基于地下水位變化高層建筑群引起地層分層沉降規(guī)律研究.pdf

1、地面沉降已經(jīng)使得世界上60多個國家和地區(qū)蒙受巨大的經(jīng)濟(jì)損失，僅上海一地即高達(dá)2900多億元，平均每下降1mm造成的經(jīng)濟(jì)損失約1.53億元。本文以上海地區(qū)地面沉降為研究背景，采用理論分析、數(shù)值模擬和室內(nèi)試驗(yàn)等手段，對軟土地區(qū)高層建筑荷載和地下水位變化聯(lián)合作用引起的地面沉降進(jìn)行研究，為軟土地區(qū)地面沉降防治提供理論基礎(chǔ)。
　?。?）根據(jù)位移協(xié)調(diào)條件，建立承壓完整井抽水引起地面沉降計算模型。以單層承壓含水層抽水為例，不考慮上覆土層固結(jié)，地

2、面最大水平位移與最大豎向位移相比，約小一個數(shù)量級，但其影響范圍與豎向位移相當(dāng)。含水層差異沉降顯著時，上覆土層的存在使得地面沉降值小于含水層壓縮量。差異沉降不顯著時，二者基本一致；考慮上覆土層固結(jié)過程，假設(shè)上覆土層飽和度不變，土體分別采取彈性及Merchant粘彈性本構(gòu)關(guān)系，固結(jié)初期，二者計算固結(jié)度大致相等，隨著固結(jié)時間增加，土體本構(gòu)關(guān)系取彈性時固結(jié)度大于取粘彈性時的固結(jié)度，二者計算固結(jié)度差值逐漸增大，按本文計算參數(shù)，最大差值達(dá)29.6％

3、。
　?。?）通過調(diào)整樁長、建筑間距、降深和抽水層次，對建筑荷載、抽水以及二者共同作用引起的地面沉降進(jìn)行數(shù)值模擬。樁長增加，建筑物沉降量值降低，但沉降分布幾乎不變；建筑間距增加，建筑物所處位置土體沉降最大，區(qū)域中心沉降隨建筑物間距增加沉降量值迅速降低；降深相同，開采深部含水層引起的沉降遠(yuǎn)小于開采淺部含水層引起的沉降；抽水階段，建筑物影響范圍約為建筑物所處位置及附近0.5倍基礎(chǔ)寬度。開采第一含水層，建筑物的存在降低了地面沉降，建筑物

4、所在位置沉降減少約50%；降深每增加1m，角樁樁頂軸力約增加1%，中心位置樁頂軸力約增加1.5%，樁身軸力變化幅度大，建筑物對土體變形影響顯著。開采第二含水層，建筑物對土體變形影響很小。樁基礎(chǔ)受力狀態(tài)的變化是建筑物及附近土體在抽水階段沉降分布發(fā)生變化的主要原因。根據(jù)建筑物及抽水沿深度影響范圍，結(jié)合上海中心城區(qū)地下水開采策略和分層沉降數(shù)據(jù)，上海中心城區(qū)地面沉降主要原因已逐漸由開采地下水轉(zhuǎn)變?yōu)楣こ探ㄔO(shè)，工程建設(shè)引起的地面沉降約占地面總沉降的

5、40%。
　?。?）地面沉降模型試驗(yàn)。采用顆粒圖像測速技術(shù)，研究建筑荷載和地下水開采引起土體分層變形規(guī)律。先建建筑使得后建建筑處土體發(fā)生固結(jié)，后建建筑累計沉降小于先建建筑沉降。后建建筑使得原有建筑附近地面沉降速率增加，建筑荷載引起的地面沉降存在疊加效應(yīng)；建筑物內(nèi)部區(qū)域因疊加效應(yīng)的存在，沉降量增加。建筑物外圍則沉降差較大；抽水時，建筑物樁基礎(chǔ)的負(fù)摩擦作用降低了建筑物及建筑物周圍土體的沉降，相應(yīng)地增加了建筑物周圍的差異沉降；相對于加載

6、引起的沉降，抽水引起的沉降發(fā)展較為緩慢，但持續(xù)時間長。加載和抽取地下水引起的地面沉降，都是軟土層的變形占整個地面沉降的比例很大；地下水回灌抑制地面沉降效果顯著，但引起地面回彈量值甚微，地面沉降幾乎是不可逆的。
　　（4）對比室內(nèi)模型試驗(yàn)與數(shù)值模擬結(jié)果。高層建筑荷載引起的地面沉降，建筑范圍內(nèi)部因疊加效應(yīng)存在，沉降量值增加，但差異沉降相對降低。在已有建筑物的影響下，抽水引起的地面沉降，因樁土間相互作用，建筑物附近沉降值降低，但差異沉降