軟土地區(qū)密集高層建筑群引起地面沉降研究.pdf

1、地面沉降是世界各地城市所面臨的共性課題,隨著高層建筑的不斷增多,人為誘發(fā)的地面沉降有加速的趨勢。地面沉降的發(fā)生是一個比較緩慢的過程,但長期的沉降累計已造成道路開裂、各類管線受損、建筑物傾斜或開裂等,給城市居民帶來嚴重的不便,并造成巨大的經(jīng)濟損失。在嚴格控制地下水開采的情況下,密集高層建筑群等工程環(huán)境效應誘發(fā)的地面沉降已成為地面沉降的主要影響因素。本文以上海軟土地區(qū)密集高層建筑群為研究對象,通過現(xiàn)場實測、室內一般模型試驗和離心模型試驗,結

2、合環(huán)境掃描電鏡試驗和壓汞試驗,運用非等時距GM(1,1)模型和自適應模糊神經(jīng)網(wǎng)絡,對上海軟土地區(qū)密集高層建筑群作用下的地面沉降機理、地面沉降預測和建筑容積率進行了研究,得出以下結論。
　　 (1)通過室內一般模型試驗,得出密集高層建筑群造成的區(qū)域性地面沉降特點是距離建筑物中心一倍基礎寬度范圍內的地面沉降大于建筑物本身的沉降,以高層建筑群區(qū)域中心的沉降最大,密集高層建筑群之間存在明顯的沉降疊加效應。密集高層建筑群對地面沉降的影響與

3、建筑物的施工順序有關。疊加效應表現(xiàn)在超靜孔隙水壓力與土壓力均呈階梯形增長,對應于土層的變形與建筑物的沉降也呈現(xiàn)階梯形增長,在荷重的施加階段變形會有明顯的突變,這會造成變形與沉降超過預期的估計,使建筑物的沉降超過容許值。
　　 (2)離心模型試驗能夠使模型達到與原型相同的應力水平,并且可以模擬長時間的地面沉降,而室內一般模型試驗遠遠達不到這個要求,所以在區(qū)域不同位置及土層分層沉降研究中,兩者表現(xiàn)出一些差異,但沉降總體趨勢是一致的。

4、區(qū)域中心位置沉降量很大,體現(xiàn)了密集高層建筑群對區(qū)域中心的疊加效應非常顯著,可能會使區(qū)域中心沉降超過容許值,帶來地面沉降災害。離心模型試驗模擬了密集高層建筑群不同建筑間距對地面沉降的影響,間距越小時,對區(qū)域中心的沉降疊加效應越明顯,因此可以適當增大密集高層建筑群建筑物之間的間距來降低疊加效應對地面沉降的影響。離心模型試驗樁基持力層區(qū)域中心位置的孔隙水壓力較大,體現(xiàn)了密集高層建筑群對區(qū)域中心位置的疊加效應比較大；受到樁端不斷擾動和不斷調整過

5、程的影響,建筑物下方的土壓力呈現(xiàn)出一定的波動性。
　　 (3)離心模型試驗在達到穩(wěn)定加速度前的加速階段,可以較好地模擬密集高層建筑群的施工過程。室內一般模型試驗中四幢建筑物荷載按照先后順序進行施加,體現(xiàn)出密集高層建筑物之間施工先后順序對沉降的疊加效應。
　　 (4)在密集高層建筑群離心模型試驗引起地面沉降的研究中,首次提出了離心模型土體比降概念,并用三階衰減指數(shù)函數(shù)對不同土層的沉降歷時曲線進行了擬合,該函數(shù)可以預測土層沉

6、降。
　　 (5)粘性土顆粒在密集高層建筑群荷載及疊加效應的作用下,微觀結構中片狀棱角被鈍化,隨著顆粒結構單元的壓密,大孔隙減少并形成大量較小孔隙,試驗后土體中較大孔隙沒有減少反而增多,最終造成孔徑平均值增大,總孔隙度反而有所減少。粉砂土在試驗前顆粒與顆粒之間交錯排列,顆粒之間孔隙較大,棱角比較明顯,在受力過程中,以顆粒與顆粒之間接觸角度調整為主,孔隙變小,最終導致試驗后土體孔徑平均值和總比表面積有所減小。
　　 (6)

7、上海地區(qū)粘土和粉砂土均以大孔為主,并且在進汞過程中存在著“瓶頸”效應。粉砂土的孔徑平均值隨離心模型土體比降的增大而減??；粘性土的孔徑平均值隨比降的增大而增大。粉砂和粘土的總比表面積皆隨比降的增大而減小。粉砂土的總孔隙度隨著土體比降的增大而減??；粘土的總孔隙度隨著土體比降的增大而增大。粉砂土的持水(汞)系數(shù)隨著土體比降的增大而減小；粘土的持水(汞)系數(shù)隨著土體比降的增大而增大。粘性土在不同的孔徑范圍具有四組不同的分形維數(shù),粉砂土在不同的孔

8、徑范圍具有三組不同的分形維數(shù),由于砂性土中大孔隙所占比例比粘性土高,分形特征曲線上的直線段由粘性土的四段退化為砂性土的三段,分形維數(shù)段數(shù)的缺失說明不同土類的孔隙分布具有不同的分形特征。
　　 (7)應用灰色理論建立的非等時距模型,對上海陸家嘴地區(qū)某高層建筑的沉降進行了預測,預測結果和實際監(jiān)測結果相符合；對室內一般模型試驗進行了沉降預測,并和試驗觀測數(shù)據(jù)以及自適應神經(jīng)網(wǎng)絡預測結果進行了比較。研究發(fā)現(xiàn),對于工程環(huán)境效應引起的地面沉降

9、,應用非等時距灰色理論模型進行沉降預測是可行的、精確的。
　　 (8)地面建筑地質環(huán)境容量主要由地面沉降控制,其輸出指標為建筑容積率。對上海軟土地區(qū)工程地質水文地質條件、地面沉降災害發(fā)育程度分區(qū)、建筑容積率、建筑密度對地面沉降的影響以及地下水的開采利用情況進行了全面分析,建立了地面建筑地質環(huán)境容量的評價體系。針對陸家嘴、徐家匯、中原和長橋四個典型地區(qū)不同地質結構和沉降控制要求,應用自適應模糊神經(jīng)網(wǎng)絡輸出建筑容積率并繪制了四個典型