[发明专利]软土地层含承压水基坑突涌渗透破坏判断方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种软土地层承压水基坑突涌破坏判断方法，尤其涉及一种软土地层含弱透水层的承压水基坑突涌渗透破坏判断方法。

背景技术

近年来，随着我国城市地下铁道、高层建筑、人防工程等基础设施的迅速发展，深基坑工程日益增多，深基坑工程开挖施工的地质条件和环境也日益复杂，其工程事故率和损失也越来越大。在深基坑工程中，一项事关全局的工作就是地下水防治，特别是在沿海软土地区，地下水是深基坑工程的天敌，是导致基坑工程事故最直接的原因之一。根据有关文献统计，与地下水有关的基坑事故约占总事故的45％～70％。

基坑工程中的地下水按其埋藏条件一般包括上层滞水、潜水和承压水这三类。其中，承压水是地表以下充满于两个稳定隔水层之间承受静水压力的含水层中的重力水，含承压水基坑在开挖施工中易产生突涌，易造成基坑底隆起变形和围护结构变形增大，影响基坑稳定，易产生管涌、流砂或流土。因此，对于软土地层的含承压水基坑，当基坑开挖深度过深或承压水头过高，基坑的抗突涌稳定性得不到满足时，则须采取一定的措施防止基坑失稳。

但是，如何判断承压水基坑突涌稳定是一个值得研究的课题。目前，对于承压水基坑突涌稳定性的判断分析方法，不论是现行基坑工程规范，还是一般的教科书和工程设计施工手册里均采用压力平衡方法，该方法只考虑了承压含水层顶隔水层土体自重力引起的抗力，忽略了隔水层土体的抗剪强度，而且这种抗力在硬土隔水层中还比较大，其计算结果显然不尽合理。尽管有些学者在探索采用其它方法进行研究，如：梁勇然(1996)和李建交(1998)采用的均质连续梁、板分析法，杜贵成(1998)和马石城(2004)采用的带预应力均质连续梁、板分析法，谭松林(2002)采用的均质连续体法等。但在这些研究中，他们都将坑底隔水层土体假定为均质、连续弹性体。实际工程中，软土地区承压水基坑坑底隔水层为非均质、成层分布的弹塑性体，土体没有抗弯性能，简化成具有抗弯性能的梁或板模型分析显然不够合理，且当隔水层土体厚度与基坑跨度之比较大时，简化成梁或板模型分析与梁、板定义也不符。此外，对于弱透水层的承压水基坑，其突涌破坏常表现为坑底发生流砂、流土或类似于“沸腾”喷水冒砂这样的渗透破坏，如：南京地铁一号线某明挖区间隧道深基坑封底前坑底出现的涌水、涌砂、以及某市24层大厦深基坑开挖过程中坑底的涌水涌浆现象等，这些现象用强度理论和压力平衡理论是难以解释的。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种软土地层含承压水基坑突涌渗透破坏判断方法，通过考虑坑底土抗剪强度和动水压力-渗透力的作用，来提高判断的准确性。

为此，本发明采用以下技术方案：

一种软土地层含承压水基坑突涌渗透破坏判断方法，其特征在于包括以下步骤：

1)分析基坑坑底出渗面单元体受力状况，得到单元体受到的渗透力γ_wJ，浮重力γ′V、土粒间的摩擦力及单位单元体所受的粘聚力C；其中，γ_w和J分别是水的重度和坑底面渗透坡降；γ′为浮容重；V是单元体体积，等于1；为土的内摩擦角，ξ为侧压力系数；

2)根据渗透破坏方程得到基坑突涌破坏临界渗透坡降

3)根据基坑结构对称性、支护结构形式和渗流特征建立基坑二维渗流有限元计算模型，并根据基坑水头高度计算出坑底土最大渗流坡降；

4)比较基坑突涌破坏临界渗透坡降和坑底土最大渗流坡降，判断坑底土是否产生渗透破坏。

作为对上述技术方案的完善和补充，本发明进一步采取如下技术措施或是这些措施的任意组合：

1)基坑二维渗流场数学模型为：