基坑降水诱发建筑沉降的有限差分计算

第第页基坑降水诱发建筑沉降的有限差分计算摘要：近年来，由于基坑降水诱发的建筑破坏和倒塌事故频发。采用有限差分方法（FLAC3D）对不同基坑降水参数下发生的建筑沉降进行分析，由孔隙水压力的变化获得了基坑降水的影响半径和漏斗形式，通过改变降水井的间距和深度获得了地下水位的变化规律。对一个四层建筑的有限差分计算表明：最大沉降的发生与基坑支护形式有关，地表沉降随降水井间距的增大而减小，随井深的增大而增大。研究结果对分析建筑倒塌事故和优化基坑周边建筑设计具有指导意义。

关键词：建筑沉降基坑降水有限差分降水参数

Abstract：Thedamageandcollapseaccidentsofbuildingsduringfoundationpitsdewateringhaveincreasedinrecentyears.Todeterminethesurfacesettlementcharacteristicsofbuildingsunderspecialconditions，foundationpitsdewateringaresimulatedbyFLAC3D.Theinfluencerangeoffoundationpitsdewateringandfunnelcurvearesimulatedbychangingoftheporewaterpressure.Thegroundwaterleveldistributionissimulatedbychangingthespaceanddepthofdewateringwell.Afinitedifferencemodelisestablishedtostudythesurfacesettlementofafour-layerbuildingunderdifferentdewateringparameters.Themaximumsettlementisrelatedtotheformoffoundationpitsupport，thegroundsurfacesettlementdecreaseswiththeincreaseofthewellspacing，andincreaseswiththeincreaseofthewelldepth..Thisstudyhassignificantimplicationsforanalysingcollapseaccidentsofbuildingstructuresandforoptimisingthedesignofdewateringwelldistributionadjacenttoprotectivestructure.

Keywords：Buildingsettlement，foundationpitsdewatering，finitedifference，dewateringparameter

1、引言

随着我国城市化进程的加快，城市地下空间资源的利用程度也越来越高，采用基坑降水方法修建地下工程的方法越来越普遍。然而，大量抽取地下水会引发基坑支护体系失稳和周边建（构）筑物、地下管线的破坏。有资料表明，我国基坑支护体系失效或破坏诱发的安全和环境问题，约占工程总量的10%～20%，其中相当一部分工程事故与地下水的变化有关[1]。

很多学者对基坑降水引起周边环境变化的行为进行了研究和分析。何世秀等[2]将地基土视为连续、各向同性、且渗透系数相同的介质，并绘制了地下水渗流过程的流网图；叶为民等[3]基于渗流-应力耦合分析方法，采用Hardening-Soil本构模型研究了某深基坑降水施工对周边环境的影响；刘婧[4]以某地下输变电站为工程背景，建立流固耦合分析模型，证明了该模型在分析基坑降水过程中的可行性；骆祖江等[5，6]基于比奥固结理论，考虑不同应力状态下土体的非线性及其渗透性特征，建立了深基坑降水与地面沉降的全三维数值模型。本文采用有限差分计算程序，通过改变基坑降水参数分析筑物沉降的变化规律，以期为类似工程的降水施工和建筑物保护提供指导。

2、基坑开挖与降水诱发建筑沉降的偶合效应

在基坑降水后，降水井周围影响区域内形成降水漏斗，如图1所示。由于降水的作用使得该区域土体的物理力学性质发生转变，土体浮重度向饱和重度的转变，导致该区域有效应力增量和固结沉降现象发生。同时，降水诱发的地下水流动形成水力梯度和动水压力。在基坑的外部表现，就是土体有效应力增量变大和压密沉降加剧；具体到基坑底部，出现了底部土体隆起。

大量的工程计算与实践表明，地表沉降的范围和最大值与降水方法和土层分布情况有关，同时也与基坑本身的变形相关。当基坑支护存在较大的墙后侧阻力时，地表沉降最大发生位置距基坑较远处，这是由于基坑支护结构附近的地表沉降，受到支护结构与岩土界面摩擦阻力的作用，使得基坑周边地表土体下沉较小的原因，如图2所示。

3、基坑降水的数值模拟分析

3.1工程概况

试验场地选则在某隧道DK18+088～DK18+730段，为防止工程灾害事故的发生，在该段高地下水位隧道开挖中采用了基坑降水的方法。该降水区段分布有两个居民小区，为已建和在建4-6层建筑，距离明挖基坑30～66米，如图3所示。

3.2计算模型