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原文传递富含砂姜黏性土层基坑工程特性研究----以徐州地铁2号线二环北路站为例

论文题名：	富含砂姜黏性土层基坑工程特性研究----以徐州地铁2号线二环北路站为例
关键词：	地下铁路;基坑开挖;富含砂姜黏性土层;颗粒含量;渗透系数
摘要：	含砂姜黏土层（⑤3-4层）在徐州地区分布较为广泛，该土层局部富含承压水，在徐州地铁第一轮工程建设过程中多次造成基坑涌水、地面沉陷，造成了较大的经济损失和负面社会影响。因此，为保障徐州地铁工程建设安全，需要对该土层带来的问题开展研究，从而为第二轮规划线路的设计、勘察、施工提供预防措施。本文以砂姜黏性土层（⑤3-4层）作为研究对象，针对其矿物组成所特有的工程物理性质做为研究对象，采用模拟试验、现场监测、理论分析、反演推算等理论研究方法，对该土层工程特性及对地铁基坑开挖影响特征进行了分析和研究，主要研究成果总结如下：　　通过对大量钻孔资料进行统计及通过全取芯试验及收集的沿线勘察报告资料，发现黏土层中砂姜含量在1.3%～48%，平均含量为21%左右，空间分布极其不均，没有明显的规律性。室内X-衍射等化验分析结果显示，砂姜主要矿物成份以方解石为主，属钙质结核。钙质结核颗粒大小一般在0.5～150mm之间，钙质结核颗粒和黏土颗粒之间胶结性弱，遇水易分解，可形成多孔性钙质结核颗粒或渗流通道。通过强渗透区域砂姜颗粒含量与渗透系数之间定性、定量关系分析，认为砂姜含量和渗透性具有明显的正相关性，即砂姜含量高，渗透性强。　　以徐州地铁2号线一期工程二环北路站为例，采用可考虑流固耦合的三维数值分析计算方法针，对含砂姜黏土层（⑤3-4层）的特性进行深入的分析和研究。研究结果表明，在考虑流固耦合作用情况下，计算得出的围护结构X和Y方向水平位移均明显大于不考虑流固耦合计算时，且随着基坑开挖越深，计算结果相差越大。开挖至坑底时前者计算最大值是后者的约6倍；地表沉降计算结果与围护结构变形的计算结果类似，开挖至坑底时前者是后者情况下计算结果的5倍。因此，基坑计算分析中考虑流固耦合是非常有必要的，但土层渗透系数大小对围护结构变形和地面沉降最大值的影响并无一定规律可言。　　对于含砂姜黏土层而言通过理论公式与现场土压力监测数据对比发现，其作用于围护结构的水土压力现场实测结果介于水土分算结果与水土合算结果之间，因此不宜单独采用水土分算或合算的计算方法来计算水土压力。针对基坑围护设计计算提出了新方法，建议对不同渗透性土层采取不同的围护设计计算方法。通过引入砂姜石特征系数α，提出了考虑砂姜结合含量以及渗流流固耦合效应的混合算法，并采用对比分析和数值分析讨论了算法的合理性，在一定程度上避免了单一分算或合算计算的跳跃性，更加符合砂姜层实际情况。　　综上，通过本课题的研究，初步厘清了富含砂姜黏土层的渗透性成因，水文地质参数特征和该层位的水文地质特性；对地铁车站基坑工程采用三维数值模拟分析方法进行分析研究时，考虑流固耦合作用的影响，并给出了可以指导工程施工的实施性意见；通过对不同工况进行模拟分析，分别给出在不同工况下相应的水土压力计算方法，解决了围护结构设计计算问题。
作者：	张鹏
专业：	建筑与土木工程
导师：	蒋斌松
授予学位：	硕士
授予学位单位：	中国矿业大学(江苏)
学位年度：	2021