[發明專利]軟土地層含承壓水基坑突涌滲透破壞判斷方法

無效

• 申請號: 201010221715.1
• 申請日: 2010-07-08
• 公開（公告）號: CN101906786A
• 公開（公告）日: 2010-12-08
• 發明（設計）人: 丁春林;葉丹;朱愷;楊新安
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: E02D33/00
• 分類號: E02D33/00;E02D17/02
• 代理公司: 上海光華專利事務所 31219
• 代理人: 余明偉

技術領域

本發明涉及一種軟土地層承壓水基坑突涌破壞判斷方法，尤其涉及一種軟土地層含弱透水層的承壓水基坑突涌滲透破壞判斷方法。

背景技術

近年來，隨著我國城市地下鐵道、高層建筑、人防工程等基礎設施的迅速發展，深基坑工程日益增多，深基坑工程開挖施工的地質條件和環境也日益復雜，其工程事故率和損失也越來越大。在深基坑工程中，一項事關全局的工作就是地下水防治，特別是在沿海軟土地區，地下水是深基坑工程的天敵，是導致基坑工程事故最直接的原因之一。根據有關文獻統計，與地下水有關的基坑事故約占總事故的45％～70％。

基坑工程中的地下水按其埋藏條件一般包括上層滯水、潛水和承壓水這三類。其中，承壓水是地表以下充滿于兩個穩定隔水層之間承受靜水壓力的含水層中的重力水，含承壓水基坑在開挖施工中易產生突涌，易造成基坑底隆起變形和圍護結構變形增大，影響基坑穩定，易產生管涌、流砂或流土。因此，對于軟土地層的含承壓水基坑，當基坑開挖深度過深或承壓水頭過高，基坑的抗突涌穩定性得不到滿足時，則須采取一定的措施防止基坑失穩。

但是，如何判斷承壓水基坑突涌穩定是一個值得研究的課題。目前，對于承壓水基坑突涌穩定性的判斷分析方法，不論是現行基坑工程規范，還是一般的教科書和工程設計施工手冊里均采用壓力平衡方法，該方法只考慮了承壓含水層頂隔水層土體自重力引起的抗力，忽略了隔水層土體的抗剪強度，而且這種抗力在硬土隔水層中還比較大，其計算結果顯然不盡合理。盡管有些學者在探索采用其它方法進行研究，如：梁勇然(1996)和李建交(1998)采用的均質連續梁、板分析法，杜貴成(1998)和馬石城(2004)采用的帶預應力均質連續梁、板分析法，譚松林(2002)采用的均質連續體法等。但在這些研究中，他們都將坑底隔水層土體假定為均質、連續彈性體。實際工程中，軟土地區承壓水基坑坑底隔水層為非均質、成層分布的彈塑性體，土體沒有抗彎性能，簡化成具有抗彎性能的梁或板模型分析顯然不夠合理，且當隔水層土體厚度與基坑跨度之比較大時，簡化成梁或板模型分析與梁、板定義也不符。此外，對于弱透水層的承壓水基坑，其突涌破壞常表現為坑底發生流砂、流土或類似于“沸騰”噴水冒砂這樣的滲透破壞，如：南京地鐵一號線某明挖區間隧道深基坑封底前坑底出現的涌水、涌砂、以及某市24層大廈深基坑開挖過程中坑底的涌水涌漿現象等，這些現象用強度理論和壓力平衡理論是難以解釋的。

發明內容

為了解決現有技術中存在的問題，本發明提供一種軟土地層含承壓水基坑突涌滲透破壞判斷方法，通過考慮坑底土抗剪強度和動水壓力-滲透力的作用，來提高判斷的準確性。

為此，本發明采用以下技術方案：

一種軟土地層含承壓水基坑突涌滲透破壞判斷方法，其特征在于包括以下步驟：

1)分析基坑坑底出滲面單元體受力狀況，得到單元體受到的滲透力γ_wJ，浮重力γ′V、土粒間的摩擦力及單位單元體所受的粘聚力C；其中，γ_w和J分別是水的重度和坑底面滲透坡降；γ′為浮容重；V是單元體體積，等于1；為土的內摩擦角，ξ為側壓力系數；

2)根據滲透破壞方程得到基坑突涌破壞臨界滲透坡降

3)根據基坑結構對稱性、支護結構形式和滲流特征建立基坑二維滲流有限元計算模型，并根據基坑水頭高度計算出坑底土最大滲流坡降；

4)比較基坑突涌破壞臨界滲透坡降和坑底土最大滲流坡降，判斷坑底土是否產生滲透破壞。

作為對上述技術方案的完善和補充，本發明進一步采取如下技術措施或是這些措施的任意組合：

1)基坑二維滲流場數學模型為：