確定基坑開挖面上方止水帷幕滲漏對周邊環(huán)境影響的方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明設及的是一種建筑工程技術領域的方法，具體是一種確定基坑開挖面上方 止水帷幕滲漏對周邊環(huán)境影響的方法。
【背景技術】 陽00引 自21世紀W來，地下空間的發(fā)展得到了不斷深化，城市地鐵的大規(guī)模修建、地下 商場及地下車庫等日益增多均有效地緩解了地上空間的壓力。伴隨著地下空間的開發(fā)，基 坑工程也大量涌現(xiàn)，目前，開挖深度達到20~30m的基坑工程越來越多，有的甚至達到40m W上，即為深大基坑。對于深大基坑，現(xiàn)今使用廣泛的是井點降水與止水帷幕相結合的方法 來降低基坑內地下水位。其中，止水帷幕在深基坑開挖中，既起到擋±作用，又能起到阻止 地下水橫向滲流的作用，總而言之，止水帷幕是深大基坑工程開挖得W順利進行并保證基 坑周邊不因地下水滲流而產生過大變形的技術手段。然而，在實際工程中，因施工工藝、施 工技術等原因經常使得止水帷幕出現(xiàn)不同程度的滲漏，若滲漏發(fā)生在基坑開挖面上方的飽 和砂±層，嚴重的滲漏可能會發(fā)生流砂現(xiàn)象，從而導致地面發(fā)生沉降、管線破壞、建筑物開 裂等災害。為此，確定基坑開挖面上方止水帷幕滲漏對滲流環(huán)境影響的方法，對基坑安全開 挖具有非常重要的意義。
[0003] 經過對現(xiàn)有技術文獻的檢索發(fā)現(xiàn)，對止水帷幕滲漏的研究主要集中在滲漏對地 下水位的影響上，針對的是基坑開挖面下方承壓含水層上止水帷幕的滲漏，現(xiàn)有分析方法 采用的是二維有限元法。如Vilarrasa于2011年在《Engineering Geology》上發(fā)表的 《A methodology for characterizing the hydraulic effectiveness of an annular low-perme油ility barrier》中利用二維有限元法的數值模擬結果，繪制出不同止水帷幕 滲漏程度下水位降深隨時間變化的判斷圖，但其適用于止水帷幕完全隔斷含水層的情況。 Pujades于2012年在《Engineering Geology》上發(fā)表的《Hydraulic characterization of diap虹agm walls for cut and cover tunnelling》中利用二維有限元法繪制了不同滲漏 條件下水位降深導數與時間的關系圖，并提出了一些解析計算公式，通過兩者的結合可W 計算止水帷幕的滲漏系數，其缺點是僅適用于一定條件下的條形基礎。
[0004] 事實上，止水帷幕的滲漏屬于空間問題，而二維有限元法針對的是簡化的平面問 題，不如針對空間問題的=維有限元法更切合實際，因此，有必要建立=維數值模型來模擬 基坑開挖面上方止水帷幕滲漏對周邊環(huán)境的影響。然而對于=維模型來說，若采用實體單 元，那么在滲漏面積較小的部位，需要網格劃分的非常小，使得網格數量偏多，導致計算繁 瑣，甚至會影響計算的收斂性，最終無法確定基坑開挖面上方止水帷幕滲漏對周邊環(huán)境的 影響。

【發(fā)明內容】

[0005] 本發(fā)明針對現(xiàn)有技術的不足，提供了一種確定基坑開挖面上方止水帷幕滲漏對周 邊環(huán)境影響的方法，在了解±層信息及基坑資料的基礎上，根據觀測的止水帷幕滲漏情況， 現(xiàn)場測定滲漏處的滲漏面積及實際滲漏量；建立=維有限元模型，在=維有限元模型的相 應位置按照滲漏面積設置自定義滲漏單元，并參照=維有限元模型中滲漏量與滲透系數的 相關關系圖確定滲漏位置的滲透系數；對自定義滲漏單元設置滲漏位置的滲透系數，依次 模擬基坑開挖、滲流固結，最終確定基坑開挖面上方止水帷幕滲漏引起的基坑周圍地下水 位及地面沉降量。
[0006] 本發(fā)明是通過W下技術方案實現(xiàn)的：
[0007] 本發(fā)明提供一種確定基坑開挖面上方止水帷幕滲漏對周邊環(huán)境影響的方法，所述 方法包括如下步驟：
[0008] 第一步，對基坑進行現(xiàn)場勘查，確定±層劃分信息及地下水分布情況，并通過鉆孔 取±進行室內±工試驗，獲取±層的物理力學參數；
[0009] 第二步，獲取基坑平面尺寸、開挖深度，W及止水帷幕厚度、埋置深度、彈性模量、 滲透系數，確定考慮強度折減效應的止水帷幕等效彈性模量E';
[0010] 第=步，觀測基坑開挖面上方止水帷幕的滲漏情況，記錄滲漏位置、滲漏形態(tài)，確 定止水帷幕滲漏處滲漏面積D、實際滲漏量化；
[0011] 第四步，采用有限元分析軟件建立基坑開挖面上方止水帷幕滲漏的=維流固禪合 模型；依據現(xiàn)場調查，在=維流固禪合模型相應的滲漏位置按照滲漏面積設置自定義滲漏 單元，模擬基坑開挖過程；
[0012] 第五步，對自定義滲漏單元假設不同數量級的滲透系數k，，激活基坑開挖面上方 止水帷幕內側的滲流邊界，確定止水帷幕在各個工況下滲漏一段時間（比如1天）后的滲 漏量Q;
[0013] 第六步，建立笛卡爾直角坐標系，橫軸為不同數量級的滲透系數k,，縱軸為滲漏量 Q，作出滲漏量Q與滲透系數k，的相關關系圖，并根據關系圖確定現(xiàn)場測定的實際滲漏量Qk 對應滲漏位置的滲漏系數k;
[0014] 第屯步，對=維流固禪合模型中的自定義滲漏單元設置滲漏位置的滲透系數k，進 行滲流固結模擬，確定基坑開挖面上方止水帷幕滲漏引起的基坑周圍地下水位及地面沉降 量。
[0015] 優(yōu)選地，第一步中，所述的±層劃分是指：通過鉆孔取±的方法對基坑內地表W下 2. 5倍基坑深度范圍內的±層進行劃分，隨后獲取施工現(xiàn)場±樣進行室內±工試驗，得到施 工現(xiàn)場±層劃分信息和地質信息，確定各±層±性及相應±層的厚度；
[0016] 優(yōu)選地，第一步中，所述的地下水分布情況是指：采用鉆孔探水儀對基坑場地進行 地下水鉆孔探明，由掲露的±體類型判斷含水層的類型及厚度；鉆井觀測不同含水層的穩(wěn) 定水位，對于承壓含水層采取隔水措施將被測含水層和其他含水層隔離后測其穩(wěn)定水位。
[0017] 優(yōu)選地，第一步中，所述的鉆孔取±是指：在基坑周圍用薄壁取±器獲取現(xiàn)場的± 樣，±樣數W=個試件為宜。
[0018] 優(yōu)選地，第一步中，所述的室內±工試驗是指：密度試驗、比重試驗、含水率試驗、 =軸試驗、常規(guī)單向壓縮試驗、載荷試驗及室內滲透試驗。
[0019] 優(yōu)選地，第一步中，所述的物理力學參數是指：±體的重度、孔隙比、有效粘聚力、 內摩擦角、壓縮模量、泊松比、變形模量、水平滲透系數及垂直滲透系數。
[0020] 優(yōu)選地，第二步中，所述的止水帷幕等效彈性模量E'滿足W下公式：
[0021] E，=nEs，
[0022] 其中：n為模量折減系數，取1/5 ;Es為鋼筋混凝±的彈性模量。
[0023] 優(yōu)選地，第二步中，所述的止水帷幕滲透系數分為水平方向及垂直方向，水平方向 和垂直方向的滲透系數均取混凝±滲透系數。
[0024] 優(yōu)選地，第=步中，所述的滲漏位置是指：滲漏區(qū)域在整個基坑平面的位置坐標， W及在基坑垂直方向上的涂度大小。
[00巧]優(yōu)選地，第=步中，所述的滲漏形態(tài)是指：地下水經止水帷幕滲入基坑時所呈現(xiàn)的 滲漏形狀。
[00%] 優(yōu)選地，第=步中，所述的止水帷幕滲漏處滲漏面積D通過W下方式確定：
[0027] 目測滲漏區(qū)域位于地表面的大概位置，在所開挖基坑附近的地表面上選取參照物 (參照物在基坑平面圖上有位置坐標），測出參照物和滲漏區(qū)域的距離，確定滲漏區(qū)域在整 個基坑平面的位置坐標；在滲漏區(qū)域的的平面位置坐標處下放測繩，分別測量滲漏區(qū)域最 頂端深度hi、最底端深度hz及滲漏區(qū)域兩個側邊之間的距離1，得到滲漏面積D:
[0028] D= 1X〇i2-hi)。
[0029] 優(yōu)選地，第S步中，所述的實際滲漏量Qk通過W下方式確定：
[0030] 在基坑開挖面上方止水帷幕滲漏處的正下方安放一個圓桶，測量圓桶的底面直徑 t桶的高度h3、桶中水的高度h4;現(xiàn)場測定滲漏位置2個小時的滲漏量Q2k的大小；所述Q2k 滿足W下公式： 陽0；31] Qzk=NV+(31d^4)Xh"
[0032] 式中：N為2小時所接滲漏水的桶數，V為圓桶體積；所述圓桶體積V滿足W下公 式：
[0033] V= (31 少/4)Xhs;
[0034] 通過現(xiàn)場測定的2個小時的滲漏量Qzk，估算滲漏1天后的實際滲漏量Qk,即Qk= IWzk。
[0035] 優(yōu)選地，第四步中，所述的自定義滲漏單元是指具有一定滲透性和剛度的二節(jié)點 線單元，該自定義滲漏單元與=維模型中的實體單元共節(jié)點，且有=個基本參數：滲漏面積 化、滲透系數k和彈性模量E。具體地，滲漏面積化由第=步中實測滲漏面積D確定，滿足 公式：D,=D/n，式中n為止水帷幕滲漏位置所經過的網格節(jié)點；滲透系數k通過設定不同 數量級的滲透系數k，來確定；彈性模量E取0. 01。
[0036] 優(yōu)選地，第四步中，所述的S維流固禪合模型是指：模型范圍W基坑為中心水平 方向大于降水井影響半徑R;模型垂直方向上大于承壓含水層底板所在深度；對模型進行 網格劃分，輸入±體參數和水位大小，并設定模型的初始條件和邊界條件，其中：模型的初 始條件為：水位線孔壓為零，位移為零；邊界條件為：模型四周為常水頭邊界，底部為固定 邊界條件；±體和止水帷幕均采用8節(jié)點孔壓單元，止水帷幕與±體間設置接觸面，接觸面 摩擦系數為0. 25。更優(yōu)選地，所述的降