軟土地區(qū)密集高層建筑群引起地面沉降研究.pdf

1、地面沉降是世界各地城市所面臨的共性課題,隨著高層建筑的不斷增多,人為誘發(fā)的地面沉降有加速的趨勢(shì)。地面沉降的發(fā)生是一個(gè)比較緩慢的過(guò)程,但長(zhǎng)期的沉降累計(jì)已造成道路開(kāi)裂、各類(lèi)管線(xiàn)受損、建筑物傾斜或開(kāi)裂等,給城市居民帶來(lái)嚴(yán)重的不便,并造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。在嚴(yán)格控制地下水開(kāi)采的情況下,密集高層建筑群等工程環(huán)境效應(yīng)誘發(fā)的地面沉降已成為地面沉降的主要影響因素。本文以上海軟土地區(qū)密集高層建筑群為研究對(duì)象,通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)、室內(nèi)一般模型試驗(yàn)和離心模型試驗(yàn),結(jié)

2、合環(huán)境掃描電鏡試驗(yàn)和壓汞試驗(yàn),運(yùn)用非等時(shí)距GM(1,1)模型和自適應(yīng)模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),對(duì)上海軟土地區(qū)密集高層建筑群作用下的地面沉降機(jī)理、地面沉降預(yù)測(cè)和建筑容積率進(jìn)行了研究,得出以下結(jié)論。
　　 (1)通過(guò)室內(nèi)一般模型試驗(yàn),得出密集高層建筑群造成的區(qū)域性地面沉降特點(diǎn)是距離建筑物中心一倍基礎(chǔ)寬度范圍內(nèi)的地面沉降大于建筑物本身的沉降,以高層建筑群區(qū)域中心的沉降最大,密集高層建筑群之間存在明顯的沉降疊加效應(yīng)。密集高層建筑群對(duì)地面沉降的影響與

3、建筑物的施工順序有關(guān)。疊加效應(yīng)表現(xiàn)在超靜孔隙水壓力與土壓力均呈階梯形增長(zhǎng),對(duì)應(yīng)于土層的變形與建筑物的沉降也呈現(xiàn)階梯形增長(zhǎng),在荷重的施加階段變形會(huì)有明顯的突變,這會(huì)造成變形與沉降超過(guò)預(yù)期的估計(jì),使建筑物的沉降超過(guò)容許值。
　　 (2)離心模型試驗(yàn)?zāi)軌蚴鼓Ｐ瓦_(dá)到與原型相同的應(yīng)力水平,并且可以模擬長(zhǎng)時(shí)間的地面沉降,而室內(nèi)一般模型試驗(yàn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到這個(gè)要求,所以在區(qū)域不同位置及土層分層沉降研究中,兩者表現(xiàn)出一些差異,但沉降總體趨勢(shì)是一致的。

4、區(qū)域中心位置沉降量很大,體現(xiàn)了密集高層建筑群對(duì)區(qū)域中心的疊加效應(yīng)非常顯著,可能會(huì)使區(qū)域中心沉降超過(guò)容許值,帶來(lái)地面沉降災(zāi)害。離心模型試驗(yàn)?zāi)M了密集高層建筑群不同建筑間距對(duì)地面沉降的影響,間距越小時(shí),對(duì)區(qū)域中心的沉降疊加效應(yīng)越明顯,因此可以適當(dāng)增大密集高層建筑群建筑物之間的間距來(lái)降低疊加效應(yīng)對(duì)地面沉降的影響。離心模型試驗(yàn)樁基持力層區(qū)域中心位置的孔隙水壓力較大,體現(xiàn)了密集高層建筑群對(duì)區(qū)域中心位置的疊加效應(yīng)比較大；受到樁端不斷擾動(dòng)和不斷調(diào)整過(guò)

5、程的影響,建筑物下方的土壓力呈現(xiàn)出一定的波動(dòng)性。
　　 (3)離心模型試驗(yàn)在達(dá)到穩(wěn)定加速度前的加速階段,可以較好地模擬密集高層建筑群的施工過(guò)程。室內(nèi)一般模型試驗(yàn)中四幢建筑物荷載按照先后順序進(jìn)行施加,體現(xiàn)出密集高層建筑物之間施工先后順序?qū)Τ两档寞B加效應(yīng)。
　　 (4)在密集高層建筑群離心模型試驗(yàn)引起地面沉降的研究中,首次提出了離心模型土體比降概念,并用三階衰減指數(shù)函數(shù)對(duì)不同土層的沉降歷時(shí)曲線(xiàn)進(jìn)行了擬合,該函數(shù)可以預(yù)測(cè)土層沉

6、降。
　　 (5)粘性土顆粒在密集高層建筑群荷載及疊加效應(yīng)的作用下,微觀結(jié)構(gòu)中片狀棱角被鈍化,隨著顆粒結(jié)構(gòu)單元的壓密,大孔隙減少并形成大量較小孔隙,試驗(yàn)后土體中較大孔隙沒(méi)有減少反而增多,最終造成孔徑平均值增大,總孔隙度反而有所減少。粉砂土在試驗(yàn)前顆粒與顆粒之間交錯(cuò)排列,顆粒之間孔隙較大,棱角比較明顯,在受力過(guò)程中,以顆粒與顆粒之間接觸角度調(diào)整為主,孔隙變小,最終導(dǎo)致試驗(yàn)后土體孔徑平均值和總比表面積有所減小。
　　 (6)

7、上海地區(qū)粘土和粉砂土均以大孔為主,并且在進(jìn)汞過(guò)程中存在著“瓶頸”效應(yīng)。粉砂土的孔徑平均值隨離心模型土體比降的增大而減??；粘性土的孔徑平均值隨比降的增大而增大。粉砂和粘土的總比表面積皆隨比降的增大而減小。粉砂土的總孔隙度隨著土體比降的增大而減小；粘土的總孔隙度隨著土體比降的增大而增大。粉砂土的持水(汞)系數(shù)隨著土體比降的增大而減??；粘土的持水(汞)系數(shù)隨著土體比降的增大而增大。粘性土在不同的孔徑范圍具有四組不同的分形維數(shù),粉砂土在不同的孔

8、徑范圍具有三組不同的分形維數(shù),由于砂性土中大孔隙所占比例比粘性土高,分形特征曲線(xiàn)上的直線(xiàn)段由粘性土的四段退化為砂性土的三段,分形維數(shù)段數(shù)的缺失說(shuō)明不同土類(lèi)的孔隙分布具有不同的分形特征。
　　 (7)應(yīng)用灰色理論建立的非等時(shí)距模型,對(duì)上海陸家嘴地區(qū)某高層建筑的沉降進(jìn)行了預(yù)測(cè),預(yù)測(cè)結(jié)果和實(shí)際監(jiān)測(cè)結(jié)果相符合；對(duì)室內(nèi)一般模型試驗(yàn)進(jìn)行了沉降預(yù)測(cè),并和試驗(yàn)觀測(cè)數(shù)據(jù)以及自適應(yīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行了比較。研究發(fā)現(xiàn),對(duì)于工程環(huán)境效應(yīng)引起的地面沉降

9、,應(yīng)用非等時(shí)距灰色理論模型進(jìn)行沉降預(yù)測(cè)是可行的、精確的。
　　 (8)地面建筑地質(zhì)環(huán)境容量主要由地面沉降控制,其輸出指標(biāo)為建筑容積率。對(duì)上海軟土地區(qū)工程地質(zhì)水文地質(zhì)條件、地面沉降災(zāi)害發(fā)育程度分區(qū)、建筑容積率、建筑密度對(duì)地面沉降的影響以及地下水的開(kāi)采利用情況進(jìn)行了全面分析,建立了地面建筑地質(zhì)環(huán)境容量的評(píng)價(jià)體系。針對(duì)陸家嘴、徐家匯、中原和長(zhǎng)橋四個(gè)典型地區(qū)不同地質(zhì)結(jié)構(gòu)和沉降控制要求,應(yīng)用自適應(yīng)模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸出建筑容積率并繪制了四個(gè)典型