區(qū)深基坑施工實踐，給出了軟土深基坑柔性圍護墻后偏態(tài)分布的地表豎向位移表達式。坑周地層移動貫穿于深基坑施工的始終，除了開挖引起的沉降外，還有如基坑降水、地下連續(xù)墻成槽、基坑加固、后期固結(jié)沉降