天津市塘沽区城市建设引发地面沉降数值模拟研究

研究区天津市属于典型的沿海软土区,这些软土的特点是含水量高、强度低、孔隙比大、灵敏度高、结构效应明显。随着建筑日益高层化、密集化,建筑物荷载的强度和规模都越来越大,研究软土地区城市建设引起的地面沉降对制定城市建设的规划意义重大。 地面沉降是地下流体渗流与岩土受力变形耦合作用的结果。即渗流引起岩土受力变形,导致地面沉降,而岩土的变形使多孔介质的孔隙比和渗透系数发生变化,从而影响流体渗流与固结过程。因而在渗流与沉降计算中必需考虑流固耦合效应。在使用传统的解析法来计算实际的含水层问题时,要符合泰斯公式或其他公式的假定,因此,它只能机械地解决平面二维的水流模型。而这些公式要求的条件在实际上是很难满足的,其结果与工程实际情况常常有很大误差。因此必须借助于数值方法。 鉴于天津市广泛分布软弱土层的特殊地质情况,考虑到排水固结,借助于GEO-SLOPE软件中所特有的的应力应变软件SIGMA和渗流软件SEEP的联合计算模式,土体本构关系选用基于有效应力原理的Cam-Clay(剑桥模型),可以很好的模拟在上部荷载条件下超孔隙水压力的产生和消散引起的土体的固结。粘性土的变形包括以下三部分:饱和粘土地基在不排水、体积恒定状态下的初始沉降;饱和粘性土地基中超静水压力的逐步消散引起地基土的固结沉降;地基土的结构蠕变引起的次固结(或次压缩)沉降。 与天然地基相比,在其它条件相同时,设置经济有效的帷幕深度,分别采用箱形基础和换填下部软弱土层以后的箱型基础可以分别将最大沉降量有效的减少约67.5%和70.2%。所建立的模型具有开放性,可以在获得准确的地质参数后,预测不同的地基处理和基础形式下的沉降值,以优化地基处理方式。