基于水文地質的天津市區(qū)基坑降水設計及地面沉降分析.pdf

1、結合天津基坑降水工程實例，本文敘述了與基坑降水有關的一系列問題，包括理論基礎一土的滲透性、抽水試驗的設計、水文地質模型參數(shù)識別、基坑涌水量計算、影響半徑動態(tài)概念、滲流破壞分類、抗突涌公式評價、有限差分計算方法、地面沉降模型等，建立了基坑降水理論體系的雛形。應用理論分析基坑降水工程實例，得出了對天津市當?shù)亟邓こ逃幸娴恼J識。 天津市區(qū)粘土滲透系數(shù)小、排水困難，根據(jù)土的滲透性影響因素分析，指出天津市粘土可能符合非線性滲流律或具有初始

2、水力梯度。 基坑降水設計之前要進行水文地質勘察，確定水文地質模型并識別其參數(shù)，為降水設計提供依據(jù)。根據(jù)抽水試驗中流量難以穩(wěn)定和越流承壓含水層可以達到穩(wěn)定流的特點，經過嚴密論證，提出了利用平滑的水位恢復數(shù)據(jù)和卡爾曼濾波器反演越流承壓含水層參數(shù)的方法。 針對天津市粉土和粉細砂形成的潛水層和承壓含水層滲透系數(shù)小、難以持續(xù)供給恒定流量的特點，引入Slug test試驗方法，首次應用于天津市潛水層和承壓含水層水文地質試驗并取得成功

3、。 通過對抽水試驗數(shù)據(jù)的分析，發(fā)現(xiàn)潛水層下第一承壓含水層時間-降深曲線符合。Theis型無越流承壓含水層完整井流曲線，不具備Boulton型曲線特征，所以天津市潛水層-承壓含水層不屬于二元結構，粉土潛水層與粉細砂承壓含水層之間的粘土弱透水層起到了隔水的效果。 對于基坑涌水量的分析，建議圍護結構封閉范圍內采用貯水量的概念，圍護結構之下需要減壓的承壓含水層涌水量采用Papadopulos大井法，改進了封閉式基坑涌水量的傳統(tǒng)算

4、法。 對于影響半徑這一重要參數(shù)，指出其在井流未達穩(wěn)定流之前是一個動態(tài)的概念，隨時間發(fā)展影響范圍逐漸擴大,在補給量大于抽水量的情況下，可以出現(xiàn)穩(wěn)定的影響范圍。對于Hantush型越流承壓含水層，應用s—lgr降深一距離半對數(shù)直線延伸的方法求出的“影響半徑”范圍內給水量只占總抽水量的一半，另一半來自“影響半徑”之外補給。 基坑降水形成的滲流會產生一種體積力：滲流力，在水壓力和滲流力的作用下，可能導致管涌、流土、突涌等滲流破壞

5、，根據(jù)破壞作用力性質的不同，可以分為面積力破壞和體積力破壞。 對于基坑抗突涌安全驗算分析，規(guī)范采用上覆土重與承壓含水層高水頭水壓力相比較的簡單算法，本文選取天津典型地鐵車站基坑數(shù)據(jù)與所處地層土性參數(shù)進行計算分析，結果表明抗突涌土體周圍接觸面抗剪強度占突涌水壓力1/4以上。尤其對于坑底透鏡體狀承壓含水砂層，抗突涌土體周圍接觸面抗剪強度占突涌水壓力1/2以上，是相當大的一部分安全儲備，類似情況取消降水措施后，在保證安全的基礎上既可節(jié)

6、省造價，又可以減少鉆井引起的安全風險。以上為本文在基坑降水有關理論研究方面做的一點兒工作，在具體工程應用時，由于實際邊界條件復雜等因素，理論解析解難以適用，需要采用數(shù)值計算方法。有限差分方法應用廣泛，在地下水流連續(xù)偏微分方程的基礎上，將計算區(qū)域三維網(wǎng)格離散化，求解整個系統(tǒng)的大型代數(shù)方程組。MODFLOW是世界上最著名的求解地下水流動的有限差分軟件，本文簡要介紹了其主要功能。 基坑降水引起的地面沉降是環(huán)境評估的一項重要內容，本文主

7、要敘述了目前存在的一些主要地面沉降計算模型，說明各自特點和應用中需要改進的方面。 最后應用以上基坑降水有關理論對天津市區(qū)兩個基坑降水工程進行設計和地面沉降預測，總結計算結果得出以下有益啟示： 1)對于較淺基坑，只需對第一承壓含水層采取減壓措施時，止水帷幕設置深度可只截斷潛水層，切入潛水層下粘土弱透水層即可。因為更深入切斷第一承壓含水層后地面沉降與未切斷第一承壓含水層相比，沒有明顯較少。 2)對于較深基坑，需要對第