岩土工程渗流07 补充：建筑工程中的渗流问题.pptx

1、地下水渗流力学地下水渗流力学 补充：建筑工程补充：建筑工程中的渗流问题中的渗流问题2补充：建筑工程补充：建筑工程中的渗流问题中的渗流问题第一节第一节 地基处理工程中的渗流问题地基处理工程中的渗流问题 第二节第二节 基坑基坑防渗措施及渗流对基坑稳定防渗措施及渗流对基坑稳定性和变形的性和变形的影响影响第三节第三节 边坡稳定边坡稳定分析中有关渗流的几个分析中有关渗流的几个问题问题第四节第四节 地下室抗浮问题地下室抗浮问题3第一节第一节 地基处理工程中的渗流问题地基处理工程中的渗流问题n一、概述一、概述 n二、排水固结法二、排水固结法原理原理4一、概述一、概述排水固结法可解决以下两个问题：排水固结法可

2、解决以下两个问题：(1)沉降问题沉降问题 使地基沉降在加载预压期间大部或基本完成，使地基沉降在加载预压期间大部或基本完成，使建筑物在使用期间不致产生不利的沉降和沉使建筑物在使用期间不致产生不利的沉降和沉降差。降差。(2)稳定问题稳定问题 加速地基土的抗剪强度增长，从而提高地基的加速地基土的抗剪强度增长，从而提高地基的承载力和稳定性。承载力和稳定性。5由排水系统和加压系统两部分组成。由排水系统和加压系统两部分组成。6排水系统排水系统n改变地基原有的排水条件，增加孔隙水排水途径，改变地基原有的排水条件，增加孔隙水排水途径，缩短排水时间。缩短排水时间。n由由水平排水砂垫层水平排水砂垫层和和竖向排水体

3、竖向排水体构成。构成。n当软土层较薄或土的渗透性较好而施工期较长时，当软土层较薄或土的渗透性较好而施工期较长时，可仅在可仅在地面铺设一定厚度的砂垫层地面铺设一定厚度的砂垫层，然后加载使，然后加载使地基土中的水竖向流入砂垫层而排出。地基土中的水竖向流入砂垫层而排出。n当工程遇到深厚的透水性很差的软粘土层时，可当工程遇到深厚的透水性很差的软粘土层时，可在地基中在地基中设置砂井、塑料排水板，地面连以排水设置砂井、塑料排水板，地面连以排水砂垫层砂垫层，构成排水系统。，构成排水系统。7插打塑料插打塑料排水板排水板竖向排水体竖向排水体8插打袋插打袋装砂井装砂井9有砂垫层有砂垫层无砂垫层直连无砂垫层直连水平

4、水平排水层排水层10加压系统加压系统n增加固结作用的荷载，加速地基土固结。增加固结作用的荷载，加速地基土固结。n没有加压系统，孔隙中的水不会自然排出。没有加压系统，孔隙中的水不会自然排出。n不缩短土层的排水距离，孔隙中的水排不快。不缩短土层的排水距离，孔隙中的水排不快。n排水和加压系统总是联合起来考虑。排水和加压系统总是联合起来考虑。n常用方法：堆载、真空法、降低地下水位法和常用方法：堆载、真空法、降低地下水位法和电渗法。电渗法。n堆载法施工控制要求高，易引起剪切破坏堆载法施工控制要求高，易引起剪切破坏n其余方法操作技术比较复杂。其余方法操作技术比较复杂。111213降水固结降水固结14二、排

5、水固结法原理二、排水固结法原理有效应力原理有效应力原理土的变形土的变形(压缩压缩)取决于有效应力增大，可通过取决于有效应力增大，可通过提高总应提高总应力力或或降低孔压降低孔压两种方法实现。两种方法实现。排水固结是排水固结是加速加速沉降而非沉降而非减少减少沉降！沉降！软粘土具有可压缩性，两个特软粘土具有可压缩性，两个特性是排水固结法的基础：性是排水固结法的基础：回弹远小于压缩回弹远小于压缩 压缩引起强度增长压缩引起强度增长15提高总应力或降低孔压的方法提高总应力或降低孔压的方法n堆载预压：堆载预压：增加总应力增加总应力，同时增加了孔，同时增加了孔压；随后压；随后孔压逐渐孔压逐渐消散，有效应力增加

6、，土体压缩。消散，有效应力增加，土体压缩。n真空预压法和降低地下水位法真空预压法和降低地下水位法(土层内土层内)：总应力总应力不变，不变，降降低边界孔压低边界孔压，随后土层内孔压逐渐降低，随后土层内孔压逐渐降低。n降低地下水位法：降低地下水位法：（成层土）总应力（成层土）总应力基本不变，基本不变，降低土层降低土层上下边界的水位上下边界的水位，随后土层内孔压逐渐降低，随后土层内孔压逐渐降低。n电渗法：电渗法：总应力不变，在总应力不变，在电场作用下水向阴极流动排出，电场作用下水向阴极流动排出，降低了孔压。降低了孔压。16实际工程使用的方法实际工程使用的方法n常用的联合方法：常用的联合方法：堆载堆载

7、降低地下水位法降低地下水位法 堆载堆载真空预压真空预压n常用的排水通道：常用的排水通道：砂井砂井 塑料排水板法塑料排水板法 袋装砂井袋装砂井17太沙基的一维渗流固结理论太沙基的一维渗流固结理论 n当当荷荷载载面面积积远远大大于于压压缩缩土土层层的的厚厚度度时时，地地基基中中的的孔孔隙隙水主要沿竖向渗流，此即为一维固结问题。水主要沿竖向渗流，此即为一维固结问题。n回顾由回顾由K.K.太沙基太沙基(Terzaghi)Terzaghi)提出的一维固结理论。提出的一维固结理论。土力学知识回顾土力学知识回顾18z z深度处的微单元深度处的微单元体体dxdydzdxdydz在在dtdt时时间内水量间内水量

8、Q Q的变化的变化(减少减少)为：为：q:单位时间内流过单位水平横截面积的水量。单位时间内流过单位水平横截面积的水量。dtdt时间内微单元体内孔隙体积时间内微单元体内孔隙体积V Vv v的的变化变化(减少减少)为：为：连续性条件连续性条件土力学知识回顾土力学知识回顾按连续性按连续性条件条件19根据侧限条件下孔隙比与有效应力关系根据侧限条件下孔隙比与有效应力关系推导中利用了在一维固结过程中任一推导中利用了在一维固结过程中任一点竖向点竖向总应力不随时间而变总应力不随时间而变的条件。的条件。根据达西定律根据达西定律用超静水头和用超静水头和超孔压超孔压根据有效应力原理根据有效应力原理土力学知识回顾土力

9、学知识回顾20nCv：土的竖向固结系数，土的竖向固结系数，cm2/年；年；m2/D；cm2/snu：经过时间经过时间t时深度时深度z处的孔隙水压力值，处的孔隙水压力值，kPa；nk：土的渗透系数，土的渗透系数，cm/s或或cm/年；年；m/Dnw：水的重度，水的重度，kN/m3。或或土力学知识回顾土力学知识回顾上述推导，可由（上述推导，可由（3.2.17）式得到）式得到21总应力可变的情况总应力可变的情况当总应力突然变化，等式右端较小，左端近似为当总应力突然变化，等式右端较小，左端近似为即即孔压增量与总应力增量相等孔压增量与总应力增量相等。这是。这是基本假设基本假设“外荷外荷载是一次在瞬间施加

10、的载是一次在瞬间施加的”的实际意义。的实际意义。土力学知识回顾土力学知识回顾22饱和粘性土地基的渗流固结过程饱和粘性土地基的渗流固结过程(双面排水双面排水)土力学知识回顾土力学知识回顾23固结微分方程的求解固结微分方程的求解土力学知识回顾土力学知识回顾初始孔压线性分布初始孔压线性分布单面排水单面排水双面排水双面排水双面排水双面排水是两个单是两个单面排水的面排水的组合，组合，渗渗径减半径减半。24固结微分方程的求解固结微分方程的求解土力学知识回顾土力学知识回顾初始孔压均匀分布初始孔压均匀分布单面排水单面排水双面排水双面排水25固结度固结度定义：定义：土中某点处土中某点处t 时刻的变形量与最终固结

11、变形量之比，时刻的变形量与最终固结变形量之比，可通过可通过孔压消散孔压消散表示。表示。土中某点处的土中某点处的固结度固结度Uzt土力学知识回顾土力学知识回顾平均固结度平均固结度Ut 简称简称“固结度固结度”土中各点土中各点t t 时刻的压缩量平均值与最终固结压缩量之比时刻的压缩量平均值与最终固结压缩量之比（应力图中表现为面积比应力图中表现为面积比）26平均固结度计算公式平均固结度计算公式（以单面排水且初始孔压均（以单面排水且初始孔压均匀分布为例）匀分布为例）应用最多的应用最多的计算公式计算公式平均固结度计算公式平均固结度计算公式单面排水初始孔压线性分布单面排水初始孔压线性分布土力学知识回顾土力

12、学知识回顾双面排水、初始孔压线性分布双面排水、初始孔压线性分布特点：特点：与与无关，无关，形式上与单面排水且形式上与单面排水且初始孔压均匀状态下相同，但初始孔压均匀状态下相同，但H取土层厚度取土层厚度的一半。的一半。28手册中常见的图表手册中常见的图表土力学知识回顾土力学知识回顾29有有竖向排水通道竖向排水通道的渗流计算的渗流计算均匀布置均匀布置砂井砂井均匀布置均匀布置砂井可看成多井叠加砂井可看成多井叠加多井多井叠加可看成在隔水边界内叠加可看成在隔水边界内单个井单个井的镜像叠加的镜像叠加30均匀均匀布置布置砂井的简化砂井的简化1）塑料排水板按湿周简化为砂井）塑料排水板按湿周简化为砂井2）多边形

13、不透水边界按面积简化为圆周）多边形不透水边界按面积简化为圆周31单个井的固结度计算单个井的固结度计算有两种假设：有两种假设：（1）自由应变自由应变 地表均布力，完全柔性地表均布力，完全柔性（2）等应变等应变 地表完全刚性，应力地表完全刚性，应力重分配重分配仅考虑仅考虑向内径向排水（按等应变）向内径向排水（按等应变）:固结度固结度井井径比因子径比因子32单个井的固结度计算单个井的固结度计算考虑考虑竖向竖向和和向内径向排水（按等应变）向内径向排水（按等应变）:固结度固结度井井径比因子径比因子实际工程还有考虑很多因素：实际工程还有考虑很多因素：施工插板引起的涂抹效应；施工插板引起的涂抹效应；淤堵问题

14、；淤堵问题；大沉降引起的弯折。大沉降引起的弯折。33真空预压真空预压施工流程施工流程34探讨探讨：不同学派对：不同学派对真空真空预压法预压法机理的解释机理的解释n等效荷载说：等效荷载说：认为抽真空相当于在地表增加了相等的荷认为抽真空相当于在地表增加了相等的荷载，按地表加荷产生的附加应力计算地基沉降；载，按地表加荷产生的附加应力计算地基沉降；n降低降低地下水位说：地下水位说：将将真空预压法看做降低地下水位法，真空预压法看做降低地下水位法，认为抽真空会导致水位下降，存在非饱和认为抽真空会导致水位下降，存在非饱和区域；水位降低区域；水位降低导致土体压缩固结。导致土体压缩固结。n真空度传递说：真空度传

15、递说：认为抽气（水）使薄膜内外形成压差认为抽气（水）使薄膜内外形成压差（称为真空度），真空度通过排水通道下传，使土中孔压（称为真空度），真空度通过排水通道下传，使土中孔压降低，形成负的超静孔压，使土中水排出；降低，形成负的超静孔压，使土中水排出；n绝对正压说：绝对正压说：虽然抽真空形成负压，实际上是相对当地虽然抽真空形成负压，实际上是相对当地大气压力大气压力p0，绝对压力是正值。可照常按一般渗流理论分，绝对压力是正值。可照常按一般渗流理论分析。必要时，压力按相对于绝对大气压计，水、土压力均析。必要时，压力按相对于绝对大气压计，水、土压力均加上加上p0。35我的观点：我的观点：n“绝对正压说绝对

16、正压说”是正确的。是正确的。n“真空度传递说真空度传递说”道理没错，但提出的道理没错，但提出的“真空度真空度”概概念不清，易混淆。在分析计算时将正压负压分别考虑，念不清，易混淆。在分析计算时将正压负压分别考虑，增加不必要的工作。增加不必要的工作。n“等效荷载说等效荷载说”是工程界的说法，理论是错的，但当是工程界的说法，理论是错的，但当软土层较薄时，仅在地基处理边界区域与实际不符。软土层较薄时，仅在地基处理边界区域与实际不符。n“降低地下水位说降低地下水位说”是错误的。错在是错误的。错在“地下水位地下水位”的的定义，该派学者将定义，该派学者将地下水位定义为地下水位定义为压力压力=0。有些有些试验

17、针试验针对水位测量，证明对水位测量，证明不不存在饱和非饱和界限存在饱和非饱和界限，水位一般位，水位一般位于地表集水管上下，不需要特别考虑于地表集水管上下，不需要特别考虑。36水在不同压力状态下的沸点对照表水在不同压力状态下的沸点对照表温度压强Pa温度压强Pa温度压强Pa温度压强Pa0610263361.05213612.27843636.42705.3283779.75414998.88047342.84813.3304242.35616505.38251315.86934.6324754.35818145.28455568.881073.2345319.66019918.48660115.1

18、101227.9365940.86221838.28864941.3121402.6386619.56423904.79070110.9141598.5407375.46626144.59275593.8161817.2428199.36828557.79481446.7182063.8449100.67031157.49687672.8202328.54610085.87236943.99894298.9222643.84811160.47436957.0100101325242983.85012333.77640183.4真空泵抽出的是水与水蒸气真空泵抽出的是水与水蒸气的混合物（的混合物（

19、真空度真空度90kPa）真空泵数量和功率达到一定程度后，再增加意义不大真空泵数量和功率达到一定程度后，再增加意义不大37第二节第二节 基坑防渗措施及渗流基坑防渗措施及渗流对基坑稳定性和变形的影响对基坑稳定性和变形的影响n一、基坑防渗措施一、基坑防渗措施n二二、渗流对基坑稳定性和变形的影响、渗流对基坑稳定性和变形的影响n三、建筑基坑支护结构的水压力三、建筑基坑支护结构的水压力38一、基坑防渗一、基坑防渗措施措施n(一一)截渗方法简介截渗方法简介n1.地下连续墙地下连续墙n2.高压喷射灌浆高压喷射灌浆n3.搅拌桩墙搅拌桩墙n4.静压注浆静压注浆n(二二)降水措施（第降水措施（第5章有简要介绍）章有

20、简要介绍）39(一一)截渗方法简介截渗方法简介n1.地下连续墙地下连续墙关键控制因素：关键控制因素：槽段接头、墙底嵌入条件槽段接头、墙底嵌入条件40(一一)截渗方法简介截渗方法简介n2.高压喷射灌浆高压喷射灌浆包括旋喷、摆喷等类型包括旋喷、摆喷等类型关键控制因素：关键控制因素：钻孔垂直度、喷射搭接、墙底嵌入条件钻孔垂直度、喷射搭接、墙底嵌入条件41(一一)截渗方法简介截渗方法简介n3.搅拌桩墙搅拌桩墙关键控制因素：关键控制因素：钻孔垂直度钻孔垂直度、搭、搭接、墙底嵌入条件接、墙底嵌入条件42(一一)截渗方法简介截渗方法简介n4.静压注浆静压注浆静压静压注浆目前在基坑工程中应用不多，主要用于注浆

21、目前在基坑工程中应用不多，主要用于抢险或有些用其他常规方法时施工机具难以实施抢险或有些用其他常规方法时施工机具难以实施的场合。的场合。主要方法有：主要方法有：帷幕灌浆帷幕灌浆 袖袖阀阀管灌浆管灌浆 双液灌浆双液灌浆 或或 化学灌浆化学灌浆43(二二)降水措施（第降水措施（第5章有简要介绍）章有简要介绍）44二、渗流对基坑稳定性和变形的影响二、渗流对基坑稳定性和变形的影响n（一）孔隙水压力对基坑稳定性影响（一）孔隙水压力对基坑稳定性影响n（二）承压水引起的基底隆起（突涌）（二）承压水引起的基底隆起（突涌）n（三）围护基坑的渗流稳定性（三）围护基坑的渗流稳定性45（一）孔隙水压力对基坑稳定性影响（

22、一）孔隙水压力对基坑稳定性影响n这是一个尚在研究的课题。这是一个尚在研究的课题。n开挖为开挖为“卸荷卸荷”过程，开挖时土体水平总应力减为过程，开挖时土体水平总应力减为0，孔压也减，有可能为负。孔压也减，有可能为负。n因此刚暴露时是稳定的，随着孔压消散，稳定性降低。因此刚暴露时是稳定的，随着孔压消散，稳定性降低。n不能用一般非稳定渗流不能用一般非稳定渗流方程解决方程解决开挖过程渗流问题。开挖过程渗流问题。因为该方程有因为该方程有“仅有仅有z方向变形方向变形”的假定，这里的假定，这里x方向方向有更大的变形。有更大的变形。46（二）承压水引起的基底隆起（突涌）（二）承压水引起的基底隆起（突涌）n开挖

23、卸荷，使基底重力小于浮力，产生基底隆起。开挖卸荷，使基底重力小于浮力，产生基底隆起。解决的办法：解决的办法：截渗截渗减压减压基底加固基底加固47（三）围护基坑的渗流稳定性（三）围护基坑的渗流稳定性悬挂式围护渗流分析，可用阻力系数法。悬挂式围护渗流分析，可用阻力系数法。最好用有限元程序最好用有限元程序计算。计算。关键是插入深度，渗径。关键是插入深度，渗径。4849三三、基坑、基坑支护结构的水压力支护结构的水压力n（一）影响支护结构上水土压力因素（一）影响支护结构上水土压力因素n（二）国内关于支护结构上水压力的计算（二）国内关于支护结构上水压力的计算这个问题仍是有待研究的问题：这个问题仍是有待研究

24、的问题：1、原则上应该水土分算；、原则上应该水土分算；2、水应该通过渗流分析而不是简单假定来确定；、水应该通过渗流分析而不是简单假定来确定；3、土压力的算法用于基坑与实际有相当距离，要、土压力的算法用于基坑与实际有相当距离，要进一步研究；进一步研究；4、在软粘土情况，用合算影响不大。、在软粘土情况，用合算影响不大。第三节第三节边坡稳定分析中边坡稳定分析中有关渗流的几个问题有关渗流的几个问题n一、问题的提起一、问题的提起n二、瑞典条分法计算二、瑞典条分法计算中渗流中渗流影响影响问题探讨问题探讨n三、水位骤降渗流场的计算三、水位骤降渗流场的计算n四、结论四、结论一、问题的提起一、问题的提起n1、边

25、坡稳定与渗流密切相关、边坡稳定与渗流密切相关n2、瑞典条分法计算中的考虑渗流影响的相关问题、瑞典条分法计算中的考虑渗流影响的相关问题n3、渗流场的计算：、渗流场的计算：稳定渗流；稳定渗流；骤降问题；骤降问题；降雨入渗问题降雨入渗问题1、边坡稳定与渗流密切相关、边坡稳定与渗流密切相关n大多数边坡滑坡是在强降雨或坡脚水位骤降时大多数边坡滑坡是在强降雨或坡脚水位骤降时发生。发生。n渗流对边坡稳定的影响：渗流对边坡稳定的影响：渗透力以体积力的形式作用与坡体；渗透力以体积力的形式作用与坡体；孔压增大，降低有效应力使抗剪能力下降；孔压增大，降低有效应力使抗剪能力下降；土体泡水强度下降；土体泡水强度下降；土

26、体重度增加土体重度增加。暴雨引起暴雨引起滑坡滑坡05年年105国道国道特大暴雨后，特大暴雨后，40公公里里100多处滑坡多处滑坡98年锦江水库左坝头年锦江水库左坝头特大暴雨后，山体滑坡特大暴雨后，山体滑坡626mm/24h 1180mm/3d2、瑞典条分法计算中的、瑞典条分法计算中的考虑渗流影响的相关问题考虑渗流影响的相关问题计算公式有计算公式有3类：类：（1）一般）一般方法方法 见于大多数教科书及规范见于大多数教科书及规范 误差较大，结果偏误差较大，结果偏小可达小可达60%甚至甚至更多更多（2）浮重方法（替代重度法）浮重方法（替代重度法）误差较小，但理论不完善。误差较小，但理论不完善。（3）

27、考虑渗透力，在分母上）考虑渗透力，在分母上多出一个附加项多出一个附加项2、瑞典条分法计算中的、瑞典条分法计算中的考虑渗流影响的相关问题考虑渗流影响的相关问题n还有其他方法：还有其他方法：（4）考虑渗透力的有）考虑渗透力的有限元单元集合限元单元集合（毛昶熙等）（毛昶熙等）二、瑞典条分法计算中的渗二、瑞典条分法计算中的渗流影响问题的探讨流影响问题的探讨n1、条分法滑动力、条分法滑动力矩部分矩部分n2、条分法中抗滑、条分法中抗滑力矩部分力矩部分n3、几个公式或方、几个公式或方法的比较法的比较1、条分法滑动力矩部分、条分法滑动力矩部分以以有效重度和渗透力形式有效重度和渗透力形式，采用积分方，采用积分方

28、法推导的土条滑动力矩。法推导的土条滑动力矩。土条所受滑动力矩用积分关系表达如下：土条所受滑动力矩用积分关系表达如下：式中：式中：为土条的天然重度，为土条的天然重度，为土条的浮重度，为土条的浮重度，w为水的重为水的重度，度，Jx为土条单元水平方向的渗透坡降，为土条单元水平方向的渗透坡降，Jz为土条单元垂直为土条单元垂直方向的渗透坡降。方向的渗透坡降。经推导可得到：经推导可得到：土条滑动力矩转化为土条滑动力矩转化为总应力与土条总应力与土条侧面水压力作用的形式侧面水压力作用的形式。推导过程用到条底孔压合力通过圆推导过程用到条底孔压合力通过圆心的条件。心的条件。推导还忽略了用有限宽度土条导致推导还忽略

29、了用有限宽度土条导致的误差量：的误差量：该项约与土条宽度的该项约与土条宽度的3次方成正比。当土条变窄时，会迅速次方成正比。当土条变窄时，会迅速减小。减小。按照瑞典条分法的定义，将所有土条的滑动力矩加起来即按照瑞典条分法的定义，将所有土条的滑动力矩加起来即得由圆弧划定的土体整体滑动力矩。得由圆弧划定的土体整体滑动力矩。一般情况下，左边（一般情况下，左边（i=1）、右边（）、右边（i=n）的土条已退化）的土条已退化为三角形，为三角形，变为瑞典条分法的分母形式。变为瑞典条分法的分母形式。若被水淹没，则为水压力对圆心的若被水淹没，则为水压力对圆心的力矩。（力矩。（三种处理方法三种处理方法）2、条分法中

30、抗滑、条分法中抗滑力矩部分力矩部分以以有效重度和渗透力形式有效重度和渗透力形式，采用，采用积分方法推导的土条抗滑力矩。积分方法推导的土条抗滑力矩。抗滑力矩由所有土条底面达到抗抗滑力矩由所有土条底面达到抗剪强度所需的力剪强度所需的力Ti对圆心的力矩对圆心的力矩组成，由于底面是圆弧的切线，组成，由于底面是圆弧的切线，力臂都是半径力臂都是半径R，故只须求，故只须求Ti。展开积分可得展开积分可得其中其中Fwli、Fwri分别表示土条左、右分别表示土条左、右侧水压力的合力。侧水压力的合力。与通常瑞典法公式比，与通常瑞典法公式比，Ni多了多了即增加了条间力（尽管是水）即增加了条间力（尽管是水）条间力是否要

31、考虑？条间力是否要考虑？n传统瑞典法不考虑条间力传统瑞典法不考虑条间力n但由于水压力存在，总应力至少应不小于水压力才能但由于水压力存在，总应力至少应不小于水压力才能保证有效应力非负（不出现拉应力）保证有效应力非负（不出现拉应力）n尽管尽管 但但由于它们还要乘以由于它们还要乘以 不能不能简单地抵消简单地抵消n加上条间水压力，得到我们建议的改进公式加上条间水压力，得到我们建议的改进公式 3、与几个公式或方法的比较、与几个公式或方法的比较（1）与传统瑞典法公式比较）与传统瑞典法公式比较两者分母实际是相同的两者分母实际是相同的。可以证明，在均质土条件下，当。可以证明，在均质土条件下，当土条数增大（条宽

32、变小），分子的差值趋向：土条数增大（条宽变小），分子的差值趋向：S为浸润线与圆弧包围的区域面积，为浸润线与圆弧包围的区域面积，为该区域孔压的平均为该区域孔压的平均值。省略该项使计算的安全系数偏小。当值。省略该项使计算的安全系数偏小。当孔压较大孔压较大或或圆弧在圆弧在浸润线以下的面积较大时浸润线以下的面积较大时，误差很大，有时甚至出现负值。，误差很大，有时甚至出现负值。（2）与浮重方法公式比较）与浮重方法公式比较两者分母实际是相同的两者分母实际是相同的。可以证明静水情况两式相等。非。可以证明静水情况两式相等。非静水时较复杂，若静水时较复杂，若Jx为常数，则可证明当土条数增大，浮重为常数，则可证明

33、当土条数增大，浮重方法分子的忽略量值趋向：方法分子的忽略量值趋向：即浮重方法忽略的是个负值，因此得到的抗滑力矩偏大，即浮重方法忽略的是个负值，因此得到的抗滑力矩偏大，安全系数偏大，偏于不安全（实际计算偏大不是很多）。安全系数偏大，偏于不安全（实际计算偏大不是很多）。（3）与）与考虑渗透力的有限元单元考虑渗透力的有限元单元集合（毛昶熙等）集合（毛昶熙等）方法公式比较方法公式比较公式中求和定义不同，前一式为有限元的单元，后者为土公式中求和定义不同，前一式为有限元的单元，后者为土条。若单元尺寸较小，条。若单元尺寸较小，可以证明两式的分子相等。分母多可以证明两式的分子相等。分母多了一项附加项了一项附加

34、项为单元重心正下方滑动面上交点的半径与铅垂线所成的角为单元重心正下方滑动面上交点的半径与铅垂线所成的角度度该项是人为加入的，不计此项则两式是相同的。该项是人为加入的，不计此项则两式是相同的。算例算例（陈祖煜）（陈祖煜）圆弧中心角圆弧中心角（）条底孔压条底孔压方法方法（Kc）浮重方法浮重方法（Kr）本文方法本文方法（Ks）毕肖普法毕肖普法（Kb）孔压系数孔压系数1181.7242.1322.0622.0980.65951.8302.0962.0242.0660.59811.9512.1492.0772.1020.56712.0522.2192.1472.1860.54632.1542.3002.

35、2282.2390.52坡度为坡度为1：3的均质边坡，坡高为的均质边坡，坡高为27m，c59.8kN/m2，35度，度，1.79.8kN/m3，k0.1cm/s 三、水位骤降渗流场的计算三、水位骤降渗流场的计算n1、瞬态总应力变化与孔压关系、瞬态总应力变化与孔压关系n2、水位骤降引起孔压变化简化计算方法、水位骤降引起孔压变化简化计算方法n3、试验验证孔压、试验验证孔压n4、程序计算、程序计算1、瞬态总应力变化与孔、瞬态总应力变化与孔压关系压关系n水位骤降，导致坡体总应力水位骤降，导致坡体总应力变化变化n按平面应变条件，由按平面应变条件，由广义广义虎虎克定律克定律可推得瞬态总应力变可推得瞬态总应

36、力变化与孔压关系：化与孔压关系：可将水位降低看成坡面移去可将水位降低看成坡面移去一个梯形荷载。一个梯形荷载。孔孔压计算公式压计算公式均布荷载均布荷载三角形荷载三角形荷载两项合并得两项合并得试验试验验证孔压验证孔压基坑开挖面临基坑开挖面临相似的问题相似的问题等势线等势线72第四节第四节 地下室抗浮问题地下室抗浮问题n一、问题的提出一、问题的提出n二、地下结构浮力分析方法简介二、地下结构浮力分析方法简介n三、可控减压技术的研究三、可控减压技术的研究n四、工程应用四、工程应用实例实例73一、问题的提出一、问题的提出n1.1 1.1 地下结构抗浮需求的变化地下结构抗浮需求的变化n1.2 1.2 当前常

37、用抗浮措施当前常用抗浮措施n1.3 1.3 疏导方法需要解决的问题疏导方法需要解决的问题741.1地下结构抗浮需求的变化地下结构抗浮需求的变化早期建筑很少设地下室早期建筑很少设地下室没有抗浮问题没有抗浮问题751.1地下结构抗浮需求的变化地下结构抗浮需求的变化地下室利用率很低地下室利用率很低抗浮问题抗浮问题不突出不突出761.1地下结构抗浮需求的变化地下结构抗浮需求的变化由开发商主导，以充分利用土地资源为目标，近由开发商主导，以充分利用土地资源为目标，近期小区开发应用越来越多。期小区开发应用越来越多。在没有上在没有上部结构范部结构范围，抗浮围，抗浮成为突出成为突出问题问题771.1地下结构抗浮

38、需求的变化地下结构抗浮需求的变化由政府主导，有规划地成片开发。将交通、商业、停车有机的结由政府主导，有规划地成片开发。将交通、商业、停车有机的结合，形成地下街、地下广场甚至是地下城。合，形成地下街、地下广场甚至是地下城。地下综合体，地下城地下综合体，地下城 抗浮成为抗浮成为关键问题关键问题781.2当前常用抗浮当前常用抗浮措施措施n1、增大结构抗浮能力：、增大结构抗浮能力：抗拔桩；锚杆、锚索；抗拔桩；锚杆、锚索；结构配筋加强结构配筋加强n2、减低上浮力：、减低上浮力：截渗（防渗墙）截渗（防渗墙）减压疏导（减压井、排水层）减压疏导（减压井、排水层）791.3减低上浮力方法需要解决的问题减低上浮力

39、方法需要解决的问题n1、正确分析水压作用力：、正确分析水压作用力：水压计算水压计算截渗、减压效果及对环境影响的评估截渗、减压效果及对环境影响的评估n2、合适的工程措施：、合适的工程措施：稳定性稳定性耐久（可维修）性耐久（可维修）性经济性经济性应急预案应急预案80二、地下结构浮力分析方法简介二、地下结构浮力分析方法简介n2.1南方地域地下结构所受浮力的典型类型南方地域地下结构所受浮力的典型类型n2.2结构受水压力荷载的特点结构受水压力荷载的特点n2.3浮力计算的常用方法浮力计算的常用方法812.1南方地域地下结构所受浮力的南方地域地下结构所受浮力的典型类型典型类型n1.平地大型地下室平地大型地下

40、室最高水位一般在地面附近，表现为静水压力最高水位一般在地面附近，表现为静水压力n2.坡地、阶梯型地下室坡地、阶梯型地下室与地形密切相关，属于渗流运动影响的水压力分布。植与地形密切相关，属于渗流运动影响的水压力分布。植被好的地区水位较稳定，雨季、旱季有变化，但不大。被好的地区水位较稳定，雨季、旱季有变化，但不大。n3.受汛期影响区域的地下室受汛期影响区域的地下室一般位于堤防保护的低地范围，平时水位较低，洪水来一般位于堤防保护的低地范围，平时水位较低，洪水来临水压力迅速上升，高于地面临水压力迅速上升，高于地面821.平地大型地下室平地大型地下室最高水位一般在地面附近，表现为静最高水位一般在地面附近

41、，表现为静水压力，也有部分为承压水。水压力，也有部分为承压水。832.坡地、阶梯型地下室坡地、阶梯型地下室 与地形密切相关，属于渗流运动影响的水压力分布。植被好的与地形密切相关，属于渗流运动影响的水压力分布。植被好的地区水位较稳定，雨季、旱季有变化，但不大。地区水位较稳定，雨季、旱季有变化，但不大。843.受汛期影响区域的地下室受汛期影响区域的地下室一般位于堤防保护的低地范围，平时水位较低，洪水来一般位于堤防保护的低地范围，平时水位较低，洪水来临水压力迅速上升，高于地面。临水压力迅速上升，高于地面。建一层地下室。建一层地下室。地面高程地面高程4.0m，北江平，北江平时水位时水位0.51.5m，

42、警戒，警戒水位水位8.0m，百年一遇水，百年一遇水位位12.5m。852.2结构受水压力荷载的特点结构受水压力荷载的特点n受结构本身、土层、截渗结构之间的相对渗透能力大受结构本身、土层、截渗结构之间的相对渗透能力大小控制，小控制，最不透水的分压最大最不透水的分压最大n流量不大但压力大流量不大但压力大n成层土中有可能为承压水成层土中有可能为承压水均质土均质土粘性土粘性土砂层砂层静水静水压力压力承压水承压水透水或减压透水或减压截渗结构在底板透水或减压时才能发挥作用截渗结构在底板透水或减压时才能发挥作用86n结构与砂层间有相对弱透水层：结构与砂层间有相对弱透水层：底板不透水时，相对弱透水层按静水压力

43、分布，上下水压底板不透水时，相对弱透水层按静水压力分布，上下水压力差：力差：wd；底板透水时，相对弱透水层承担大部分压力；底板透水时，相对弱透水层承担大部分压力；底面透水，相对弱透水层下方也减压，截渗结构承担大部底面透水，相对弱透水层下方也减压，截渗结构承担大部分压力。分压力。砂层砂层粘性土粘性土d87基坑和泵站实例中见到的现象基坑和泵站实例中见到的现象n中山新城商业中心基坑中山新城商业中心基坑砾砂砾砂淤泥淤泥花斑色粘土花斑色粘土 淤泥质粘土淤泥质粘土钻孔桩钻孔桩+钢支撑钢支撑高压摆喷高压摆喷止水墙，墙底进入残积层止水墙，墙底进入残积层0.5m，墙顶至砾砂层上墙顶至砾砂层上1.0m。88局部击

44、穿、涌水时渗流有限元计算结果89稳定渗流有限元计算结果基坑底土层完好时，承受大部分水压（分压超过基坑底土层完好时，承受大部分水压（分压超过50%），），局部击穿后，水头差几乎全部由高喷墙承担。局部击穿后，水头差几乎全部由高喷墙承担。局部击穿、涌水局部击穿、涌水基坑底土层完好基坑底土层完好9091l某泵站进水前池事故及处理某泵站进水前池事故及处理设计意图：用设计意图：用46m厚的高压旋喷加固体承担厚的高压旋喷加固体承担56m水头差荷载水头差荷载实际上由实际上由0.4m厚混凝土板承受厚混凝土板承受9208年年6月十年一遇洪水出险。月十年一遇洪水出险。讨论的处理方案：讨论的处理方案：1、加盖封闭（配

45、重）、加盖封闭（配重）2、57根抗拔桩；根抗拔桩；3、609根锚杆根锚杆我们的方案：我们的方案：32个减压井个减压井施工期强抽水，运行期自流施工期强抽水，运行期自流排水排水93施工期强抽水施工期强抽水942.3浮力计算的常用方法浮力计算的常用方法n1、经验估计方法平地地下室常常采用，按静水压力计算，水位按平地地下室常常采用，按静水压力计算，水位按当地经验或统计资料。当地经验或统计资料。n2、简化计算方法改进阻力系数法坡地阶梯形地下室可用，是借用水闸扬压力计算坡地阶梯形地下室可用，是借用水闸扬压力计算方法方法n3、数值方法有限元方法。这是我们十几年重点研究的内容有限元方法。这是我们十几年重点研究

46、的内容95坡地阶梯形地下室可用，是借用水闸扬压力计算方法，坡地阶梯形地下室可用，是借用水闸扬压力计算方法，但在结构上下游处，由承压水变为潜水，需要修正。但在结构上下游处，由承压水变为潜水，需要修正。2、简化计算方法、简化计算方法利用改进阻力系数法利用改进阻力系数法96有限元方法简介有限元方法简介n多层强透水地基渗流计算的应用研究多层强透水地基渗流计算的应用研究n水平面渗流有限元计算中减压井点处理水平面渗流有限元计算中减压井点处理n北江大堤石角段减压井试验研究北江大堤石角段减压井试验研究解决了井的计算问题解决了井的计算问题有限元一般来说是成熟的方法，有限元一般来说是成熟的方法，有很多商用软件。有

47、很多商用软件。对于成层土、大区域、复杂地形对于成层土、大区域、复杂地形（水面、高地）、减压井等没有（水面、高地）、减压井等没有很好的解决。很好的解决。多年来一直在开发研究。多年来一直在开发研究。97三、可控减压技术的研究三、可控减压技术的研究n3.1可控减压的基本思路可控减压的基本思路n3.2其他行业减压抗浮的应用其他行业减压抗浮的应用n3.3可控减压井工艺及其原理可控减压井工艺及其原理983.1可控减压的基可控减压的基本思路本思路n1、截渗与减压结合n2、减压井自流控制n3、正确分析水压作用力：水压计算、减压效果评估、环境影响评估n4、合适的工程措施：稳定性、耐久（可维修）性、应急预案、经济

48、性993.2已有减压抗浮方法的应用已有减压抗浮方法的应用n1、干船坞的减压方法；、干船坞的减压方法；n2、水闸减压方法、水闸减压方法n3、解决浸没问题中的减压井、解决浸没问题中的减压井n4、基坑减压抗突涌、基坑减压抗突涌1001、干船坞的、干船坞的减压方法减压方法1012、水闸减压方法、水闸减压方法施工期施工期施工期施工期运行期运行期运行期运行期1023、解决潮州城区浸没问题中的减压井、解决潮州城区浸没问题中的减压井潮州供水枢纽，水库水位潮州供水枢纽，水库水位10.5m，高于城区地面，高于城区地面，用用68个减压井，将城区水位降到地面以下。个减压井，将城区水位降到地面以下。103潮州供水枢纽潮

49、州供水枢纽西溪电站厂房西溪电站厂房基坑基坑基础下方深厚强透基础下方深厚强透水层，厂房旁建在水层，厂房旁建在软土上的水闸，常软土上的水闸，常规封底方法造价极规封底方法造价极高高4、基坑减压、基坑减压抗突涌抗突涌104基坑宽基坑宽36m，长长161.75m，采用内撑式地下连续采用内撑式地下连续墙支护墙支护105采采用用减减压压井井结结合合深深槽槽处处旋旋喷喷桩桩封封底底，该该方方案案采采用用减减压压井井自自流流减减压压，对对机机电电依依赖赖小小，减减压压水水头头小小，且且仅仅当当开开挖挖至至较较深深处处才才达达到到最最大大减减压压值值，对水闸影响小。对水闸影响小。106107开挖到第三层底面开挖到

50、第三层底面108四、工程应用实例四、工程应用实例n4.1实例一：保利国际实例一：保利国际平地大型地下室平地大型地下室n4.2实例二：竣和小区实例二：竣和小区坡地大型地下室坡地大型地下室n4.3实例三：海印大旺实例三：海印大旺汛期影响区域地下室汛期影响区域地下室1094.1 实例一：保利世界贸易中心 平地大型地下室两层地下室，地下室平面基本呈矩形，长约两层地下室，地下室平面基本呈矩形，长约335m，宽约，宽约223m。建筑。建筑0.00为高程为高程9.20m，地面高程，地面高程8.00m，地下室底板，地下室底板底高程为底高程为-2.80m。110地下室抗浮分析，主要内容：地下室抗浮分析，主要内容