[發(fā)明專利]一種基于改進阻力系數(shù)法的懸掛式帷幕基坑滲流計算方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110099492.4
• 申請日: 2021-01-25
• 公開（公告）號: CN112926111B
• 公開（公告）日: 2023-05-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 成建梅;彭祎
• 申請（專利權(quán)）人: 中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）
• 主分類號: G06F30/13
• 分類號: G06F30/13
• 代理公司: 武漢知產(chǎn)時代知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 42238
• 代理人: 王佩

本發(fā)明公開了一種基于改進阻力系數(shù)法的懸掛式帷幕基坑滲流計算方法。本發(fā)明在分析懸掛式帷幕基坑與閘壩滲流場異同的基礎(chǔ)上，對閘壩改進阻力系數(shù)法進行修正，提出了承壓水條件下懸掛式帷幕基坑滲流段的分段方式，推導(dǎo)了新的考慮基坑特殊段“水平匯流段”的等效阻力系數(shù)計算公式，并將之拓展至含水層各向異性條件下，實現(xiàn)了懸掛式帷幕基坑涌水量和坑外水位降深的定量計算。本發(fā)明通過將復(fù)雜的滲流路徑分成簡單的基本段，有效刻畫了基坑的尺度效應(yīng)，解決了懸掛式帷幕引起的滲流場復(fù)雜、難以計算的問題，為懸掛式帷幕承壓水基坑降水優(yōu)化設(shè)計提供了方法依據(jù)，方法具有分段靈活、計算簡單、精度高的特點，具有很大的應(yīng)用價值。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及水文地質(zhì)學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于改進阻力系數(shù)法的懸掛式帷幕基坑滲流計算方法。

背景技術(shù)

隨著城市的快速發(fā)展，城市地下空間的需求不斷增大，基坑的規(guī)模和深度也不斷加大。為了防止地下水影響基坑施工，同時控制降水對周邊環(huán)境的影響，通常采用降水和帷幕相結(jié)合的基坑地下水控制方案。考慮到施工難度、經(jīng)濟效益等因素，懸掛式帷幕結(jié)合坑內(nèi)降水的方案是基坑工程地下水控制的主要趨勢。

懸掛式帷幕降水模式下，含水層部分隔絕，部分連通，地下水沿帷幕繞流，呈三維流態(tài)，由于滲流模式的復(fù)雜性，目前尚無統(tǒng)一的解析計算方法，因此常參考數(shù)值法計算結(jié)果進行降水設(shè)計，但數(shù)值法計算過程較為繁瑣，不便于被多數(shù)工程技術(shù)人員直接使用。為此，許多學(xué)者開展了懸掛式帷幕解析計算方法的研究。但由于懸掛式帷幕降水的尺度效應(yīng)，帷幕深度、基坑面積、含水層厚度和基坑深度等幾何參數(shù)對降水效果有不同程度的影響。引入這些變量，勢必使數(shù)學(xué)模型十分復(fù)雜，難以求解，因此，許多研究往往忽略了部分因素的影響，適用條件有限。

對于有地下建筑的復(fù)雜滲流問題，改進阻力系數(shù)法通過將整個滲流段分成幾個簡單的基本段，完成各段的水頭損失計算，進而得到水頭曲線、流量。該方法具有計算簡單，精度高的特點，在閘壩滲流計算中已得到推廣，但在基坑滲流計算中的研究依然較少。原因在于，改進阻力系數(shù)法原屬于一種剖面二維流方法，其公式基于閘壩過水?dāng)嗝鎸挾炔蛔兊臈l件，而基坑降水過程屬更復(fù)雜的三維流問題，平面上地下水向中心匯集，距基坑中心越近過水?dāng)嗝鎸挾仍叫。μ荻仍酱蟆τ诟鼜?fù)雜的各向異性地層，原方法更難以刻畫其帶來的誤差和影響。因此，改進阻力系數(shù)法雖在閘壩滲流問題中具有簡便靈活的優(yōu)勢，但就帷幕作用下的基坑滲流問題時，需要改進和修正。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于，針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種簡單實用的懸掛式止水帷幕作用下的深基坑滲流計算方法，以應(yīng)用于實際工程涌水量和降深的計算。

本發(fā)明提供了一種基于改進阻力系數(shù)法的懸掛式帷幕基坑滲流計算方法，具體實現(xiàn)步驟如下：

S1、根據(jù)勘察設(shè)計資料，確定降水影響半徑R，基坑等效圓半徑r₀，地下水初始水頭H₀，基坑安全水位H_D，含水層水平滲透系數(shù)K_r，含水層垂直滲透系數(shù)K_z，含水層總厚度M，減去基坑部分的含水層厚度M′，帷幕進入含水層深度d，減去基坑部分的帷幕深度d′，帷幕厚度w；

S2、通過垂直剖面上過帷幕兩側(cè)角點的等水頭線，將基坑含水層分為四段，包括水平匯流段、第一內(nèi)部垂直段、水平段以及第二內(nèi)部垂直段；

S3、根據(jù)S1中基坑含水層各分段的幾何參數(shù)，計算S2中水平匯流段的阻力系數(shù)ξ₁、第一內(nèi)部垂直段的阻力系數(shù)ξ₂、水平段的阻力系數(shù)ξ₃以及第二內(nèi)部垂直段的阻力系數(shù)ξ₄；

S4、根據(jù)S3的各分段阻力系數(shù)、地下水初始水頭H₀、基坑安全水位H_D以及各向異性修正系數(shù)α計算帷幕外側(cè)水位H_A；