[发明专利]一种基坑二维稳态渗流场潜水面的计算方法、系统和介质

说明书

本发明公开了一种基坑二维稳态渗流场潜水面的计算方法，包括以下步骤：将基坑周围的渗流场划分为三个规则区域，根据三个规则区域的边界条件和连续条件求解出基坑内外的总水头的表达式，联立基坑外区域的水头表达式与潜水面满足的条件式，得到基坑外潜水面的表达式。本发明能够较为精确地确定基坑周围的潜水面位置，潜水面位置的确定对基坑工程的设计以及地下水控制均有着显著的工程意义。

技术领域

本发明涉及地下土建工程技术领域，特别涉及一种悬挂式不透水挡墙支护下的各向同性土层中的基坑二维稳态渗流场潜水面的计算方法、系统和介质。

背景技术

随着我国经济的快速发展，城市用地愈加紧张，地面上的土地已不足以满足人们的使用需求，高层建筑和地下空间的利用开始成为城市发展的主流方向。各地陆续建设了很多高层甚至超高层建筑，地铁、地下商场、地下车库等大型建筑物的修建也成为很多城市的建设重点，基坑也有向更深、更大的趋势发展，这就对基坑工程的设计提出了更多难题。

基坑工程设计过程中，地下水渗流问题是需要重点考虑的问题。基坑开挖以后，基底与基坑附近地层水面处形成水头差，在水头差的作用下，基底将形成较大的渗透力，容易引起管涌和流土破坏，影响工程安全。据相关资料统计，基坑工程中因地下水处理问题而产生的事故达到21.4％，间接或直接由水灾引发的工程事故达70％以上。在控制地下水的过程中，潜水面的确定尤为重要。因此在考虑基坑内外水位、基坑半宽、基坑外宽及挡土墙至不透水层距离的影响基础上，提出一种简单方便、计算速度快且精度较高的潜水面计算方法方法，对于实际工程应用非常有意义。

目前对基坑渗流问题的求解大多是基于基坑附近有水头补给的定水头基坑模型，而对仅在无限远处有水补给的考虑潜水面的基坑模型研究较少，此类问题的关键在于确定潜水面，用常规方法确定潜水面较为困难，目前大多是利用有限元方法或设计实验的方式得到潜水面。已有解析法研究确定潜水面的方法大多是通过做出假设简化微分方程、保角映射、拉普拉斯正变换和逆变换等方法求得的水头方程的解析解或简化解。而对于一种具有良好精度且简便快捷的潜水面计算方法还鲜有报道。

因此，需要提供一种针对上述工程情况的简便快捷、计算精度良好的潜水面计算方法。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种计算精度良好的基坑二维稳态渗流场潜水面的计算方法、系统和介质，以解决现有潜水面确定方法中存在的问题。

为解决以上技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种基坑二维稳态渗流场潜水面的计算方法，包括以下步骤：

S1，以基坑挡墙方向为z轴，不透水层水平线方向为x轴，将基坑周围的渗流场划分为三个规则区域，建立悬挂式不透水挡墙支护下的各向同性单层土层中基坑二维几何模型；

S2，假定不透水层上部土层土质均匀，土体渗流各向同性且符合达西定律，根据三个规则区域的边界条件和连续条件求解出基坑内外的总水头表达式；

S3，利用区域间的连续条件构造非齐次方程组，求解后得到常数项，并代入区域水头的表达式，得到基坑内外区域的水头表达式；

S4，结合基坑内外区域的水头表达式与潜水面满足的条件式，得到基坑外潜水面的表达式。

作为上述技术方案的进一步改进：

优选地，所述步骤S4中，基坑外潜水面的表达式如下：

其中，以挡墙延长线与土层底部水平线交点为零点，x表示基坑中一点离挡墙的水平距离，z表示基坑中一点到下方不透水层的竖向距离；h₁表示基坑外侧与挡墙距离为b处的水头高度，b表示基坑外侧的宽度，A_n是用区域界面上的连续边界条件确定的常数项，n为正整数。