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基坑降水地面沉降预测方法

2025-03-06 11:52:01

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回答1：

近年来，学者们提出了多种降水引起地面沉降的估算方法，归纳起来可分为几类：

（1）基坑工程中的常用方法

基坑工程中关于地面沉降的计算方法主要有三种：分层总和法；根据压缩试验所得

的e-P曲线推导出计算公式并加以经验系数校正的方法；应力路径法。三种计算方法主要是解决建筑物荷重产生附加压力引起的地基土变形在建筑物基础中心轴线上的沉降。

分层总和法的原理是将压缩层厚度以内的土层分成许多薄的水平土层，假定无侧胀，求出基础中心轴线上的沉降，最后总和起来，作为基础的最终沉降。在基坑降水工程中多采用地基基础设计规范中的方法，并通过修正系数来校正未考虑固结历史的误差，如下式：

基坑降水工程的环境效应与评价方法

式中ΔS，ΔS_i——总的沉降量和分层i的沉降量，

m_s——与土质有关的沉降计算经验校正系数；

δ_z（i）——作用于分层i上的平均附加应力；

E_si——分层i的压缩模量；

H_i——分层i的厚度。

式（4.1）计算简单，但实际使用中常出现参数选用不当问题，尤其是m_s，建筑地基基础设计规范（GBJ7-89）中指出，m_s是根据地区沉降观测资料及经验确定，也可采用所其附表的数值，见表4.10。m_s的取值与基底附加压力P₀，地基承载力标准值f_k，压缩模量的当量E等有关。很显然降水引起的沉降计算经验系数m_s的确定不能直接采用此表。有人提出了降水引起的沉降计算经验系数m_s取值在0.3～0.9之间，但很笼统。

表4.10 沉降计算经验系数（m_s）

注：E为沉降计算范围内压缩模量的当量值，与各层土附加应力系数有关

在降水期间，降水面以下的土层通常不可能产生较明显的固结沉降量，而降水面至原地下水位面之间的土层因排水固结，会在所增加的自重应力条件下产生较大沉降。因此通常降水所引起的地面沉降即以这一部分沉降量为主，所以经常采用式（4.2）的简易方法估算降水所造成的沉降值：

基坑降水工程的环境效应与评价方法

式中ΔH——降水深度，为降水面和原地下水位面的深度差；

ΔP——降水产生的自重附加应力，

，可取

进行计算；

E_1-2——降水深度范围内土层的压缩模量，可根据钻探试验资料，或查有关地基规范，

《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-99）在降水引起的沉降计算问题上只提出可按分层总和法计算，其它地方性规程也未给降水引起的沉降计算问题提出合理的、实用的方法。

（2）流固耦合沉降预测

基坑降水过程中，由于降水使得地下水位下降，孔隙水压力随之下降，根据有效应力原理可知，下降了的孔隙水压力值，转化为有效应力增量，有效应力的增量导致土层发生压密，土层发生压密后，土体的孔隙比发生改变，使土体各部位的渗透系数发生变化，影响其渗流状态。因此，基坑降水引起地层沉降是一个流固耦合问题，通过应力场和渗流场的耦合作用分析，能较好地反映降水过程中的水土间的相互作用机理，也能较好的预测降水引起的地面沉降变形。

目前关于基坑降水地面沉降的流固耦合模型研究成果较多，大多处于研究试用阶段。

（3）数值模拟预测

工程实践中，对于重点工程，除了采用常规的规范法或估算法计算基坑降水引起的地面沉降量，还经常采用数值模拟的办法对基坑降水引起的地面沉降量情况进行预测，其计算方法大多基于太沙基理论、比奥固结理论和水土耦合理论，常用的数值模拟方法有有限元、边界元和有限差分等。

（4）其他方法

除以上方法外，学者们还提出了许多其他有意义的基坑降水地面沉降预测模型：基于降水和沉降观测资料的经验及半经验方法，特点是计算较简单，但目前该方法考虑的因素较少，如邓文龙（1998）从水位降深估算深圳地区地面附加沉降；阳军生等（1995）的随机介质模型，桂和荣等（1994）的SA模型等；吴永红（1993）、杨志锡（2000）结合水文地质概念和原理从水量减少推导出的沉降估算方法；北京理正软件设计研究所研制的理正降水沉降分析软件，它以《建筑基坑支护技术规程（JGJ120-99）》及《基坑工程手册》为依据，采用“大井法”计算涌水量，可计算任意位置的地表沉降。

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