[发明专利]确定基坑开挖面上方止水帷幕渗漏对周边环境影响的方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种建筑工程技术领域的方法，具体是一种确定基坑开挖面上方止水帷幕渗漏对周边环境影响的方法。

背景技术

自21世纪以来，地下空间的发展得到了不断深化，城市地铁的大规模修建、地下商场及地下车库等日益增多均有效地缓解了地上空间的压力。伴随着地下空间的开发，基坑工程也大量涌现，目前，开挖深度达到20～30m的基坑工程越来越多，有的甚至达到40m以上，即为深大基坑。对于深大基坑，现今使用广泛的是井点降水与止水帷幕相结合的方法来降低基坑内地下水位。其中，止水帷幕在深基坑开挖中，既起到挡土作用，又能起到阻止地下水横向渗流的作用，总而言之，止水帷幕是深大基坑工程开挖得以顺利进行并保证基坑周边不因地下水渗流而产生过大变形的技术手段。然而，在实际工程中，因施工工艺、施工技术等原因经常使得止水帷幕出现不同程度的渗漏，若渗漏发生在基坑开挖面上方的饱和砂土层，严重的渗漏可能会发生流砂现象，从而导致地面发生沉降、管线破坏、建筑物开裂等灾害。为此，确定基坑开挖面上方止水帷幕渗漏对渗流环境影响的方法，对基坑安全开挖具有非常重要的意义。

经过对现有技术文献的检索发现，对止水帷幕渗漏的研究主要集中在渗漏对地下水位的影响上，针对的是基坑开挖面下方承压含水层上止水帷幕的渗漏，现有分析方法采用的是二维有限元法。如Vilarrasa于2011年在《Engineering Geology》上发表的《A methodology for characterizing the hydraulic effectiveness of an annular low-permeability barrier》中利用二维有限元法的数值模拟结果，绘制出不同止水帷幕渗漏程度下水位降深随时间变化的判断图，但其适用于止水帷幕完全隔断含水层的情况。Pujades于2012年在《Engineering Geology》上发表的《Hydraulic characterization of diaphragm walls for cut and cover tunnelling》中利用二维有限元法绘制了不同渗漏条件下水位降深导数与时间的关系图，并提出了一些解析计算公式，通过两者的结合可以计算止水帷幕的渗透系数，其缺点是仅适用于一定条件下的条形基础。

事实上，止水帷幕的渗漏属于空间问题，而二维有限元法针对的是简化的平面问题，不如针对空间问题的三维有限元法更切合实际，因此，有必要建立三维数值模型来模拟基坑开挖面上方止水帷幕渗漏对周边环境的影响。然而对于三维模型来说，若采用实体单元，那么在渗漏面积较小的部位，需要网格划分的非常小，使得网格数量偏多，导致计算繁琐，甚至会影响计算的收敛性，最终无法确定基坑开挖面上方止水帷幕渗漏对周边环境的影响。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供了一种确定基坑开挖面上方止水帷幕渗漏对周边环境影响的方法，在了解土层信息及基坑资料的基础上，根据观测的止水帷幕渗漏情况，现场测定渗漏处的渗漏面积及实际渗漏量；建立三维有限元模型，在三维有限元模型的相应位置按照渗漏面积设置自定义渗漏单元，并参照三维有限元模型中渗漏量与渗透系数的相关关系图确定渗漏位置的渗透系数；对自定义渗漏单元设置渗漏位置的渗透系数，依次模拟基坑开挖、渗流固结，最终确定基坑开挖面上方止水帷幕渗漏引起的基坑周围地下水位及地面沉降量。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明提供一种确定基坑开挖面上方止水帷幕渗漏对周边环境影响的方法，所述方法包括如下步骤：

第一步，对基坑进行现场勘查，确定土层划分信息及地下水分布情况，并通过钻孔取土进行室内土工试验，获取土层的物理力学参数；

第二步，获取基坑平面尺寸、开挖深度，以及止水帷幕厚度、埋置深度、弹性模量、渗透系数，确定考虑强度折减效应的止水帷幕等效弹性模量E’；

第三步，观测基坑开挖面上方止水帷幕的渗漏情况，记录渗漏位置、渗漏形态，确定止水帷幕渗漏处渗漏面积D、实际渗漏量Q_k；

第四步，采用有限元分析软件建立基坑开挖面上方止水帷幕渗漏的三维流固耦合模型；依据现场调查，在三维流固耦合模型相应的渗漏位置按照渗漏面积设置自定义渗漏单元，模拟基坑开挖过程；

第五步，对自定义渗漏单元假设不同数量级的渗透系数k_j，激活基坑开挖面上方止水帷幕内侧的渗流边界，确定止水帷幕在各个工况下渗漏一段时间(比如1天)后的渗漏量Q；