- 无标题文档
查看论文信息

中文题名:

 临江地区地下结构抗浮设计水位与浮力分析    

姓名:

 袁广坤    

学号:

 1049721602684    

保密级别:

 公开    

论文语种:

 chi    

学科代码:

 081401    

学科名称:

 岩土工程    

学生类型:

 硕士    

学位:

 工学硕士    

学校:

 武汉理工大学    

院系:

 土木工程与建筑学院    

专业:

 岩土工程    

研究方向:

 岩土工程    

第一导师姓名:

 夏元友    

第一导师院系:

 武汉理工大学    

完成日期:

 2019-05-12    

答辩日期:

 2019-05-14    

中文关键词:

 地下结构 ; 临江地区 ; 抗浮设计 ; 地下水渗流场 ; 最高地下水位 ; 数值模拟 ; 防渗帷幕    

中文摘要:

 

近年来我国经济高速发展,各类大型地下结构如雨后春笋般地涌现。而对于武汉这类河流湖泊众多的地区,地下水渗流情况复杂,特别是临江地区地下水渗流场变化尤为突出,地下结构面临着严峻的抗浮设计问题,对此,确定合适的抗浮水位设计值将变得尤为重要。与此同时,地下防渗帷幕作为地下工程中重要的防护手段之一,其对地下水渗流场的影响也值得进行深入的研究。

为了研究武汉临江Ⅰ级阶地地下水的渗流规律,搜集整理了大量武汉地区水文地质资料,对具有代表性的地质条件进行了归纳和总结。论文针对正处设计阶段的武汉市二七商务区地下结构工程,以临江地区地下水渗流场以及工程中选用的防渗帷幕作为研究对象,结合已有的地下水监测资料,通过数值模拟方法,对地下水渗流场进行了多种工况的模拟计算和分析,最后给出了一些可为工程设计提供参考的结论。

本文的主要内容和结论如下:

(1)对国内外相关文献进行了收集和整理,归纳总结了目前国内外地下水抗浮研究现状。并通过搜集整理武汉地区水文地质资料,归纳出武汉地区地形地貌和气象水文特点以及地下水赋存状况。结合四个实际工程所处土层资料,总结了武汉地区典型地质条件及土层的工程评价,重点分析了长江Ⅰ级阶地地下水对实际工程的影响。

(2)以武汉二七商务区实际工程为研究对象,根据工程勘察水文地质资料,利用FEFLOW数值模拟软件,建立汉口片区地下水渗流区域模型,随后利用区域模型模拟结果为二七商务区精细化模型提供边界条件,建立二七商务区地下水渗流模型。对二七商务区内地下水位动态变化进行数值模拟分析,以长江水位达到历史最高水位且淹没江滩30天为条件,给出在极端条件下二七商务区内地下水位最高值为22.0~25.9m,为正在设计阶段的实际工程提供了抗浮设计水位建议值。

(3)在二七商务区地下水渗流模型的基础上,对地下结构防渗帷幕不同布置位置和埋置深度进行组合,分为六种不同工况分别进行数值模拟,分析在极端高水位条件下,防渗帷幕对二七商务区地下水水位的影响。模拟结果显示落底式防渗帷幕对水位影响明显,能有效降低二七商务区内地下水位,该模拟分析结果为该工程抗浮设计提供参考依据。

(4)在修建落底式防渗帷幕条件下,以FEFLOW模拟获得的二七商务区内极端情况下各节点水位作为边界条件,运用有限元软件GeoStudio中的SEEP/W模块,对二七商务区内核心地块分区,分别模拟各区块内地下水渗流情况,计算各分区基坑底部所受浮力,为抗浮设计与施工阶段降水防水设计提供参考依据。

参考文献:

[1]梁妍妍. 地下结构的抗浮研究与优化分析[D]. 广州大学, 2016.

[2]陈科荣. 厦门世贸中心地下室上浮原因与抗浮锚杆基础加固措施[J]. 工程质量, 2002, (05): 51-53.

[3]方璇. 阳光花园地下室上浮事故处理[J]. 工程质量, 2003, (06): 43-45.

[4]朱东风, 曹洪, 骆冠勇等. 截排减压抗浮系统在抗浮事故处理中的应用[J]. 岩土工程学报, 2018, 40(09): 1746-1752.

[5]陶月赞, 姚梅. 地下水渗流力学的发展进程与动向[J]. 吉林大学学报(地球科学版),2007, 37(02): 221-230.

[6]Tao Yuezan, Yao Mei, Zhang Bingfeng. Solution and its application of transient stream/groundwater model subjected to time-dependent vertical seepage[J]. Applied Mathematics and Mechanics(English Edition),2007, (09): 1173-1180.

[7]刘钊. 南水北调中线膨胀土渠道渗流稳定分析[D]. 黑龙江大学, 2014.

[8]陈崇希, 万军伟. 孔隙介质非Darcy流基本方程——Forchheimer等公式具通用性吗?[J].水利学报, 2011, 42(10): 1257-1259.

[9]朱大同. 关于Dupuit公式和Forchheimer公式的讨论[J]. 水利学报, 2012, 43(04): 502-504.

[10] 熊欢. 地下结构抗浮设计中浮力的研究[D]. 中南大学, 2013.

[11] 张彬, 李广信, 杨俊峰. 地下水浮力作用机理模型试验设计与实施[J]. 岩土工程技术, 2006, 20(03): 128-131.

[12] 周朋飞. 城市复杂环境下地下水浮力作用机理试验研究[D]. 中国地质大学(北京), 2006.

[13] 张国新. 多孔连续介质渗透压力对变形应力影响的数值模拟方法探讨[J]. 水利学报, 2017, 48(06): 640-650.

[14] 尹晓萌, 晏鄂川, 刘旭耀,等. 土体稳定性计算中地下水作用力探讨[J]. 岩土力学, 2019, 40(01): 156-164.

[15] C.W.W.Ng, H.W.Liu, S.Feng. Analytical solutions for calculating pore-water pressure in an infinite unsaturated slope with different root architectures[J]. Canadian Geotechnical Journal, 2015, 52(12): 1981-1992.

[16] Guo Weijia, Zhao Jinhai, Yin Liming. Simulating research on pressure distribution of floor pore water based on fluid-solid coupling[J]. Arabian Journal of Geoscienses, 2017, 10(1): 1-14.

[17] R.Vassallo, G.M.Grimaldi, C.Di Maio. Pore water pressures induced by historical rain series in a clayey landslide: 3D modeling[J]. Landslides, 2015, 12(4): 731-744.

[18] 高层建筑岩土工程勘察标准(JGJT72-2017)[S]. 中华人民共和国住房和城乡建设部, 2017.

[19] 岩土工程勘察规范(GB50021-2001/2009版)[S]. 中华人民共和国建设部, 2001.

[20] 建筑地基基础设计规范(GB5007-2011)[S]. 中华人民共和国住房和城乡建设部, 2011.

[21] 湖北省建筑地基基础技术规范(DB42/242-2014)[S]. 湖北省住房和城乡建设厅, 2014.

[22] 李广信, 吴剑敏. 浮力计算与粘土中的有效应力原理[J]. 岩土工程技术, 2003, (02): 63-66.

[23] 杨瑞清, 朱黎心. 地下建筑结构设计和施工设防水位的选定与抗浮验算的探讨[J]. 工程勘察, 2001, (01): 43-46.

[24] 王建英, 佘广洪, 程学军. 建筑物抗浮设计中几个问题的分析[J]. 建筑技术, 2005, 36(07): 544-545.

[25] 黄志仑. 关于地下建筑物的地下水扬力问题分析[J]. 岩土工程技术, 2002, (05): 273-274+283.

[26] 黄志仑, 马金普, 李丛蔚. 关于多层地下水情况下的抗浮水位[J]. 岩土工程技术, 2005, 19(04): 182-183+217.

[27] 唐孟雄, 胡贺松, 张程林. 地下结构抗浮[J]. 岩土力学, 2017, 38(S1): 478.

[28] 曹洪, 朱东风, 骆冠勇等. 临江地下结构抗浮计算方法研究[J]. 岩土力学, 2017, 38(10): 1-8.

[29] 刘亚洲, 张晓玉. 武汉长江一级阶地临江地段抗浮水位取值探讨[J]. 土工基础, 2015, 29(06): 54-58.

[30] 刘博怀, 高飞, 杨琴等. 黏土地基抗浮折减模型试验研究[J]. 施工技术, 2017, 46(S2): 193-197.

[31] Song Linhui, Kang Xin, Mei Guoxiong. Buoyancy force on shallow foundations in clayey soil: An experimental investigation based on the “Half Interval Search”[J]. Ocean Engineering, 2016, 129: 637-641.

[32] Yu Li, Wang Mingnian, Luo Yong. A Study of Flexible Bottom Plate Deformation and the Anti-Floating Design of a Deep-Foundation with a High Water Level[J]. Modern Tunnelling Technology, 2013, 50(1): 129-133.

[33] 曹洪, 骆冠勇, 潘泓. 采用廊道排水减压解决地下结构抗浮问题的研究及应用[J]. 岩石力学与工程学报, 2016, 35(09): 1864-1870.

[34] 李新军. 武汉长江一级阶地铁深基坑渗流应力耦合研究[D]. 西南交通大学, 2010.

[35] 杨育文, 敖晨霞, 熊增强. 武汉地质条件与城市地质问题概述[J]. 城市勘测, 2015, (06): 147-153.

[36] 徐杨青, 刘国锋, 吴西臣. 武汉长江Ⅰ级阶地含水层水文地质参数研究及工程应用[J]. 岩土力学, 2016, 37(10): 2915-2920.

[37] 徐杨青, 朱小敏. 长江中下游一级阶地地层结构特征及深基坑变形破坏模式分析[J]. 岩土工程学报, 2006, 28(S1): 1794-1798.

[38] 凌飞. 武汉地铁典型地层深基坑抗浮结构设计分析[D]. 武汉理工大学, 2011.

[39] 范士凯, 杨育文. 长江一级阶地基坑地下水控制方法和实践[J]. 岩土工程学报, 2010, 32(S1): 63-68.

[40] 李凡, 李家科, 马越, 等. 地下水数值模拟研究与应用进展[J]. 水资源与水工程学报, 2018, 29(01): 99-104+110.

[41] 王浩, 陆垂裕, 秦大庸, 等. 地下水数值计算与应用研究进展综述[J]. 地学前缘, 2010, 17(06): 1-12.

[42] Mike G. Trefry, Chris Muffels. FEFLOW:A finite-element groud water flow and transport modeling Tool [J]. Groundwater, 2010, 45(5): 525-528.

[43] 高慧琴, 杨明明, 黑亮, 等. MODFLOW和FEFLOW在国内地下水数值模拟中的应用[J]. 地下水, 2012, 34(04): 13-15.

[44] FEFLOW有限元地下水流系统[M]. 中国环境科学出版社, 2001.

[45] 姚丽利, 胡立堂, 龚芳芳, 等. 北京市平原区地下水开采量反演的数值模拟方法[J]. 北京师范大学学报(自然科学版), 2017, 53(04): 436-442.

[46] 赵颖旺, 武强. 有限单元法模拟地下水流的水头反常现象——对流量计算的作用[J]. 水科学进展, 2018, 29(01): 50-56.

[47] Huo Zailin, Feng Shaoyuan, Kang Shaozhong. Numerically.Modelling groundwater in an arid area with ANN-generated dynamic boundary conditions[J]. Hydrological Processes, 2011, 25(5): 705-713.

[48] 霍再林, 冯绍元, 康绍忠, 等. 神经网络与地下水流动数值模型在干旱内陆区地下水位变化分析中的应用[J]. 水利学报, 2009, 40(06): 724-728.

[49] B.M.S.Giambastiani, A.M.McCallum, M.S.Andersen. Understanding groundwater processes by representing aquifer heterogeneity in the Maules Creek catchment, NamoiValley(NewSouthWales,Australia)[J]. Hydrogeology Journal , 2012, 20(6): 1027–1044.

[50] 周振方. 基于Feflow的张掖盆地地下水数值模拟研究[D]. 兰州大学, 2014.

[51] 李彩梅, 杨永刚, 秦作栋, 等. 基于FEFLOW和GIS技术的矿区地下水动态模拟及预测[J]. 干旱区地理, 2015, 38(02): 359-367.

[52] 孙继成, 张旭昇, 胡雅杰, 等. 基于GIS技术和FEFLOW的秦王川盆地南部地下水数值模拟[J]. 兰州大学学报(自然科学版), 2010, 46(05): 31-38.

[53] 安振东, 刘贯群, 张焘, 等. 建筑物场区地下水位预测与抗浮水位确定——以青岛啤酒城改造为例[J]. 中国海洋大学学报(自然科学版), 2015, 45(04): 103-109.

[54] Li Jiang, Mao Xiaomin, Li Mo. Modeling hydrological processes in oasis of Heihe river basin by landscape unit-based conceptual models integrated with FEFLOW and GIS[J]. Agricultural Water Management, 2017, 179(C): 338-351.

[55] Marc-André Lavigne,Miroslav Nastev, René Lefebvre. Numerical simulation of groundwater flow in the chateauguay River aquifers [J].??Canadian Water Resources Journal, 2010, 35(4): 469-486.

[56] A.H.PASANEN, J.S.OKKONEN. 3D geological models to groundwater flow models data integration between GSI3D and groundwater flow modelling software GMS and FeFlow[J]. The Geological Society of London, 2016, 408(1): 71-87.

[57] Feng Shaoyuan, Huo Zailin, Kang Shaozhong. Groundwater simulation using a numerical model under different water resources management scenarios in an arid region of China[J]. Environ Earth Sci, 2011, 62(5): 961-971.

[58] Peng Peng, Shan Zhigang, Dong Yufan. Coupling model for assessing anti-seepage behavior of curtain under dam foundation[J].Journal of Central South University, 2012, 19(7): 2016-2021.

[59] Fan Shuguang, Zheng Xurong. Design and construction of foundation anti-seepage for dam of Xiabandi Water Control Project[J]. Journal of Materials Sciences & Technology, 2012, 43(10): 8-11.

[60] 邓韶辉, 王晓玲, 敖雪菲,等. 大坝基岩帷幕宾汉姆浆液灌浆的三维数值模拟[J]. 水利学报, 2016, 47(02): 165-172+179.

[61] 辛欣. 防渗墙深度优化及其防渗效果研究[J]. 水电能源科学, 2017, 35(12): 131-134 +147.

[62] Bi Mingliang, Yan Qiao, Wang Libin. Application of Seep/w to Structure Optimization of Wall and Curtain Combination Anti-seepage System of Dam Foundation[J]. Journal of China Tree Gorges University(Natural Sciences), 2010, 32(02): 11-15.

[63] Wang Dong, Feng Chunlei, Mao Zichun. Simulation and analysis of the failure for the water stop curtain of building pit in round gravel level[J]. Applied Mechanics & Materials, 2014, 723: 326-329.

[64] A.K.Soni, B.Manwatkar. Seepage modeling for a large open pit coal mine in India[J]. Geotechnical and Geological Engineering, 2015, 33(4): 997-1007.

中图分类号:

 TU46    

馆藏号:

 TU46/2684/2019    

备注:

 403-西院分馆博硕论文库;203-余家头分馆博硕论文库    

无标题文档

   建议浏览器: 谷歌 火狐 360请用极速模式,双核浏览器请用极速模式