渗流应力场耦合作用下苏州工业园区某地下车库基坑的变形分析
210606303_苏州某地铁基坑工程变形监测与数值模拟分析
DOI:10.19694/ki.issn2095-2457.2022.25.12苏州某地铁基坑工程变形监测与数值模拟分析钱洋新刘优平李雨希张恭平(南昌工程学院土木与建筑工程学院,江西南昌330099)【摘要】为了探究基坑在开挖时的变形特性,确保基坑工程的安全,使用有限元软件Midas GTS NX建立苏州某地铁基坑工程的三维数值模拟结构,并对其整个施工过程进行了数值模拟,将所获取的数值模拟结果与实际施工监测的结果进行了比较分析,其结果显示,围护结构地下连续墙的变形趋势随基坑的开挖呈现“弓”形,并且在基坑开挖深度大约2/3处是其最大的偏移位置,周边地表沉降的变形呈“三角形”的变化趋势,其最大值距离基坑边缘8.5m左右。
软件计算结果与前期基坑监测数据基本吻合,有限元分析模型能够反应该基坑工程的施工变形状况。
【关键词】地铁基坑;监测;有限元;数值模拟0引言随着经济的飞速发展，越来越多的城市为了能够满足人们的出行需求以及适应经济的快速发展，都在不断地开展地铁建设。
地铁一般都是建在城市人口流量较多以及对整个城市经济发展非常重要的地方，工期也十分紧迫。
并且基坑工程也涉及力学、地质学、施工以及监测等各个领域，是一个综合性非常强的学科[1]。
要保障地铁基坑工程施工的安全，对其进行施工监测是非常有必要的。
国内在基坑的监测上做了不少的研究，曹浪[2]等用数值模拟的方法对超深基坑进行分析，研究了预加固技术和后加固技术对基坑变形的影响，为后续超深基坑工程提供了参考。
金生吉[3]等通过埋设传感器元件对超深基坑进行实时监测，对所得到的数据结果进行了详细的分析。
杨睿[4]等为研究基坑对周围环境的影响，对西安某地铁基坑工程进行监测分析。
任俊勇[5]通过有限元软件对基坑整个施工过程进行了模拟，分析各个施工阶段的变形机理。
宋诗文[6]通过优化基坑支护形式，与设计的施工方案进行对比，并进行施工监测，给出优化施工方案。
所以针对基坑所需要进行监测的内容要加以分析，并对其相应的变形规律给出需要改进的方案以及建议，才能够保障基坑安全的施工[7-10]。
深基坑三维应力场和渗流场耦合分析与模拟
深基坑三维应力场和渗流场耦合分析与模拟
梁志松
【期刊名称】《长江科学院院报》
【年(卷),期】2014(031)005
【摘要】为研究深基坑开挖施工过程中渗流场和应力场耦合情况,建立基于非饱和土的渗流-应力全耦合模型,采用非饱和土渗流-应力全耦合模型进行深基坑三维应力场和渗流场的耦合分析,预测在基坑不同的施工阶段中基坑挡土结构的侧向变形和基坑周围地面的沉降的变化,并将理论分析结果与实际监测数据进行对比分析.分析成果表明在需要降水施工的基坑分析中,采用渗流-应力耦合模型来进行基坑的分析与计算更合理,更有效.
【总页数】5页(P79-83)
【作者】梁志松
【作者单位】广东水利电力职业技术学院,广州510635
【正文语种】中文
【中图分类】TU470
【相关文献】
1.基于渗流场与应力场耦合分析的尾水渠施工期渗流场数值分析 [J], 杨昱
2.裂隙网络岩体三维渗流场与应力场耦合分析 [J], 仵彦卿;柴军瑞
3.渗流场与应力场的完全耦合模型及其在深基坑工程中的应用 [J], 李筱艳;王传鹏;柳毅
4.渗流场-应力场耦合作用下基坑三维数值分析 [J], 姚燕雅;陈国兴
5.双重介质温度场-渗流场-应力场耦合模型及三维数值研究 [J], 赵延林;曹平;赵阳升;林杭;汪亦显
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3种模拟方法在基坑降水开挖分析中的差异
3种模拟方法在基坑降水开挖分析中的差异张艳丽【摘要】以某基坑开挖工程为例,从基坑位移、稳定安全系数和连续墙受力变形3个方面比较了不考虑地下水、考虑静水压力和渗流—应力耦合3种模拟方法在分析基坑稳定性中的差异.计算结果表明:相比不考虑地下水和考虑静水压力,渗流—应力耦合计算的基坑位移最大、稳定安全系数最小、墙体所受弯矩最大,结果偏安全.建议在基坑稳定性计算中采用渗流—应力耦合法,有利于保障基坑降水开挖的施工安全.【期刊名称】《水科学与工程技术》【年(卷),期】2016(000)005【总页数】4页(P71-74)【关键词】基坑;渗流-应力耦合;降水;安全系数;弯矩【作者】张艳丽【作者单位】喀什第三师勘测设计研究院有限责任公司,新疆喀什844000【正文语种】中文【中图分类】TU46对于基坑降水开挖过程中土体发生沉降和回弹效应的研究较多，研究常用的基坑开挖模拟方法有不考虑孔隙水压力而直接模拟土层开挖、或将地下水作为静水压力施加在土体上和考虑降水开挖过程中渗流―应力耦合作用等几种方法，通过查阅相关文献［1-4］，以上方法在基坑开挖模拟中均有使用，但还未见文献对以上3种方法的计算结果进行对比分析。
因此，本文分别采用不考虑地下水、考虑静水压力和渗流—应力耦合［5］3种方法对某基坑降水开挖过程进行数值模拟分析，计算考虑了基坑右侧地表荷载的影响，通过对3种方法稳定性计算结果进行分析，为基坑降水开挖中方法的选取提供参考。
某深基坑开挖平面为矩形，宽度20m，开挖最大深度15m。
基坑地表右侧有建筑物，距离较近。
地下水位埋深距离地表3m，地下水位以下包含砂土和粉质黏土，基坑开挖涉及上层杂填土和砂土，开挖厚度分别为3m和12m，其中杂填土的开挖不涉及降水，而砂土位于地下水位以下，开挖过程需考虑降水造成的影响。
为准确分析不同模拟方法对计算结果的差异，需排除其余因素的影响，因此对模型进行一定程度的简化。
最终得到的计算模型长60m，高20m，基坑开挖长20m，高15m，开挖分4步完成。
深基坑降水开挖的渗流场与应力场耦合分析的开题报告
深基坑降水开挖的渗流场与应力场耦合分析的开题报告一、课题背景及意义随着城市化不断推进，高层建筑、桥梁、地铁等大型工程的建设越来越多。
其中，深基坑作为城市建设中不可或缺的一部分，其开挖施工所面临的困难和风险也越来越大。
在深基坑开挖的过程中，渗流场和应力场是相互耦合的，二者之间存在着复杂的相互作用关系。
因此，对深基坑降水开挖的渗流场与应力场耦合分析进行研究具有重要的理论和实际意义。
二、研究内容及方法本研究将从以下几个方面对深基坑降水开挖的渗流场与应力场耦合分析进行探究：1. 深基坑开挖及降水对渗流场和应力场的影响分析。
2. 渗流场及应力场耦合作用机理研究。
3. 建立深基坑开挖的渗流场与应力场耦合分析数值模型，并采用数值模拟的方法进行分析。
4. 借助 ANSYS 软件建立深基坑开挖的实验模型，进行物理实验验证。
三、预期成果本研究旨在探究深基坑降水开挖的渗流场与应力场耦合分析问题，预期成果包括：1. 深入研究深基坑开挖对渗流场和应力场的影响机理，深入探究二者相互耦合的作用机理。
2. 建立深基坑开挖的渗流场与应力场耦合分析模型，并进行数值模拟分析和物理实验验证，为该领域的研究提供新的思路和方法。
3. 为深基坑降水开挖施工提供重要的理论基础和技术支持，促进城市建设的有序推进。
四、研究计划及进度安排1. 阶段一：文献阅读与综述撰写；2. 阶段二：深入研究深基坑开挖对渗流场和应力场的影响机理，深入探究二者相互耦合的作用机理，并建立数值模型进行分析；3. 阶段三：基于 ANSYS 软件建立深基坑开挖的实验模型，进行物理实验验证；4. 阶段四：总结分析研究结果，撰写论文。
预计时间安排：1. 阶段一：2022 年 4 月至 2022 年 6 月；2. 阶段二：2022 年 7 月至 2023 年 3 月；3. 阶段三：2023 年 4 月至 2023 年 7 月；4. 阶段四：2023 年 8 月至 2023 年 10 月。
地下工程渗流场和应力场耦合研究
（6-11）
1 = cos2 β1 + cos2 β2 + cos2 β3
kv
k1
k2
k3
（6-12）
式中，β1 、β2 、β3 分别为渗透方向 vr 与渗透主坐标轴 1、2、3 的夹角；cos β1 、cos β2 、cos β3 分
别为渗透方向 vr 的方向余弦。渗透系数 kv 的几何意义如图 6-2 所示，渗透系数张量对应的几何为一
向上的变形，具体表达式为：
其中， m = [1,1,1, 0, 0, 0]T 。
dεl
=
−m
dp 3KS
（6-21）
式（6-17）可表示为：
σ′ = σ +αmp
（6-22）
取α = 1 ，结合式（6-22）和式（6-20），式（6-19）可表示为：
∫ ∫ ∫ ∫ V
δ εT Dep
⎛ ⎜ dε ⎝
dt
=
sw
dpw dt
+
pw
dsw dt
（6-25）
取 pa = 0.1MPa 为标准大气压，根据前面的分析可知，饱和度也是毛细压力的函数，当然也是
（6-5）
即某一流速分量 vi 不仅与水力梯度相应分量成正比，也与水力梯度其他方向的分量成正比。式中 kij
为渗透张量，记作[K ] ，在总体坐标系中可表示为：
[ ]K = ⎡⎢⎢kkxyxx
kxy k yy
k k
xz yz
⎤ ⎥ ⎥
⎢⎣kzx kzy kzz ⎥⎦
（6-6）
对于三维问题，渗透张量共有 9 个，由于对称性， kij = k ji ，独立的系数仅有 6 个；对于二维问题，
独立的渗透系数为 3 个。
渗流场与应力场耦合作用下截渗墙位移应力分析
水库水位高程为 ２． ｍ， ９ 初始地下水位 １． 位 ９ ６ ０ｍ。 ３
式 中 ｎ为土体初始 的孔 隙率 ；。 。 ， 为土体单元 的体
积 应变 ； ｋ分别 为与孔 隙率 ｎ ， ｋ， 。ｎ相对 应 的渗
在 计算 时 ．根 据应 力场和 位 移场 的计 算结 果， 按上 式计 算 出土体 新 的渗 透系数 ， 重新 计算 渗流 场。
（） ３ 模型求解。将渗流场数值模型、 应力场数
考虑两场耦合对渗流影响时的计算结果由于土体发生变形孔隙体积变小渗透性降低自由面的位置有稍微的上升坝体坝基防渗墙下游等势线加密水力坡降有较明显增加表明相应区域渗流流速加大其中最大水力坡降出现部位仍然位于截渗墙的底部其数值为536
维普资讯
６
［ 文章编号 ］０２ ０２ （０７ ０一ｏ０一ｏ １ － ６４ ２０ ）９ ０６ ３ ０
Ｊ口 Ｉ ） 。 【 Ｎｄ （ ］ Ａ
②应 力场基本方程 。
［】６ ＝ ｑ ＋｛ｓ Ｋ ｛） ｛ Ｆ） （） ３
的多少和 大小 的关系很大 。 而在伴随位移场 变化 的同时 。 土介质的孔隙率也将发生变化进而 引 岩 起介质渗透性能 的改变 。 这样岩土介 质的渗 流场 也会 受到影 响。所 以 ， 在土坝的实际运行 中， 渗流 力的存在改变 了原有的应 力场 。 而应 力场 的变化
截渗墙 ； 渗流 场 ； 力场 ； 应 位移
［ 关键词］三峡船闸； 高边坡； 地下排水 ［ 中图分类号］ Ｖ ２． ２ Ｔ ２ ３ ＋ ４ ［ 文献标识码］ Ａ
渗流场和应力场是岩土工程力学环境 中的最 重要 组成部 分之 一 ， 二者 之间是相 互联系 、 互 相 作 用的。目前 ， 在对土石坝的研究工作 中， 渗流分
渗流场和应力场耦合应力变形数值分析
上 游 堆 石 过 渡 层 上游反滤层
∑［ ］ Ｄ］曰 ｛６ ＋∑｛ （ ）△ ｝ Ｂ ［ ［ ］△ ｝ ｍ｝Ｎ ｛“ ＝∑Ｆ （） ２
设［ ＝［ Ｄ］ ， ］ ｍ｝Ⅳ ， Ｋ］ ］ ［ ［ ［ ＝｛ （ ） ］
简写 之 ， 即为 ：
［ ］ △ ｝ Ｌ ］＋［ ｛ ｝＝｛ Ｆ｝ ｛６ ［ Ｌ］△ △ 式 中 ［ ］ — 劲度矩 阵 ； — ［ ｄ — — 耦合 矩 阵。 Ｌ］
增 大 到 １０ １ ． ２ ｍ。对 于 水平 位移 ， 游处 水平 位移 逐 上
３ 计算实例分析
计算模型选取大坝 的最大横 剖面 （ 图 １ ， 见 ） 坝 顶高程 ２５ ００ ｍ， １．０ 坝基高程 为 ２１６０ ｍ， ９． ０ 灌浆帷
渐 较小 ， 游处 水 平 位 移 逐 渐 增 大 。这 是 因为 孔 隙 下 水 的渗透 作用 下产 生 的 ， 渗 透力 的作 用 下 坝 体 水 在
偏 移趋 势 不是 很 明显 。
耦 合 方程 。
由此可见 ， 每一个节点都建立 了三个方程 ， 其中 两个为平衡方程 ， 另一个 为水流连续性方程。静 力 变形分析模块 的全局变量 为应变增量 ， 渗流分 析模 块 中 的全 局 变 量 为孔 隙 水 压 力 增 量 。在 耦 合 分 析 中 ， 隙水压 力 的计算 由渗流 分析 模块 完 成 ， 孔 而后 将
△ “ —— 孑 隙水 压力 增量 。 Ｌ 据虚 位移原 理 ， 将式 （ ） 散 ， １离 可得如 下形 式 ：
渗 流场 和应 力场 的耦 合分 析在 裂 隙岩体 中早 已
成 为热 点 问题 ， 目前 ， 己有 较多 的研究 成果 。对 于 土 体 而言 ， 有代 表性 的是 基 于 Ｂ ｏ 固结理 论 的渗 流 最 ｉｔ
渗流—应力场耦合作用下苏州工业园区某地下车库基坑的变形分析
渗流—应力场耦合作用下苏州工业园区某地下车库基坑的变形分析作者：向华强王建丰土根来源：《科技资讯》2013年第14期摘要：地下水渗流对基坑变形的影响成为当前研究的热点，以苏州工业园区某地下车库基坑为例，采用ABAQUS模拟基坑开挖及支护过程，分析基坑开挖过程中的变形及渗流场规律。
结果表明：在开挖间歇期的坑外地表沉降量均比同期开挖结束后的沉降量要小，而基底隆起量比同期开挖结束后的隆起量要大。
每步开挖间歇结束时，围护墙的水平位移有所减小。
随着开挖的进行，围护墙周围的水头等势线越来越密，地面沉降形状为下凹的盆地形状。
关键词：基坑渗流-应力耦合分析有限元模拟中图分类号：TU43 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）05（b）-0039-04基坑开挖时，坑内外通常存在着水头差，地下水将在坑内外水头差作用下发生渗流。
基坑开挖过程是地下水渗流与岩土变形动态耦合的过程。
利用渗流-应力耦合理论研究开挖过程中地下水的渗流形态和孔隙水压力场的分布，分析地下水渗流对基坑稳定性的影响具有重要意义。
近几年来，许多研究者在分析渗流稳定问题时，引入了渗流场与应力场的关系，即渗流-应力耦合关系，并在岩土工程的各个领域取得了一定的成果和进展，渗流-应力耦合问题已成了研究的热点问题。
谢兼量[1]进行了渗流应力耦合条件下的海堤边坡稳定性研究；贾善坡等[2]进行了泥岩隧道施工过程中，渗流场与应力场完全耦合的损伤模型研究；张巍等[3]对大型地下洞室群围岩进行了应力-损伤-渗流的耦合分析；张媛媛[4]，苗丽等，周建国等[6]在土坝的渗流场与应力场的耦合应用方面的研究获得了一些进展；王强等[7]，杨永恒[8]，郭娟[9]，周舒威等[10]基于渗流-应力耦合对尾矿坝的稳定性进行了研究；李筱艳[11]、纪佑军等[12]采用渗流-应力耦合分析，求解基坑的渗流场以及位移场。
本文结合苏州工业园区星海街站南北两侧公共地块地下车库项目，利用ABAQUS有限元软件进行了基坑工程在渗流-应力耦合作用下的变形分析，可为基坑工程的设计和施工提供参考。
渗流-应力场耦合作用下苏州工业园区某地下车库基坑的变形分析
２０
化， 开 挖 卸 载 也 同 时 在 土 中产 生 负 的 超 静 孔隙 水 压 力 ， 土 中水 在 重力 势 （ 水 头 差） 和压 力势 （ 超静 孔 压 ） 的 共 同作 用 下 发 生渗 流 。 等 势 线 从 入 水 边 界 到 出 水 边 界 逐 渐变 密 集 ， 在 围护 墙 底 部 附 近 分 布 最 密 ， 随 着开 挖 的
０
水 平位移／ｃ ｍ
图３ 支护 结构 水 平 位移 变 化 曲线
２． ４
２． ２
４ 结论
在考 虑渗流作 用的情 况下 ， 基 坑 在 开 挖 间歇 期 的 坑 外 地 表 沉 降量 均 比 同期 开 挖 结 束后的沉降量要 小 ， 而 基 底 隆 起 量 却 比 同期 开 挖 结 束 后 的 隆 起 量 要 大 。 围 护 墙 在 开 挖 过 程 中 的 最 大 水平 位 移 发生 的 位 置 随 着开挖 深度的增大而逐 渐下移 ， 与 各 步 开 挖面 基本保持一致 ， 最终 在 基 坑 底 面处 达 Ｏ ｌ ０ ２０ ３０ ４ ０ ５ ０ ６ ０ 到最大 。 而 在 每 步 开 挖 间 歇 结 束 时 围 护 墙 隔 基 坑 中 轴 线 的 距 ｍ 的 水 平位 移 均 有 所 减 小 。 随 着 开 挖的 进 行 ， 图 ４ 基坑 底 隆起 变 形 曲线 围护 墙 周 围的 水 头 等 势 线 越 来 越 密 ， 流 速 也越来越 大。 地 面 沉 降 形 状 为 下 凹 的 盆 地 此基坑 工程 的分析 共分成 ｌ １ 步， 其中 图３ 为 不 同 开 挖 阶 段 围护 墙 的 水 平 位 形状， 最 大 沉 降 量 不是 出现 在 坑 壁 ， 而 是 离 初 始应力场平 衡为第 一步 ， 基 坑 开 挖 分 三 移 变 化 曲 线 ， 每 步 开 挖 和 间 歇 期 的 趋 势 一 基 坑 一 定 距 离 的地 方 。 次 完成 ， 前 两 次 开 挖 完 成 以 后 分 别加 第 一 致 ， 最 大 水 平 位 移 发 生 的 位 置 随 着 开 挖 深 道、 第二道支撑 。 根 据 工 程 实 际情 况 ， 开 挖 度 的 增 大 而 逐 渐 下 移 ， 与 各 步 开 挖 面基 本 参考文献 层２ Ｏ 天 ， 完 成一道支撑时 间为５ 天， 间 歇 保持 一 致 ， 最 终 在 基坑 底面 处达 到 最 大 。 从 ［ １ 】谢 兼 量 ． 考 虑渗 流 应 力 耦 合 的边 坡 稳 定 图 中还 可 以 看 出 ： （ １ ） 随着 开 挖深 度的 增加 ， 期为５ 天。 性分 析［ Ｄ 】 ． 南京 ： 河海 大 学 ， ２ ０ ０ ７ ． 墙 身 下 部 的位 移 随 之 增 大 ， 而 顶 部 位 移 有 【 ２ 】贾 善坡 ， 陈 卫忠 ， 于洪丹 ． 泥岩 隧 道 施 工 减小的趋势 ， 其 最 大 位 移 发 生 在 第 三次 开 ３ 计算结果与分析 过 程 中 渗 流 场 与 应 力 场 全 耦 合 损 伤 模 ３． １ 降水 开挖 弓 ｌ 起 的基坑 变形 挖 结 束之 后 。 （ ２ ） 在每 步开 挖 间歇 结 束 时 围 型研 究【 Ｊ 】 ． 岩土 力学 ， ２ ０ ０ ９ ， ３ ０ （ １ ） ： １ ９ — 地 下 水 渗 流 作 用 贯 穿 于 基 坑 工 程 整 个 护墙 的 水 平 位 移 均 有 所 减 小 ， 这 是 由于 超 ２６． 施工过程中 ， 无论是降水阶段， 还 是 开 挖 加 静 孔 隙水 压 力 的 消 散 和 渗 流 造 成坑 外水 压 ［ ３ 】张 巍 ， 肖明 ， 范国邦 ． 大 型 地 下 洞 室群 围 使 得 墙 体 的 位移 有 所 回落 ， 有 利 撑 阶段。 而 基 坑 的 变 形 主 要 就 是 桩 体 的 变 力 的减 小 ， 岩 应 力一 损 伤一渗流 应 力耦 合分 析 【 Ｊ 】 ． 岩 形、 桩 后地面沉降和 基坑底部隆起 。 图２ 为 于 基 坑 的 稳 定 性 。 土力学， ２ ０ ０ ８ ， ２ ９ （ ７ ） ： ｌ ８ １ ３ －１ ８ １ ８ ． 二 维 基 坑 模 型 降 水 开 挖 过 程 中的 土 体 沉 降 ３． ３基 坑底 隆起 变形 ［ ４ 】张 媛 媛 ． ＡＮＳ Ｙ Ｓ 在土坝渗 流场和应 力 变形图。 可以 发 现 ： （ １ ） 随 着 开挖 过 程 的 不 断 由于在 基坑开 挖过程 中 ， 土 体 开 挖 卸 场及 其耦合 分析 中的应用研 究【 Ｄ 】 ． 南 基坑土体会产生回弹， 从 而 引起 基坑 底 进行 ， 桩 后 地 面 的 沉 降 量 和 基 坑 底 部 的 隆 载 ， 京： 河海大学 ， ２ ０ ０ ６ ． 图４ 为 基 坑 降水 开 挖 过 程 中 起量都在不断增加 。 （ ２ ） 在 考 虑 渗 流 作 用 的 产 生 隆 起 变 形 。 ５ ］苗丽 ， 郭 雪莽 ， 王复明 ． 基 于 应 力 场 与渗 可 以看 出 ， 基 坑 隆起 ［ 情况下 ， 基 坑 在 开 挖 间歇 期 的 沉 降 变 形 值 基 坑 底 的 隆 起 变 形 量 ， 流 场 耦 合 的土 坝 稳 定 性 分 析 … ． 人 民 黄 均 比同期开挖结 束后的沉 降变形值要小 ， 量 在 基 坑 中 轴 线 处 最大 ， 第 一 层 开 挖结 束 ， 河， ２ ０ ０ ７ ， ２ ９ （ ９ ） ： ７ ５ － ７ ７ ． 而 基 坑 隆 起 量 却 比 同期 开 挖 结 束 后 的 隆 起 最大 隆 起 量达 ， Ｕ ２ ｃ ｍ， 随着 开 挖 的进 行 ， 隆 【 ６ 】周建 国 ， 李淼 ， 郭雪 莽 ． 东 湖 书库 非 均 质 起 量愈 大 ， 全部 开 挖结 束 ， 变形量 为 ２ ． ３ ｃ ｍ。 量要大 ， 但两者的变化 量不大。 土坝 渗 流 场 与应 用场 耦 合 分 析【 Ｊ ］ ． 水 利 无论 是 哪 一 层 开 挖 ， 基 坑 隆 起 量随 着 隔 基 ３． ２支护结构水平位移 电力 机械 ， ２ ０ ０ ７ ， ２ ９ （ ３ ） ： ２ ８ － ３ ０ ．
渗流作用对深基坑支护结构的影响分析
科技资讯科技资讯S I N &T NOLOGY INFORM TION2008NO.20SCI ENCE &TECHNOLOGY I NFORMATI ON 工业技术在地下水位较高地区开挖基坑时,坑内外通常存在着水头差,地下水将在坑内外水头差作用下发生渗流。
地下水渗流改变基坑内外的应力场,不仅影响作用在围护结构上的水压力、土压力及侧压力,还引起基坑周围地表的沉降,对周围环境带来严重影响。
通过分析大量基坑失稳和变形破坏的工程事故实例可发现,因渗流引发的基坑失稳占很大比重[1]。
所以,有必要深入研究基坑场区地下水的渗流形态和孔隙水压力场的分布,分析地下水渗流对基坑稳定性的影响,进而采取合理的设计方案和施工措施,减少此类事故的发生。
目前渗流的研究以数值模拟技术为主要手段,常用的方法是有限差分法和有限元法。
有限差分法在处理简单的几何边界条件时可以取得良好的结果,但在求解复杂几何条件时其自身的不稳定性和收敛的困难性使得计算困难。
而有限元法在渗流区域不规则、边界条件较为复杂时,相对其他的数值方法更具有优势。
因此,本文选取一支护体系为排桩加单支撑的典型深基坑工程实例,进行有限元数值模拟,分析渗流作用对支护桩和支撑的作用影响。
1流固耦合的控制方程基坑工程中降低地下水位会使得周围土体存在水头差,不同的水头差产生的渗透力将以体积力的形式对土体产生作用,引起土体应力场和位移场的变化。
与此同时,应力场与位移场的改变将引起土体孔隙率的改变,孔隙率的变化必将引起土体的渗透性的变化,从而引起渗流场的变化。
渗流作用对深基坑支护结构的影响分析邬启昌(厦门港湾咨询监理有限公司福建厦门363000)摘要:从地下水与土体的相互作用机理出发,结合有效应力原理,通过建立考虑渗流作用的有效应力法模型和不考虑渗流作用的总应力法模型,按考虑渗流和不考虑渗流两种情况下支护桩的位移、桩身弯矩和支撑轴力进行对比分析,结果表明,基坑降水开挖引起渗流场发生变化,以至于在地下水作用下土体应力发生改变,使得支护桩及支撑所受荷载也随之变化,导致桩体、支撑受力变大,位移也增加。
应力-渗流耦合研究现状综述
应力-渗流耦合研究现状综述0前言目前国内外学者对渗流应力耦合已经做了很多研究工作，早期的研究以单裂隙实验研究为主，主要考虑渗透系数随法向应力的变化，之后随着人们对耦合知识的不断加深，逐渐认识到渗流场和应力场之间是相互动态影响的，应力场的改变会导致岩体结构上的变化，从而影响渗流场，而渗流场的变化又会影响应力场的分布，因此出现了基于两者相互作用的理论模型和数学模型的推导，并且采用有限元、离散元等方法进行应力渗流耦合的数值模拟。
1渗流应力耦合试验研究渗流应力耦合试验主要可分为单裂隙渗流耦合试验和裂隙网络渗流应力耦合试验两种。
1.1单裂隙渗流耦合试验对于单裂隙渗流耦合试验，最早是由1868年俄国著名流体学家Boussinesq 从理论上推导出牛顿流体在平行板裂缝中的运动公式。
早期出现许多就渗透性与法向应力之间的关系的研究，如louis根据钻孔压水试验总结出渗透系数与法向应力的经验公式；jones对碳酸盐类岩体进行有围压作用下的渗流试验，得出渗透系数与有效压力之间的经验公式。
现今也有学者对剪应力条件下以及三维应力作用下的试验研究也取得了一定的成果，如刘才华[1]等对规则、均匀、粗糙的裂隙进行渗流剪切试验，得裂隙的渗透性随着剪应力的增加而略有降低；王刚[3]通过对天然裂隙的渗流剪切耦合试验得到裂隙的渗透性随剪切位移的增大而增大并最终趋于稳定；谈然[4]对类砂岩裂隙进行了辐向渗流与剪切耦合试验，研究了剪切过程中裂隙结构面的力学性能。
而三维应力作用下裂隙岩体的研究较少，常宗旭[5]等进行了三维应力作用下单一裂缝岩样渗流规律的实验研究；侯昭飞[6]等开展在三维应力作用下的单裂隙渗流应力耦合试验，得到不同围压、水压情况下，渗流量随时间变化的情况。
1.2裂隙网络渗流应力耦合试验对于裂隙网络渗流应力耦合试验而言，由于天然岩体中裂隙的不规则分布以及各向异性，从这方面进行试验研究有着较大的难度，因此对此类的研究大多以建立理论模型和数值分析为主，也有学者进行室内试验及现场研究。
渗流-应力耦合作用对储层裂缝发育的影响研究
渗流-应力耦合作用对储层裂缝发育的影响研究宋子怡;王昊;李静;孙鲁宁;张加太;刘晨【摘要】裂缝是影响储层高产、稳产的重要因素,而储层处在复杂的地质环境中,裂缝的形成和发育受众多因素的影响,研究各因素间的耦合作用对储层裂缝发育的影响,对指导油气勘探开发具有重要意义.为此,针对任丘油田任11井区雾迷山组碳酸盐岩储层进行了渗流-应力耦合作用对储层裂缝发育的影响研究.研究结果表明:未考虑渗流-应力耦合作用时,研究区最大水平主应力范围为82～100 MPa,从西南到东北逐渐增大;最小水平主应力范围为72～88 MPa,从研究区中心向西南、东北两侧逐渐递增;考虑耦合作用后,研究区最大水平主应力范围为84～102 MPa,最小水平主应力范围为76～91 MPa,最大及最小水平主应力增加.渗流-应力耦合作用后,研究区裂缝发育指数分布在0.027～1.156之间,山头顶部和近东西向断层的内部区域裂缝发育指数在0.7左右,为裂缝较发育区域;而研究区西南和东北边缘区域裂缝发育指数在0.2以下,为裂缝欠发育区域.随着耦合作用时间的增长,储层裂缝发育指数逐渐增大,在注入井和产油井附近区域的裂缝发育指数增大幅度尤为明显;储层裂缝线密度也呈增大趋势,仅产油井周围的裂缝线密度呈现为先减小后增大的趋势;未考虑耦合作用时的储层裂缝参数小于考虑耦合作用后的裂缝参数,说明仅考虑应力场进行储层裂缝预测所得结果偏小.【期刊名称】《地质力学学报》【年(卷),期】2019(025)004【总页数】9页(P483-491)【关键词】储层裂缝;渗流;应力;耦合作用【作者】宋子怡;王昊;李静;孙鲁宁;张加太;刘晨【作者单位】中海油研究总院有限责任公司, 北京100028;中国石油大学 (华东) 地质力学与工程研究所, 山东青岛266580;中国石油大学 (华东) 地质力学与工程研究所, 山东青岛266580;中国石油大学 (华东) 地质力学与工程研究所, 山东青岛266580;中国石油大学 (华东) 地质力学与工程研究所, 山东青岛266580;中国石油大学 (华东) 地质力学与工程研究所, 山东青岛266580【正文语种】中文【中图分类】TE3190 引言储层裂缝是影响储层获得高产和稳产的重要因素，储层裂缝评价是油气勘探、开采的重要工作，也是油气地质学研究的重点和难点。
基于渗流应力耦合的基坑开挖受力特性及其对邻近地铁隧道的影响
基于渗流应力耦合的基坑开挖受力特性及其对邻近地铁隧道的影响黄戡;杨伟军;马启昂;安永林;李依;周经伟;邱朗【摘要】基于流固耦合理论,采用修正摩尔库仑本构关系,建立三维仿真模型,分析渗流特性、基坑开挖过程、不同降水速度下基坑施工特性以及其对邻近地铁的影响,并与实际监测结果进行对比分析.研究结果表明:土体渗流呈现空间差异性与时间差异性;基坑内降水速度对基坑外侧的地层变形影响较小;随开挖深度增大,土体位移增大,排桩水平位移总体上大于竖向位移;应力集中造成的基坑角部弯矩较大,在工程实践中应设置角部支撑分散应力集中产生的不利影响;锚固单元体系安全系数可满足设计要求;地铁区间隧道形状呈扁平状的椭圆形发展,隧道顶部及左右侧腰部受力较大,在设计施工中应进行配筋等加强处理;基坑开挖降水引起的左线隧道附加弯矩整体上明显大于右线隧道的附加弯矩;地铁隧道最大弯矩发生在左线地铁隧道中部靠近基坑位置;考虑流固完全耦合分析的计算结果与现场实测结果接近.【期刊名称】《中南大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2019(050)001【总页数】8页(P198-205)【关键词】基坑施工;地铁隧道;流固耦合;数值分析【作者】黄戡;杨伟军;马启昂;安永林;李依;周经伟;邱朗【作者单位】长沙理工大学土木工程学院,湖南长沙,410114;长沙理工大学土木工程学院,湖南长沙,410114;长沙理工大学土木工程学院,湖南长沙,410114;中交二公局第四工程有限公司,河南洛阳,471013;湖南科技大学土木工程学院,湖南湘潭,411201;长沙理工大学土木工程学院,湖南长沙,410114;长沙理工大学土木工程学院,湖南长沙,410114;长沙理工大学土木工程学院,湖南长沙,410114【正文语种】中文【中图分类】U495.2目前，我国很多城市已修建地铁。
在密集城区修建地铁特别是邻近存在基坑的地铁，常遇到施工相互影响的问题。
邻近的深基坑施工会对地铁产生影响，当采用降水的基坑时，基坑降水对邻近地铁产生影响。
盾构隧道开挖面稳定渗流场与应力场耦合分析
材料 密度 ／ 弹性模 泊松 比 内摩擦 粘聚力 ／ 层辱 ｆ
人 工 填土 淤 泥 质 土
全 压力 的确 定 也类似 ， 也应 比极 限支护 压 力小 许 多 ， 如
何 合理 选 取其 安全 系数 ， 要考 虑 施工 的许 多 因素 ， 需 但
志或 以塑 性流 或屈服 应力 状态 作为 失稳标 志 『； １ ］
２ 以广 义 塑性 应变 或 者等 效塑 性 应变 发 生整 体性 ） 的贯通破 坏作 为 失稳标 志 ［ ； １ 。 ］ ３ 以开挖 面 中心 点水 平位 移达 到 一 定数 值 时作 为 ）
失稳依 据 ｎ 。
式 中 ：ｘｋ、 别 为 Ｘ Ｙ Ｚ方 向 的渗 透 系 数 ； ｋ， ｋ 分 、、 ｈ
单位 ： ｍ
图 １ 渗 流 分 析 模型
开挖 前 隧道孔 隙压 力为 静水 压 力 ，水压 力场 与深 度成 正 比 。力学边 界条件 为 固 定左右 边 界 以及 沿 隧道 轴 向 的前 后 边界 和底 部边 界 ； 始应 力 为 自重应 力 ， 初 侧 向应 力乘 以相应 的侧 压 力系 数 。管 片材 料 为强 度 等级 Ｃ ０弹性钢 筋混 凝土 ， ５ 厚度 为 Ｏ ３ ， 料 参数见 表 １ ． ５ｍ 材 。
与 开挖 面 变形 以及 应 力 的 关 系， 隙水 压 力 的逐 渐 消散 导 致 土体 中发 生 沉 降 。 孔
通 过 孔 隙水压 力的存 在对 盾 构 隧道 开挖 面 的塑 性状 态 、 力 、 移及 其 大 小的影 应 位
响比较发现： 渗流场与应 力场的耦合对隧道开挖 面稳定产生很不利影响， 是不可
岩 体 渗流 与 应力 弹 塑性 全 耦合 分 析 。 隧道 开挖 面 的研
基于MIDAS—GTS的渗流—应力耦合作用下边坡稳定性分析
基于MIDAS—GTS的渗流—应力耦合作用下边坡稳定性分析张江昊【摘要】土质边坡中的地下水渗流作用主要涉及水力学和土力学相互作用的问题.地下水位升降产生的渗流—应力耦合作用对边坡稳定性会产生显著的影响.主要分析了土颗粒微元体在渗流中的受力状态,并据此得出应力—渗流耦合方程,在此基础上,结合MIDAS—GTS中的渗流分析模块及边坡稳定性分析模块(SRM),得出渗流—应力耦合作用对边坡稳定性的影响大小.【期刊名称】《甘肃科技》【年(卷),期】2016(032)008【总页数】2页(P112-113)【关键词】MIDAS—GTS;渗流—应力耦合;边坡工程;有限元;稳定性【作者】张江昊【作者单位】西安科技大学地质与环境工程系,陕西西安710054【正文语种】中文【中图分类】P642边坡中的渗流主要有以下4种情况：水平方向渗流、平行坡面方向渗流、自下而上方向渗流、垂直向下方向渗流。
不同渗流方向在土体颗粒中产生不同方向的渗流作用力，根据力的平行四边形法则，将土体颗粒所受的渗流作用力分解为垂直于颗粒表面的动水压力和与颗粒表面相切的水流摩擦力。
因此，在土体中任取一微元体，将渗流作用力F分解为铅直向上的分力u与沿流线方向的分力fs，即静水压力产生的浮力u与动水压力产生的渗透力fs。
，如图1所示。
浮力u和动水压力产生的渗透力fs分别为：式中：n为孔隙率；γw为水容重；JW为渗流水头坡降。
地下水位的变化必然会产生土体颗粒附近的水头差，由此产生的渗透力差异必然会引起土体应力场和位移场的变化。
同时，应力场和位移场的改变又将引起土体孔隙率的改变，孔隙率的改变又会引起土体渗透性的改变，从而引起渗流场的变化。
因此，土体应力和渗流作用力是相互制约和相互影响的，这种效应称为渗流—应力耦合作用。
考虑有效应力原理的微元体三维平衡方程如下：以位移和孔隙水压力表示的连续性方程如下：土中任一点的孔隙水压力变化和位移变化必须同时满足平衡方程（3）（4）（5）和连续性方程（6），将两式联立起来便是土体中的渗流—应力耦合方程。
应用MIDAS-GTS程序进行边坡渗流应力耦合作用下稳定性分析
应用MIDAS/GTS程序进行边坡渗流应力耦合作用下的稳定性分析摘要：本文通过biot固结理论建立了二维渗流场和应力场的耦合模型，并通过大型有限元软件midas/gts对一算例进行数值分析，研究了边坡在渗流条件下稳定性的问题，并与不考虑渗流的边坡进行对比。
其研究成果，可为今后的研究工作的深入提供一定的基础，对类似边坡工程的预防和防治具有一定的参考价值。
关键词：流固耦合；biot固结；midas/gts软件；稳定性边坡在水头差作用的情况下，会引起内部水体的渗流运动，内部水体在渗流运动过程中，将会产生渗流体积力，会使岩土介质应力场和位移场发生变化，应力场的改变相应的造成岩土介质位移场变化，位移场的改变使得岩土体介质内部的孔隙大小发生变化，由于多孔介质的渗透系数与其中孔隙的多少和孔隙大小的分布情况密切相关，内部孔隙的变化必然引起土体渗透系数的改变，变化后的渗透系数必然导致渗流场的变化，从而造成边坡内部渗流场水头分布的变化，岩土介质应力场和渗流场这种相互影响、相互制约的关系称之为渗流场应力场耦合[1]，最终将要达到一种稳定应力场和稳定渗流场的平衡状态.这种耦合效应肯定会对岩土介质边坡的稳定性产生一定的影响。
一、渗流场和应力场的相互作用机理（一）渗流场对应力场的作用物理作用:水对岩体的物理作用主要是润滑作用、软化和泥化作用、结合水的强化作用，通过这些作用降低岩体的强度参数和变形参数，降低粘结力和摩擦力。
化学作用：地下水含有对裂隙岩体产生化学侵蚀作用的成分。
其中，地下水对裂隙结构面软弱充填物中的石英颗粒具有溶蚀作用，对铁质具有氧化作用，尤其是对碳酸盐质裂隙岩体，地下水具有典型的化学侵蚀作用[2]。
力学作用：水主要是通过空隙静水压力和空隙动水压力作用对岩土体的力学性质施加影响，前者减小岩土体的有效应力而降低岩土体的强度，在裂隙岩体中的空隙静水压力可使裂隙产生扩容变形;后者对岩土体产生切向的推力以降低岩土体的抗剪强度，该力使裂隙产生切向变形[3]。
《岩体渗流的流固耦合问题及其工程应用》
《岩体渗流的流固耦合问题及其工程应用》篇一一、引言岩体渗流与流固耦合问题在地质工程、岩土工程、环境工程等领域具有重要地位。
岩体中的流体流动与岩体自身的变形相互作用，使得渗流与应力场之间存在复杂的耦合关系。
本文旨在探讨岩体渗流的流固耦合问题及其在工程中的应用，分析其重要性，并提出相应的解决方案。
二、岩体渗流的流固耦合问题岩体渗流的流固耦合问题是指在岩体中，流体在孔隙或裂隙中流动时，与岩体的变形和应力状态相互作用，导致流体流动和岩体变形相互影响的现象。
这种耦合作用表现为两个方面：一方面，流体在岩体中的流动会改变岩体的应力状态，从而影响岩体的变形；另一方面，岩体的变形也会改变流体在岩体中的流动状态。
（一）物理机制岩体渗流的流固耦合问题涉及到多物理场耦合，包括渗流场、应力场、温度场等。
流体在岩体中的流动受到孔隙、裂隙等结构的影响，同时受到应力场的作用。
而岩体的变形和应力状态则受到流体压力、温度等因素的影响。
这种多物理场耦合作用使得岩体渗流的流固耦合问题具有复杂的非线性特性。
（二）数学模型为了描述岩体渗流的流固耦合问题，需要建立相应的数学模型。
常见的数学模型包括渗流方程、弹性力学方程、塑性力学方程等。
这些方程可以描述流体在岩体中的流动、岩体的变形和应力状态等。
通过求解这些方程，可以得到岩体渗流的流固耦合问题的解。
三、工程应用岩体渗流的流固耦合问题在工程中具有广泛的应用。
例如，在地下水资源开发、石油天然气开采、地下工程建设、地质灾害防治等领域，都需要考虑岩体渗流的流固耦合问题。
（一）地下水资源开发在地下水资源开发中，需要考虑地下水在岩体中的流动与岩体变形的耦合作用。
通过建立相应的数学模型，可以预测地下水的流动规律和岩体的变形情况，为地下水资源的开发提供依据。
（二）石油天然气开采在石油天然气开采中，需要考虑油气的运移与储层变形的耦合作用。
通过分析储层的渗流特性、弹性力学特性等，可以预测油气的分布和储量，为石油天然气开采提供依据。
基于渗流—应力耦合的深基坑开挖对临近桥基的影响
第43卷第2期 山 西建筑Vol .43No .22 0 1 7 年 1 月SHANXI ARCHITECTUREJan . 2017• 91 •文章编号：1009-6825 (2017) 02-0091-03基于渗流一应力耦合的深基坑开挖对临近桥基的影响李红亮1周小涵2(1.上海城铁建筑科技有限公司，上海200233 ; 2.中铁大桥勘测设计院集团有限公司，湖北武汉430050)摘要:利用有限元软件，建立了某地铁基坑模型，考虑基坑降水过程中渗流一应力的耦合作用，研究了强透水性地层地铁车站深 基坑开挖过程对临近桥桩的影响,结果发现:考虑基坑降水渗流一应力耦合作用后，基坑开挖变形比不考虑渗流一应力耦合作用 时加大;临近桥柱受到基坑开挖和基坑降水的影响，在施工中应>主意保护。
关键词:地铁,深基坑，渗流一应力耦合，桥墩中图分类号:T U 463文献标识码:A如今，城市地铁建设面临诸多挑战，当明挖地铁车站周边既 有建筑众多、既有建筑基础多样且距离很近时，对车站深基坑开 挖的要求颇高。
而当深基坑遇到破碎地层等透水性很强的地层 时，由于水的作用产生的风险也是基坑顺利施工的控制性要素之 一。
先进的深基坑开挖往往配备了降水措施，施工过程中的降水 会对基坑渗流场和应力场产生影响。
近年来，学界开展了较多的基坑渗流一应力耦合作用研究。
平扬等[1] (2001)将比奥固结理论扩展应用于弹塑性分析领域，将较多溶岩缝隙和溶沟的基岩中，这是因为钻孔在施工中容易出现 卡钻或偏钻的现象，从而出现打偏的情况。
对于淤泥、流沙、土洞 较多的溶洞或者是通往暗河的溶洞时，主要采用预应力管桩，这 是因为预制桩在压桩的过程中不受上述情形的影响。
对于极其 复杂的岩溶表层，且砂土层较厚时，往往采用群桩的方法，这是因 为以上的其他方法都不能施工，或者是无法保障桩的质量和安全。
在桩基建设的过程中，岩溶地区需要考虑较多，对于无法满 足工程要求的岩溶地貌，应当适当处理好岩溶地基。
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渗流应力场耦合作用下苏州工业园区某地下车库基坑的变形分析摘要：地下水渗流对基坑变形的影响成为当前研究的热点，以苏州工业园区某地下车库基坑为例，采用ABAQUS模拟基坑开挖及支护过程，分析基坑开挖过程中的变形及渗流场规律。
结果表明：在开挖间歇期的坑外地表沉降量均比同期开挖结束后的沉降量要小，而基底隆起量比同期开挖结束后的隆起量要大。
每步开挖间歇结束时，围护墙的水平位移有所减小。
随着开挖的进行，围护墙周围的水头等势线越来越密，地面沉降形状为下凹的盆地形状。
关键词：基坑；渗流-应力耦合分析;有限元模拟1引言基坑开挖时，坑内外通常存在着水头差，地下水将在坑内外水头差作用下发生渗流。
基坑开挖过程是地下水渗流与岩土变形动态耦合的过程。
利用渗流-应力耦合理论研究开挖过程中地下水的渗流形态和孔隙水压力场的分布，分析地下水渗流对基坑稳定性的影响具有重要意义。
近几年来，许多研究者在分析渗流稳定问题时，引入了渗流场与应力场的关系，即渗流-应力耦合关系，并在岩土工程的各个领域取得了一定的成果和进展，渗流-应力耦合问题已成了研究的热点问题。
谢兼量[1]进行了渗流应力耦合条件下的海堤边坡稳定性研究；贾善坡等[2]进行了泥岩隧道施工过程中，渗流场与应力场完全耦合的损伤模型研究；张巍等[3]对大型地下洞室群围岩进行了应力-损伤-渗流的耦合分析；张媛媛[4]，苗丽等[5]，周建国等[6]在土坝的渗流场与应力场的耦合应用方面的研究获得了一些进展；王强等[7]，杨永恒[8]，郭娟[9]，周舒威等[10]基于渗流-应力耦合对尾矿坝的稳定性进行了研究；李筱艳[11]、纪佑军等[12]采用渗流-应力耦合分析，求解基坑的渗流场以及位移场。
本文结合苏州工业园区星海街站南北两侧公共地块地下车库项目，利用ABAQUS有限元软件进行了基坑工程在渗流－应力耦合作用下的变形分析，可为基坑工程的设计和施工提供参考。
2工程概况和地质条件星海街站南北两侧公共地块地下车库场地，位于苏州工业园区星海街及其以西、苏华路南北两侧的公共地块内。
项目主要包括绿地、下沉式广场、地下两、三层停车场及局部商业、预留地下通道，部分地面建（构）筑物。
地下车库北基坑北侧5m为苏雅路，东侧基坑边线位于星海街慢车道上，距离建园大厦4～7m，南侧基坑边线位于苏华路慢车道上，西侧较为空旷，现为绿化草坪。
南基坑北侧基坑边线位于苏华路慢车道上，东侧基坑边线位于星海街慢车道上，距离星海大厦3～7m，南侧基坑边线以南7m有一近东西走向河道（相门塘），C25孔以南现为在建工地，西侧较为空旷，为绿化草坪。
地下室结构采用现浇钢筋混凝土框架体系，地下室结构底板（无论地下两层或三层）均处于同一标高，地下室结构顶板上部覆土（至自然地面）地下三层处约 1.3m，地下两层处约 3.0m，基坑深度为自然地面以下约14.5m。
场地地貌单元属长江三角洲太湖流域冲湖积平原区，地貌形态单一。
拟建场地66.30m以浅各土层由第四系全新统～中更新统（Q4～Q2）冲湖积相沉积物组成，呈水平层状分布，土的物理力学性质如表1所示。
地表水主要为场地南侧河道内河水，河水面标高1.34m，水深2～3m，河底淤泥厚0.5～1.0m。
潜水主要赋存于①1杂填土、①2素填土层中，勘察期间，测得其初见水位标高1.6m左右，稳定水位标高1.24~1.45m。
微承压水主要赋存于④a粉质粘土、④粉土层中，最大涌水量为38.304m3/d，渗透系数平均值为4.18×10-4cm/s，属“弱透水”级。
勘察期间实测微承压水头标高在1.16m，随季节变化地下水位有升降，年变幅0.80m左右。
承压水主要赋存于⑦粉砂、⑨粉土层中，水头埋深在地面以下2.32m，承压水头标高0.16m左右。
3有限元分析3.1模型尺寸与计算参数本工程取北侧基坑东西向AA－B1B1二维断面进行分析，基坑宽为120m，基坑开挖深度为13.5m，开挖至1.5m和7.2m深度时设置支撑。
由于基坑轴对称性比较好，取一半进行模拟。
土体模型大小为261.3m×70m(1/2宽度高度)，墙体按照等刚度原则将支护桩和止水桩换算成厚为1.3m的地下连续墙，墙身高度以大部分桩长为依据定为24.8m。
土体采用减缩积分的四节点平面应变孔压单元CPE4PR，围护墙采用减缩积分的四节点平面应变单元CPE4R，如图1所示。
支撑的作用主要是限制土体向基坑内部位移，这里采用施加位移约束的条件来实现，即假设支撑是刚性。
图1二维有限元计算模型对于地基土层，采用Mohr-Coulomb模型，模型中各材料参数如1所示。
围护墙，重度取为25kN/m3，弹性模量取为10GPa，泊松比取为0.2。
3.2边界条件模型左边界为轴对称边界条件，右边设置水平方向位移约束，底部边界设置水平、竖直方向位移约束。
模型右边界假定孔隙水压力不发生变化为定水头边界，即水源源不断地补充，模型底部为不透水边界，模型左边界孔隙水压力随着降水水头的变化而变化。
3.3有限元模拟的实施步骤（1）建立整个场地土体及支护结构(地下连续墙)有限元模型；（2）设置初始有效应力，孔隙比及孔静水压力，施加重力荷载，平衡初始应力场，由于桩与土弹模和密度相差太大，第一步平衡时，将桩的模量、密度设置跟土相近；（3）二次平衡地应力，此步将桩的模量设置成实际值，二次地应力平衡后，位移量级控制在10-4~10-5m量级；（4）施加桩剩余部分的重力荷载；（5）逐层降水并“杀死”各层的土体单元，模拟基坑降水和基坑开挖；（6）限制支撑与墙体相交处的节点位移，模拟支撑作用；（7）开挖一层土之后都有一个施工间歇过程，使超静孔隙水压力得以消散；（8）重复步骤（5）～（7）直至开挖到基底。
此基坑工程的分析共分成11步，其中初始应力场平衡为第一步，基坑开挖分三次完成，前两次开挖完成以后分别加第一道、第二道支撑。
根据工程实际情况，开挖一层20天，完成一道支撑时间为5天，间歇期为5天。
4计算结果与分析4.1降水开挖引起的基坑变形地下水渗流作用贯穿于基坑工程整个施工过程中，无论是降水阶段，还是开挖加撑阶段。
而基坑的变形主要就是桩体的变形、桩后地面沉降和基坑底部隆起。
图2为二维基坑模型降水开挖过程中的土体沉降变形图。
可以发现：（1）随着开挖过程的不断进行，桩后地面的沉降量和基坑底部的隆起量都在不断增加；（2）在考虑渗流作用的情况下，基坑在开挖间歇期的沉降变形值均比同期开挖结束后的沉降变形值要小，而基坑隆起量却比同期开挖结束后的隆起量要大，但两者的变化量不大。
a.第一层开挖结束b.第一层支撑c.第二层支撑d.第三层间歇期图2二维基坑模型降水开挖过程中土体沉降云图4.2支护结构水平位移图3为不同开挖阶段围护墙的水平位移变化曲线，每步开挖和间歇期的趋势一致，最大水平位移发生的位置随着开挖深度的增大而逐渐下移，与各步开挖面基本保持一致，最终在基坑底面处达到最大。
从图中还可以看出：（1）随着开挖深度的增加，墙身下部的位移随之增大，而顶部位移有减小的趋势，其最大位移发生在第三次开挖结束之后；（2）在每步开挖间歇结束时围护墙的水平位移均有所减小，这是由于超静孔隙水压力的消散和渗流造成坑外水压力的减小，使得墙体的位移有所回落，有利于基坑的稳定性。
图3支护结构水平位移变化曲线4.3基坑底隆起变形由于在基坑开挖过程中，土体开挖卸载，基坑土体会产生回弹，从而引起基坑底产生隆起变形。
图4为基坑降水开挖过程中基坑底的隆起变形量，可以看出，基坑隆起量在基坑中轴线处最大，第一层开挖结束，最大隆起量达到2cm，随着开挖的进行，隆起量愈大，全部开挖结束，变形量为2.3cm。
无论是哪一层开挖，基坑隆起量随着隔基坑中轴线的距离增加，隆起量逐渐减小。
图4基坑底隆起变形曲线4.4孔隙水压力变化基坑降水开挖引起的渗流场总静孔隙水压力如图5所示，a为地应力平衡时的初始孔隙水压力分布图，此时孔压不存在超静孔压，孔压分布和重力场平衡，所以不发生渗流；b~g为每步开挖结束时和开挖间歇期结束时土体中的总静孔压的分布图，由于降水开挖后基坑内外产生水头差变化，开挖卸载也同时在土中产生负的超静孔隙水压力，土中水在重力势(水头差)和压力势(超静孔压)的共同作用下发生渗流。
等势线从入水边界到出水边界逐渐变密集，在围护墙底部附近分布最密，随着开挖的进行，围护墙周围的等势线也是越来越密，水力梯度也就越来越大，故此时地下水的流速也就越大。
a.地应力平衡后b.第一层开挖间歇期结束c.第二层开挖间歇期结束d.第三层开挖间歇期结束图5孔隙水压力变化云图4.5地面沉降图6地面沉降变化曲线图6是支护墙外地面沉降的变化曲线，可以看出，三层基坑开挖引起的地面沉降，从整个变形趋势来看，它们的形状都是一个类似于向下凹的盆地形状，最大沉降量并不是出现在坑壁，而是在离基坑一定距离的地方，再随着距支护结构边缘距离的增加，沉降变形值逐渐减小。
所以，在坑外附近有建筑物的情况下，要严格注意地表的沉降，防止产生允许值之外的不均匀沉降而造成严重损失。
5结论在考虑渗流作用的情况下，基坑在开挖间歇期的坑外地表沉降量均比同期开挖结束后的沉降量要小，而基底隆起量却比同期开挖结束后的隆起量要大。
围护墙在开挖过程中的最大水平位移发生的位置随着开挖深度的增大而逐渐下移，与各步开挖面基本保持一致，最终在基坑底面处达到最大。
而在每步开挖间歇结束时围护墙的水平位移均有所减小。
随着开挖的进行，围护墙周围的水头等势线越来越密，流速也越来越大。
地面沉降形状为下凹的盆地形状，最大沉降量不是出现在坑壁，而是离基坑一定距离的地方。
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