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城市建设引起地面沉降数值模拟研究

作　者: 杨少华
导　师: 武雄
学　校: 中国地质大学（北京）
专　业: 水文学与水资源
关键词: 数值模拟深基坑地面沉降基坑降水上部荷载
分类号: TU433
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

地面沉降是在自然和人为因素作用下,由于地壳表层土体压缩而导致区域性地面标高降低的一种环境地质现象。它具有成形缓慢、持续时间长、影响范围广、成因机制复杂和防治难度大等特点,是一种对资源利用、环境保护、经济发展、城市建设和人民生活构成威胁的地质灾害。近年来,随着社会经济的快速发展,人类工程活动强度和规模不断增大,使得地面沉降灾害发生的频度呈上升趋势。目前针对地面沉降的研究主要着重于抽取深层地下水而引起的区域性地面沉降,但城市建设对地面沉降的影响已上升到了不容忽视的地步。天津是我国地面沉降灾害发生频率较高的地区之一。据最新实测地面沉降资料显示,天津市城市建设对地面沉降的影响已上升到约占地面沉降总量的30%,特别是大容量的高层建筑物对地质环境影响非常明显。因此对天津市城市建设所引起的地面沉降进行研究在理论和现实方面都具有重要的意义。本文以天津市塘沽区温州大厦基坑工程为例,在正确认识基坑降水及上部荷载引起地面沉降机理的基础上,分别利用Processing Modflow软件和FLAC3D软件对由于基坑降水和上部荷载引起的地面沉降进行数值模拟研究。通过利用processing modflow软件模拟基坑降水引起的地面沉降,得出基坑内部沉降量、基坑边缘最大沉降量以及沉降影响范围。随后,对实际工程中可能会影响基坑降水引起地面沉降效应的因素进行了模拟分析。最后得出基坑的最终沉降量与基坑降水的降深有关;在工程中可以采用小流量慢速降水法可以减小基坑的沉降速率和基坑内部两点间的差异沉降;分散布井的方法同样可以减少基坑内的差异沉降;合理设置止水帷幕可以减小基坑施工过程中基坑边缘和外部的沉降,降低对周围已有建筑的影响等一系列结论。在此基础上,利用FLAC3D软件对上部荷载引起地面沉降量及水平位移量进行模拟计算。通过模拟,拟建31层酒店公寓塔楼中心点最大沉降值约为113mm,角点最大沉降量为50mm,x、y方向的最大水平位移量分别为34.7mm、34.6mm。最后,对于目前的地面沉降研究提出了一些相关的建议。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
1 绪论  10-16
  1.1 项目概况及研究意义  10-11
    1.1.1 项目概况  10
    1.1.2 研究意义  10-11
  1.2 国内外地面沉降研究发展现状  11-14
    1.2.1 国内外地面沉降发展现状  11-12
    1.2.2 国内外地面沉降研究现状  12-14
  1.3 研究内容及技术路线  14-16
2 研究区概况  16-23
  2.1 地理位置概况  16
  2.2 工程地质条件  16-21
    2.2.1 地形地貌条件  16-17
    2.2.2 气候条件  17
    2.2.3 地层岩性特征  17-19
    2.2.4 土层的物理力学性质  19-21
  2.3 水文地质条件  21-23
3 深基坑工程地面沉降效应及计算方法  23-32
  3.1 深基坑工程的地面沉降效应  23-26
    3.1.1 深基坑工程引起地面沉降的机理分析  23-24
    3.1.2 深基坑工程中影响地面沉降的因素  24-26
  3.2 深基坑工程地面沉降的计算方法  26-32
    3.2.1 计算方法概述  26-27
    3.2.2 数值模拟方法及计算模型  27-32
4 基坑降水引起地面沉降的数值模拟  32-53
  4.1 Processing Modflow 简介  32-33
  4.2 模型的建立  33-42
    4.2.1 地面沉降概念模型  33-35
    4.2.2 地面沉降数学模型  35-38
    4.2.3 modflow 数值模型的建立  38-42
  4.3 模拟结果  42-48
  4.4 几种工程因素对沉降的影响  48-53
    4.4.1 抽水速度对沉降的影响  48-50
    4.4.2 止水帷幕对沉降的影响  50-51
    4.4.3 抽水井布置对沉降的影响  51-53
5 上部荷载引起地面沉降的模拟  53-61
  5.1 岩土工程软件FLAC3D 简介  53-55
    5.1.1 FLAC3D 概述  53-54
    5.1.2 FLAC3D 算法流程  54-55
  5.2 模型的建立  55-57
    5.2.1 地层的概化  55
    5.2.2 假定条件  55
    5.2.3 模型的求解方法和计算域的剖分  55-57
    5.2.4 参数的选取  57
    5.2.5 桩数及连续墙的设定  57
  5.3 模拟结果  57-61
6 结论和建议  61-63
  6.1 结论  61
  6.2 建议  61-63
致谢  63-64
参考文献  64-68
个人简历  68

城市建设引起地面沉降数值模拟研究

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