三维深基坑降水毕业设计（论文）外文翻译
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目长沙世纪花园基坑支护工程设计和施工组织设计专 业 土木工程岩土方向 班 级 土木102班 学 生刘迪 指导教师李宏儒 西安理工大学2014 年三维基坑降水摘要：长三角的深基坑降水，很容易使周围脱水地区地下水位急剧下降，导致地面沉降和地质灾害。在这项工作中，一种三维有限元模拟方法被应用于上海董家渡隧道第四条铁路基坑降水修筑工程。为控制基坑旁边地下水位的下降，基坑降水方法被用于脱水项目设计的优化。模拟含水层的逐层沉积，地下蓄水层底部深约144.45米，基坑挡土墙深约65米，凿井的过滤器位于44-59米，基坑水位降了34米，基坑外水位最多降幅为3米。这些数据表明优化项目和事实案例彼此的连贯性。因此，在这些地域，三维有限元数值模拟是优化设计脱水深基坑工程结构的基础理论。关键词：长三角，地面沉降，深基坑降水，防渗。导论：长三角是中国经济最发达的地域之一。近年来，随着国家经济的快速发展和持续不断的城市建设，地下空间的发展受到了人们越来越多的关注。长三角的形成了一些很厚的孔隙承压地下蓄水层。这些蓄水层被渗透性差的黏土分隔开，但由于地下蓄水层之厚、水位之深、量之大，它们间的水力联系却很密切。以上海董家渡隧道第四条铁路基坑降水修筑工程为例，详尽说明三维有限元数值模拟方法在某些地区地面沉降的控制方面。根据对不同工程结构的数值模拟分析，脱水的最优方案是确定的，并且实践证明此项目在控制基坑边的地面沉降方面正确而可靠。因此，在这些地域，三维有限元数值模拟是优化设计脱水深基坑工程结构的基础理论。地下水渗流量的数学模型：在坐标轴上建立各向异性多孔介质中主要渗透的方向，三维瞬时流量的的控制方程可写作：其中SS是释水系数，kxx,kyy,kzz是各向异性介质中相对主方向的渗透系数，H是（x,y,z）坐标下的水位，W是源汇项，t是时间，是定义域。初始及边界条件多孔介质中不稳定渗流的初始和边界条件如下：（1）初始条件：（2）边界条件：（a）第一种边界条件：(b)第二种边界条件：(c)自由表面边界条件：其中H0(x,y,z,t0)是(x,y,z)坐标下的初始水位，H1(x,y,z,t)是边界条件下的已知水位，q(x,y,z,t)是第二种边界条件下单位面积的补给量，cos（n,x）,cos（n,y）和cos（n,z）是正常体表的方向余弦，是饱和差（自由面上升）或具体产量（自由面下降），n2是自由面外向法向的第三种成分，和分别是第一种边界、第二种边界，以及相对液表边界，相对来说。应用有限元方法的数值模拟：有限元方程将三维计算域分成n个单元，利用八节点等参元的插补功能。根据变分原理，差分方程有如下相应功能：1被当做0，时间在隐式差分中适用，那么渗水域中的有限元方程可写作：其中K是一般渗水矩阵，S为蓄水矩阵，G为补给矩阵，F是水量矩阵，H是要计算的节点的水位矢量，是时间变化量。令：那么方程可写成：其中A是总刚度矩阵，B为常数项。第一种边界情况以及自由液面边界情况的处理方法：在这篇文章中，作者利用改进的截止负压的方法，并且选择了改进元件传到矩阵调节方法，来处理自由液面边界情况。结果很令人满意。使用了投入大量数字的方法，即利用了很多总刚度矩阵主对角线上的已知水压元素，以及方程式右边对应成分也大量翻倍，第一种边界情况得以处理。在这个工作中，用预处理共轭梯度法得以解决了上述的有限元方程。基本理念是应预先处理对称正定系数矩阵方程以减少条件的等价性，然后用共轭梯度法提升收敛速度并克服数值的不稳定性。用程序设计基础90将计算转化为电脑程序。用此程序，PIV技术能将计算完成。工程上的应用工程情况董家渡隧道第四条地铁的地基修筑位于中山路南段东边及董家渡渡口的南边的交汇处。海拔3.5米的重建工程位于黄浦江西段，22层楼高的临江花园在其北部。洞穴大约39.8米深，平面挖掘规模长236米、宽约19-23米，地基是半径350米的圆形。图一显示了基坑的平面构图。基坑的挡土墙厚约1.2米，弱潜水含水层分布在基坑上部的杂填土下方。地下水位约为0.5米-1.2米，水量不多也不易导致脱水。高水头的承压含水层埋在被分类为上、中更新世承压含水层I、II的基坑地基下面，这三种承压含水层彼此互相联系，静水位开挖约5米。为确保挖凿的平稳进行，基坑水位必须降到低于基坑地基；为确保周围建筑的安全，尤其是临江花园大楼，基坑边的地下水水位不应引起地面沉降及地质灾害。图一：基坑平面图图二：有限元网格空间离散和边界条件根据定头边界应远离源和会项的原则，为了克服边界的不确定性导致的结果的随意性，这项计算应以全地基东南西北各方向最远的边界点为起点，用试错的过程、在各方向向外扩张400米，即真实平面大小为1060平方米*870平方米。根据水文地质特征的研究，第四季松散沉积层被分为10层，水平方向上由中央地基向外变得越来越松散，由图二可见。有限元网格被细分为16280节点，13980单元。图三：参数调节模型中水井分布图1.1识别和验证模型图四：观测点水位拟合图图五：5层水文参数图图六：井脱水的优化方案分布图模型预测上述数学模型分析经过确认后，上海董家渡隧道第四条铁路的基坑修筑优化方案也已形成。根据后续的对项目的观测，基坑外最严重的地面沉降也仅仅是3.5毫米，有效地保证了临江花园大厦的安全。表一：模型中每一层的水文参数表二：每个泵脱水的优化方案图七：脱水工程结构示意图图八：地基底部平面水位等值线图图九：基坑脱水中心部分Y向水位等值线图（单位：米）结论（1）三维有限元模拟方法能高质量地描绘地质体，且能模仿并分析第四纪松散厚沉积物及深基坑降水的工程结构，并能作为如此领域深基坑降水工程结构优化设计的基础理论。（2）改进元件调整矩阵传导方法已被用于处理自由水位地下边界情况，也能提高建模的稳定性。（3）如果此方案能处理好地下连续墙基坑维护和泵孔的过滤器位置二者的关系，那么基坑降水方法就能用于满足基坑降水的需求，并能有效地控制在复杂且厚的第四纪松散沉积物基坑边的地面沉降。
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