流固耦合下隔水帷幕對深基坑的變形特性研究

摘" 要" 本文以某軟土區(qū)止水帷幕深基坑監(jiān)測為背景，使用COMSOL Multiphysics對基坑分層建模并建立二維滲流-固結(jié)耦合模型，研究流固耦合模型在軟土地區(qū)基坑數(shù)值模擬的可行性，基坑滲流模型的建模方法，并分析不同隔水帷幕建模方法對基坑水平位移及坑外地表沉降的影響. 研究表明：COMSOL Multiphysics模擬基坑變形數(shù)值與實(shí)際監(jiān)測數(shù)值較吻合，降水滲流作用對基坑變形具有很大影響. 止水帷幕對于減少坑外水位下降和控制地表沉降有顯著作用. 設(shè)置隔水帷幕后，地面沉降量減小，而缺點(diǎn)是導(dǎo)致圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形增大. 最后模擬了不同深度隔水帷幕對坑外地表沉降的影響，認(rèn)為隔水帷幕對坑外沉降改變量有先增大后減小的規(guī)律，深度過小或者過大對沉降量的控制效果不好. 弱透水層交界處有沉降改變量的極大值，弱透水層處沉降量改變量有明顯驟減.

關(guān)鍵詞" 軟土；流固耦合；水平位移；隔水帷幕；弱透水層；沉降量

中圖分類號(hào)" TU46；TU924" " 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼" A

深基坑工程的開挖與支護(hù)是當(dāng)前城市建設(shè)中的一項(xiàng)重要問題[1]. 基坑開挖較深，尤其是土壤強(qiáng)度較低時(shí)，容易因荷載等因素產(chǎn)生各種工程問題造成損失. 因此，為控制基坑位移與沉降，保障人員安全與降低工程損失，對于深基坑問題的監(jiān)測與數(shù)值模擬是至關(guān)重要的. 深基坑數(shù)值模擬的研究一般使用商用軟件，如FLAC3D、Midas/GTS、ANSY、ABAQUS等[2-6]，這些研究計(jì)算了深基坑開挖后的水平位移，總結(jié)了水平變形規(guī)律，并對數(shù)值模擬數(shù)據(jù)和工程實(shí)測數(shù)據(jù)進(jìn)行比較. 這種研究局限于只考慮了土壤塑性，而沒有考慮滲流場的影響，且對于COMSOL Multiphysics的運(yùn)用較少.

基坑開挖是一個(gè)復(fù)雜的過程，不僅包含土體的開挖，還包含開挖前的降水過程. 數(shù)值模擬研究中，劉婧[7]以Biot固結(jié)理論為基礎(chǔ)采用有限元法對多級(jí)梯次降水開挖過程進(jìn)行了流固耦合分析. 實(shí)驗(yàn)?zāi)M中，薛麗影[8]利用模型試驗(yàn)系統(tǒng)完成懸掛式截水帷幕基坑地下水滲流以及完整井條件下的層狀含水層滲流的研究獲得與實(shí)際工程相符的滲流流網(wǎng)形態(tài)，豐富了地下水滲流場的特征和規(guī)律. 理論計(jì)算中，張志紅[9]考慮了地下水位下降引起的土體孔隙比和壓縮指數(shù)變化對地面沉降計(jì)算的影響，提出了不同止水帷幕插入深度下潛水含水層中基坑降水引起坑外地面沉降的計(jì)算方法. 陳凌銅[10]進(jìn)行有限元數(shù)值模擬分析基坑降水開挖下基坑及鄰近管線的變形，并研究了穩(wěn)態(tài)滲流下隔水帷幕插入深度不同時(shí)基坑及鄰近管線的變形響應(yīng). 但該研究只局限于深度，而沒有分析隔水帷幕影響深基坑變形的關(guān)鍵點(diǎn)（弱透水層）. 在此基礎(chǔ)上，本文建立Biot全耦合模型研究不同隔水帷幕下深基坑的變形特性，分析隔水帷幕影響變形的原理，提出隔水帷幕設(shè)置深度的工程建議.

富水地層中，地下水控制系統(tǒng)通常采用在基坑內(nèi)設(shè)置抽水井的降水方式，以確保施工安全. 然而，降水將導(dǎo)致地下水下降和擋土墻移動(dòng)，兩者結(jié)合，可能導(dǎo)致嚴(yán)重的地面沉降. 本文是基于上海市某深基坑工程項(xiàng)目，運(yùn)用COMSOL Multiphysics對基坑開挖與支護(hù)過程進(jìn)行了基坑開挖模擬，比較模擬數(shù)據(jù)與實(shí)測數(shù)據(jù)，驗(yàn)證流固耦合模型的準(zhǔn)確性，分析了隔水帷幕在基坑變形控制中的作用，以及不同隔水帷幕插入深度對基坑變形的影響.

1" 工程概況與模型建立

模擬基坑為上海市虹口區(qū)楊樹浦路北外灘地區(qū)某基坑[11]，該基坑基地南臨黃浦江，北靠楊樹浦路，東側(cè)為瑞豐大廈及秦皇島路. 占地面積約35 000 m2. 基坑呈不規(guī)則長方形，基坑?xùn)|西長約230 m，南北進(jìn)深120-160 m. 基坑采用鉆孔灌注樁進(jìn)行圍護(hù)，在此基礎(chǔ)上使用混凝土支撐，采用直徑850 mm三軸水泥土攪拌樁作為止水帷幕. 基坑開挖深度為13.4 m，屬于深基坑范疇. 對該深基坑進(jìn)行COMSOL Multiphysics建模，對基坑開挖后的鉆孔灌注樁水平位移、地表沉降與基坑內(nèi)部沉降進(jìn)行模擬. 參考表1中地質(zhì)結(jié)構(gòu)對該模型進(jìn)行分層.

目前對深基坑建模多是從基坑水平位移著手，對基坑上側(cè)沉降和下部隆起模擬較少，缺少建模經(jīng)驗(yàn). 在滲流模型參數(shù)設(shè)計(jì)中，基坑開挖深度13.4 m，止水帷幕深度為H，以坑底中心點(diǎn)為中心，垂直于y軸為對稱軸，選取基坑的一半作為研究對象. 根據(jù)當(dāng)?shù)厮牟牧?，假設(shè)該基坑水位高度為地下2 m，并假設(shè)當(dāng)距離基坑三倍以上距離不考慮水位的影響.

本文模型只考慮模擬基坑開挖到坑底過程中基坑滲流固結(jié)作用的位移變化，而不考慮基坑填方后的變形. 該基坑施工分為以下幾步：表層土體開挖并施工第一道支撐；開挖至第二道支撐底并施工第二道支撐；開挖至第三道支撐底并施工第三道支撐；開挖至坑底.

1.1" 幾何模型選取與網(wǎng)格劃分

豎直向影響深度一般大于等于2倍基坑深度，而水平向影響范圍一般大于等于3倍基坑深度，由于該基坑開挖深度13.4 m，本模型取深度為40 m，水平距離取為60 m. 該模型的網(wǎng)格劃分如圖1所示. 網(wǎng)格劃分必須考慮到計(jì)算的準(zhǔn)確性和計(jì)算時(shí)間. 鉆孔樁作為網(wǎng)格劃分的關(guān)鍵部分，作為映射的中心，并向其余部分?jǐn)U散，形成計(jì)算關(guān)鍵點(diǎn)向外擴(kuò)散的網(wǎng)格劃分[13]，這樣的劃分提高了計(jì)算關(guān)鍵部分的精度，有效地減少了計(jì)算時(shí)間.

對實(shí)際工程項(xiàng)目進(jìn)行建模，并對該模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，鉆孔灌注樁是數(shù)值計(jì)算中的主要計(jì)算部分，故對鉆孔灌注樁部分映射，使該部分網(wǎng)格分布更密集，從而增加該部分計(jì)算結(jié)果的精確程度. 在不考慮滲流與孔隙水壓力作用時(shí)，基坑上部均布荷載與土壤塑性為影響鉆孔灌注樁水平位移的主要因素. 該模型取基坑上部均布荷載35×103 Pa，土壤塑性通過D-P準(zhǔn)則匹配摩爾-庫倫準(zhǔn)則計(jì)算.

1.2" 材料參數(shù)及本構(gòu)模型

基坑土體力學(xué)參數(shù)如表1所示.

1.3" 支護(hù)結(jié)構(gòu)參數(shù)

鉆孔灌注樁強(qiáng)度等級(jí)為C30，楊氏模量3×103 Mpa.

內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)采用鋼管支柱，數(shù)值模擬方法采用ramp函數(shù)，該函數(shù)初始值Umax為預(yù)應(yīng)力錨桿最大允許位移，設(shè)置為25 mm，楊氏模量2×105 Mpa，該錨桿在小于允許位移時(shí)不施加支撐力，大于25 mm位移時(shí)，隨位移增大，其支撐力線性增大. 三層支撐結(jié)構(gòu)強(qiáng)度參數(shù)相等.

當(dāng)開挖達(dá)到一定深度時(shí)，只要鉆孔灌注樁撓度大于允許值，支柱就會(huì)被激活. 該支護(hù)結(jié)構(gòu)軸向剛度S估算方法為：

S＝E■.（1）

其中，A是橫截面積，l是支護(hù)體長度，E是材料楊氏模量.

1.4" 流固耦合理論

數(shù)值模擬方法是預(yù)測地下水頭下降引起地面沉降的有效方法. 基于Biot固結(jié)理論的全固結(jié)耦合模型，可將土壤的彈塑性、粘彈性和蠕變特性等納入模型. 此外，Biot理論能夠反映孔隙水壓力和位移的相互影響. 流固耦合模型需要同時(shí)考慮滲流場與應(yīng)力場耦合作用. 考慮滲流場作用主要由孔隙水壓力產(chǎn)生，孔隙水壓力大小基于降水作用的水頭變化而變化.

中國沿海地區(qū)屬于軟土地區(qū)，軟土中地下壓力水頭改變會(huì)導(dǎo)致彈塑性變形，且?guī)в懈羲∧坏幕娱_挖過程中，基坑降水開挖會(huì)造成坑內(nèi)坑外水頭差，這種復(fù)雜情況在Biot固結(jié)理論計(jì)算中更能體現(xiàn). Biot理論假設(shè)土壤骨架為線彈性變形，且該值較小忽略不計(jì). 模型中地下水滲流遵循達(dá)西定理. 基于Biot固結(jié)理論，建立二維流固耦合方程[12]：

－G■2wx－■·■■＋■＋■＝0（2）

－G■2wy－■·■■＋■＋■ ＝ － γt（3）

－■■＋■＋■■kx·■＋■ky■＋γw＝0（4）

其中G是楊氏模量，■2是拉普拉斯算子；wx、wy是指沿x、y方向的位移；v為泊松比；u為孔隙水壓力；γt、γw為土壤和水的單位重度；kx、ky指沿x，y方向的滲流速度.

2" 基坑變形數(shù)值模擬

只針對于基坑水平位移計(jì)算時(shí)，可以考慮忽略重力的影響，而在基坑沉降及隆起計(jì)算中，需要考慮重力的預(yù)應(yīng)力作用，以及基坑卸載的過程. 在非流固耦合模型中，不考慮基坑開挖過程中的降水過程，即不考慮因降水導(dǎo)致的固結(jié)沉降作用.

2.1" 圍護(hù)體水平位移

圍護(hù)體、土體測斜監(jiān)測設(shè)備采用武漢深基坑研究所CX-3型土體測斜儀. 墻體布設(shè)測斜28孔，編號(hào)為CX1～CX28，孔位間距25-30 m，孔深29-31.2 m. 其中CX1-CX6為靠近交通主干道楊樹浦路方向的土體測斜儀，由西向東依次放置. 圖2所示為編號(hào)CX3的水平位移計(jì)算值與實(shí)測值的對比.

以地面高度為0 m，流固耦合模型計(jì)算的最大位移值為-23.3 mm，出現(xiàn)在埋深為-10.4 m處. 非流固耦合模型計(jì)算的水平位移最大值為14.9 mm，出現(xiàn)在埋深為-10.1 m處. 最大的監(jiān)測位移是-23.2 mm，出現(xiàn)在-11 m的埋藏深度. 流固耦合模型計(jì)算的最大位移與實(shí)際監(jiān)測值比較接近，兩個(gè)模型計(jì)算的最大位移點(diǎn)的位置也比較接近實(shí)際位置. 綜合來看流固耦合模型的效果更好.

2.2" 圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析

實(shí)驗(yàn)證明，基于von Mises屈服準(zhǔn)則模擬出的結(jié)果更接近實(shí)驗(yàn)值. 對鉆孔灌注樁的von Mises應(yīng)力進(jìn)行了有限元模擬，von Mises應(yīng)力隨鉆孔灌注樁深度的變化如圖3所示. 從圖3中可以看出，兩者的趨勢相對相同，但在同一深度下的最大應(yīng)力卻大不相同. 這是模型約束的設(shè)置，在計(jì)算中控制了鉆孔樁頂部和底部之間的水平位移. 非流體-固體耦合模型的最大值在-9.9 m處，而流體-固體耦合模型的最大值在-8.4 m處，考慮是滲流的影響，孔隙應(yīng)力在基坑開挖深度中所占比例較大.

鉆孔灌注樁剪切應(yīng)力圖如圖4所示. 可以發(fā)現(xiàn)考慮降水與流固耦合作用后，鉆孔灌注樁樁體剪切應(yīng)力大體均增大，剪切應(yīng)力在-2 m、-6 m、-10 m樁體埋深位置出現(xiàn)突變點(diǎn)，最大剪切應(yīng)力242.9 kPa，出現(xiàn)在-1.9 m埋深處. 突變點(diǎn)深度為支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)置深度，推斷剪切應(yīng)力的突變由內(nèi)支撐的作用力導(dǎo)致，由于鉆孔灌注樁的側(cè)向位移，內(nèi)支撐受壓給予樁體一個(gè)相反的力. 其次是該樁體在坑底深度位置上也出現(xiàn)了突變點(diǎn)，分析為基坑開挖的臨空狀況導(dǎo)致的受力不均. 故樁體抗剪關(guān)鍵部位為坑底與樁體的交界部位及支護(hù)鋼管與鉆孔灌注樁的結(jié)合部位，應(yīng)加強(qiáng)該點(diǎn)抗剪強(qiáng)度的監(jiān)測與防護(hù).

2.3" 坑外地表沉降量分析

當(dāng)考慮滲流及降水作用時(shí)，地表沉降受兩種因素共同影響，基坑降水開挖過程導(dǎo)致坑外水位下降，是造成坑外沉降的主要原因. 模擬了坑外隨基坑降水開挖過程的沉降量變化情況，假定為先降水后開挖，先降水至水頭高度位于基坑以下再分段開挖基坑. 降水井設(shè)置在坑內(nèi)，降水過程通過降水結(jié)束后水頭高度進(jìn)行模擬.

通過理查德方程計(jì)算降水開挖過程中的滲流場，再通過孔隙壓力的變化將滲流場與應(yīng)力場結(jié)合達(dá)到流固耦合. 模擬降水井壓力水頭隨時(shí)間發(fā)展的變化，若考慮降水滲流作用，則認(rèn)為地下水位高度低于基坑開挖深度0.5 m，假設(shè)坑內(nèi)的地下水頭已降至安全水平以下. 計(jì)算模擬基坑內(nèi)部外部隨時(shí)間發(fā)展時(shí)，降水后的壓力水頭高度. 計(jì)算滲流速度場與水頭場，得到基坑開挖至底部時(shí)的受降水滲流作用的滲流速度場與水頭場. 若不考慮降水，則認(rèn)為模型最右側(cè)水頭高度為上海地區(qū)平均壓力水頭高度，坑內(nèi)水頭高度為基坑底部高度，不考慮降水井降水作用.

結(jié)果驗(yàn)證了地表沉降是由兩個(gè)因素引起的：一個(gè)因?yàn)殡S著圍護(hù)結(jié)構(gòu)墻向開挖方向移動(dòng)，墻后的土壤受到擾動(dòng)，并與圍護(hù)結(jié)構(gòu)墻一起移動(dòng)，進(jìn)一步導(dǎo)致表面沉降. 另一個(gè)因素是水位下降，導(dǎo)致土壤有效應(yīng)力增加，進(jìn)而導(dǎo)致土壤固結(jié). 不考慮滲流及降水作用時(shí)，坑外沉降主要是由于墻體移動(dòng). 第一種因素導(dǎo)致坑外沉降最大點(diǎn)靠近基坑.

3" 隔水帷幕對基坑變形影響

設(shè)置隔水帷幕后，坑內(nèi)與坑外由于水頭高度不同，產(chǎn)生由坑外到坑內(nèi)的孔隙壓力，因此造成圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形增大. 有隔水帷幕最大沉降量28.0 mm，無隔水帷幕最大沉降量82.6 mm. 有隔水帷幕最大水平位移22.7 mm，無隔水帷幕最大沉降量20.6 mm，均發(fā)生于樁深12.5 m處. 在基地北側(cè)楊樹浦路下的重要管線處設(shè)置14個(gè)監(jiān)測點(diǎn)，由西向東編號(hào)為Sl-S14. 累積最大沉降監(jiān)測點(diǎn)Sl1為27.96 mm[11]. 實(shí)測數(shù)據(jù)與有隔水帷幕的數(shù)值模擬結(jié)果接近. 隔水帷幕對坑外地表沉降與水平位移的影響如圖5與圖6所示.

坑外沉降模擬中，認(rèn)為整個(gè)鉆孔灌注樁是不透水的，隔水帷幕深度30 m. 隔水帷幕深度對圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形曲線的分布形式?jīng)]有影響，但對水平位移變形量具有影響. 觀察基坑滲流流網(wǎng)圖，隨著隔水帷幕設(shè)置，地面沉降量顯著減小，而缺點(diǎn)是鉆孔灌注樁隔水帷幕圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形越大. 這與工程實(shí)際規(guī)律接近，且符合張志紅[9]與陳凌銅[10]的試驗(yàn)研究規(guī)律.

隔水帷幕對流網(wǎng)圖的影響如圖7、圖8所示. 觀察發(fā)現(xiàn)二者流網(wǎng)圖分布特點(diǎn)不同，在降水井抽水速度不變、邊界條件不變的情況下，隔水層的設(shè)置改變了滲流路徑，坑外的滲流方向由指向鉆孔樁變?yōu)橹赶蚋羲畬拥撞?，滲流速度明顯降低. 基坑滲流流線均環(huán)繞隔水帷幕底部，大體呈“U”型分布，等水頭線以隔水帷幕底部附近為圓心環(huán)繞，坑外部分分布不密集且分布不均勻. 其次，等高線由降水井周圍變?yōu)楦羲畬拥撞恐車?，?dǎo)致坑外等高線分布稀疏，孔隙壓力降低，這也是隔水層安裝后沉降量減少的原因.

而不設(shè)置隔水帷幕的情況下，基坑滲流流線集中于基坑坑內(nèi)降水井降水高度位置，且等水頭線以該位置為圓心環(huán)繞，等水頭線分布均勻且在坑外部分無明顯分散. 由于抽水井工作，等水頭線呈弧形包裹在抽水井水位線附近. 該流網(wǎng)圖特征與薛麗影[8]所做基坑工程地下水滲流模型試驗(yàn)的流網(wǎng)圖特征十分吻合. 不難得出結(jié)論，設(shè)置隔水帷幕后，鉆孔灌注樁右側(cè)孔隙水壓力大于不設(shè)帷幕的情況，而鉆孔灌注樁左側(cè)孔隙水壓力大小近似，故設(shè)置隔水帷幕的情況下鉆孔灌注樁水平位移更大.

4" 隔水帷幕深度對坑外沉降量影響

隔水帷幕深度對于基坑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移和坑外沉降量有著不能忽視的影響. 工程建設(shè)中，通過插入隔水帷幕減小基坑降水對坑外沉降量的影響. 上一節(jié)研究表明，隔水帷幕能夠有效減小坑外沉降量，但會(huì)導(dǎo)致圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移增大，但增大量很小，故本章針對沉降量進(jìn)行研究.

弱透水層的出現(xiàn)，導(dǎo)致水平位移增大與地表沉降量的減小. 研究表明弱透水層是主要承壓含水層. 該模型粉質(zhì)黏土層為弱透水層，滲流速度取粉質(zhì)黏土的經(jīng)驗(yàn)參數(shù)值，水平滲透系數(shù)5×10－4 m·d－1，垂直滲透系數(shù)1×10－4 m·d－1. 弱透水層主要參數(shù)在于其滲流速度遠(yuǎn)小于承壓層土體. 弱透水層導(dǎo)致滲流發(fā)生受阻. 本章目的是討論在弱透水層下的隔水帷幕插入深度對基坑變形的影響，以及隔水帷幕插入的關(guān)鍵位置問題.

通過建模設(shè)置不同的隔水帷幕插入深度，計(jì)算對應(yīng)沉降量. 隔水帷幕設(shè)置在鉆孔灌注樁之后，設(shè)置深度由地面開始計(jì)算. 考慮工程施工的成本，研究隔水帷幕插入深度的關(guān)鍵位置，得到性價(jià)比較高的隔水帷幕插入深度. 建立模型，對不同插入深度下隔水帷幕的基坑沉降量計(jì)算，結(jié)果如圖9所示.

取隔水帷幕從30 m到18 m，間隔2 m，共7組進(jìn)行數(shù)值計(jì)算. -22 m到-25.8 m深度為弱透水層. 當(dāng)隔水帷幕深度達(dá)到22 m時(shí)，即插入深度達(dá)到弱透水層時(shí)，隔水帷幕可以有效控制坑外沉降，此時(shí)再增加隔水帷幕深度，對坑外沉降量的影響效果逐漸減小.

又取隔水帷幕從16 m到0 m，中間間隔2 m，共9組進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，結(jié)果如圖10所示. 13.4 m為基坑底部，當(dāng)隔水帷幕深度小于12 m時(shí)，通過增加隔水帷幕對坑外沉降量的影響明顯較小. 可以發(fā)現(xiàn)，隨隔水帷幕深度減小，沉降量增加，沉降量最大值位置更遠(yuǎn)離基坑.

表2展示了隔水帷幕在不同深度下的坑外沉降變化情況，還包括每增大隔水帷幕深度2 m坑外的沉降改變量. 插入隔水帷幕可以有效降低基坑開挖對周圍環(huán)境的影響，可以降低約66%的沉降，對周圍建筑物有較好保護(hù)效果. 結(jié)合兩圖，得出結(jié)論：（1） 隔水帷幕對坑外沉降改變量有先增大后減小的規(guī)律，深度過小或者過大對沉降量的控制不利. （2） 弱透水層交界處有改變量的極大值，弱透水層處沉降量改變量有明顯驟減. （3） 隔水帷幕插入深度應(yīng)大于基坑深度，在弱透水層附近是比較經(jīng)濟(jì)合理的.

5" 結(jié)論

（1） 鉆孔灌注樁水平位移與坑外地表沉降是衡量基坑工程穩(wěn)定性的重要指標(biāo). 而在數(shù)值模擬中考慮降水開挖的滲流作用更貼近工程實(shí)際情況，可以有效提高數(shù)值模擬的準(zhǔn)確性. 研究發(fā)現(xiàn)，流固耦合模型計(jì)算值普遍大于只考慮土壤塑性的單一情況，更接近實(shí)際監(jiān)測值.

（2） 對基坑開挖后鉆孔灌注樁水平位移計(jì)算值與監(jiān)測值對比分析發(fā)現(xiàn)，流固耦合模型計(jì)算值較非流固耦合模型，更接近于實(shí)際監(jiān)測值. 對鉆孔灌注樁剪應(yīng)力與von Mises應(yīng)力分布的計(jì)算值進(jìn)行分析，流固耦合模型計(jì)算值有明顯增大，認(rèn)為在坑底與鉆孔灌注樁的交界處存在剪應(yīng)力的突變值，應(yīng)加強(qiáng)該處監(jiān)測與防護(hù). 對深基坑來說，孔隙壓力已成為不可忽視的部分，必須要考慮到計(jì)算中.

（3） 對不同隔水帷幕深度的坑外沉降量進(jìn)行分析，認(rèn)為隔水帷幕對坑外沉降改變量有先增大后減小的規(guī)律，深度過小或者過大對沉降量的控制不利. 弱透水層交界處有改變量的極大值，弱透水層處沉降量改變量有明顯驟減. 弱透水層以下部分對沉降改變量影響甚微. 故實(shí)際工程中，隔水帷幕插入深度應(yīng)大于基坑深度，深度在弱透水層附近是比較經(jīng)濟(jì)合理的.

參考文獻(xiàn)

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Study on the Deformation Characteristics of Deep Foundation Pits by Water Barrier Curtain Under Fluid-Solid Coupling

GUO Anning， JIN Zuodong

（School of Traffic and Transportation， Lanzhou Jiaotong University， Lanzhou 730070， Gansu， China）

Abstract： In this paper， the monitoring of a deep foundation pit with water barrier curtain in a soft soil area is taken， and COMSOL Multiphysics is used to model the pit in layers and establish a two-dimensional seepage-consolidation coupling model to study the feasibility of the flow-solidity coupling model in the numerical simulation of foundation pits in soft soil areas， the modelling method of the foundation pit seepage model， and to analyze the effect of different water barrier modelling methods on the horizontal displacement of the foundation pit and the settlement of the ground surface outside the pit. The study shows that the COMSOL Multiphysics simulated pit deformation values are in good agreement with the actual monitoring values， and that the effect of precipitation seepage has a great influence on the pit deformation. The water barrier curtain has a significant effect on reducing the water level drop outside the pit and controlling the surface settlement. The installation of the water barrier curtain reduces the amount of ground settlement， while the disadvantage is leading to an increase in the deformation of the enclosure structure. Finally， the effect of different depths of the curtain on the ground settlement outside the pit is simulated， and it was concluded that the curtain had a pattern of increasing and then decreasing the amount of settlement outside the pit， and that too small or too large a depth had not a good effect on the control of settlement. There is a great value of settlement change at the junction of aquitards， and there is an obvious abrupt decrease of settlement change at aquitards.

Keywords： soft soil; fluid-solid coupling; horizontal displacement; water barrier curtain; aquitard; settlement