饱和黄土地层工程降水沉降测算结构及测算方法与流程

本发明涉及岩土工程的，尤其是涉及一种饱和黄土地层工程降水沉降测算结构及测算方法。

背景技术：

1、在黄土地区，降水措施是保证工程建设安全和高效施工的关键。工程降水不仅可以提高土体自身强度，降低侧压力系数，提高自承载能力；而且可以保证无水作业的施工要求，具有便于施工、提高作业效率以及可以更有效地控制投资等优点。

2、现阶段，在黄土地区工程建设中，尤其是地下工程建设中，工程降水是应用最广泛、最有效、最经济的地下水控制措施。在周边环境复杂的地下工程建设中，合理的预测和评价降水对周边环境的影响是控制工程可行性的关键问题。

3、在我国现行的所有国家标准、行业标准和地方标准中，计算地基变形时均采用分层总和法。在计算降水沉降时引入了降水沉降经验系数ψw，该经验系数取值主要依赖地区工程经验。在黄土地区工程实践过程中，这一沉降计算方法在实际应用过程中主要存在如下问题：

4、首先，在黄土地区降水实践过程中，根据实测结果反算发现，降水沉降经验系数ψw的变化范围在0.1-1.5。即根据经验系数的选择不同，其降水沉降计算的结果相差可达15倍。

5、其次，降水沉降经验系数ψw的选取完全取决于技术人员对该区域降水沉降的经验，取值过于笼统，不能完整反映层厚变化、土性变化的影响，更不能计算分层沉降无经验时，预测结果与实际相差较大，直接影响后期工程方案的决策、对工程方案的可行性和安全性产生直接影响。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种饱和黄土地层工程降水沉降测量结构及测量方法，以缓解现有技术中存在的沉降经验系数修正取值过于笼统，无经验时，预测结果与实际相差较大，影响工程方案的可行性，导致工程安全性大大降低的技术问题。

2、为实现上述目的，本发明实施例采用如下技术方案：

3、第一方面，本发明实施例提供一种饱和黄土地层工程降水沉降测算结构，包括多个降水井和多个取样钻孔，多个所述降水井沿降水中心区域的周向间隔分布；多个所述取样钻孔分为两组，一组所述取样钻孔用于开设在既有环境设施的一侧，另一组所述取样钻孔间隔开设于所述降水中心区域内。

4、进一步地，饱和黄土地层工程降水沉降测算结构还包括多个水位观测孔，多个所述水位观测孔用于沿所述降水中心区域朝向所述既有环境设施的方向间隔分布。

5、进一步地，所述降水中心区域设有地下结构，所述地下结构周边沿其周向间隔围设有所述降水井。

6、进一步地，设于所述地下结构的围设区域内的所述取样钻孔至少有两个，且两个所述取样钻孔分别位于所述围设区域的相对位置。

7、第二方面，本发明实施例提供一种饱和黄土地层工程降水沉降测算结构的测算方法，包括：

8、s1.在工程降水开始前，在降水中心区域和所述既有环境设施处钻出所述取样钻孔并取样，记录各个所述取样钻孔的实际潜水位、地层组合及厚度等基本信息；

9、s2.开展室内试验，每米测试其孔隙比e、液性指数il和压缩模量es等基本物理力学参数；

10、s3.根据在所述降水中心区域的所述地下结构开挖的深度，确定设计水位降深，并依据水位下降曲线，确定所述既有环境设施位置处的水位降深；

11、s4.计算所述降水中心区域和所述既有环境设施处的工程降水所引起的有效应力增量；

12、s5.依据所述水位降深范围内各深度处的所述有效应力增量、孔隙比e、液性指数il和压缩模量es计算得到降水沉降预测量。

13、进一步地，在步骤s1中，包括：

14、在所述既有环境设施朝向所述降水中心区域的一侧开设多个所述取样钻孔，且多个所述取样钻孔沿所述既有环境设施的延伸方向间隔开设。

15、进一步地，在步骤s2中，包括：

16、所述压缩模量es的测试压力段满足相应埋深位置所引起的初始地层应力和工程降水所引起的附加应力增量段的计算要求；

17、所述计算要求为结合降水前各深度处的初始有效应力、以及计算得到的有效应力增量两部分内容，确定压缩模量指标的相应压力段。

18、进一步地，在步骤s3中，包括：

19、所述水位下降曲线可以参考相近土层组合、水位降深下的现场实测结果或理论计算方法确定；

20、其中，理论计算方法参考dupuit稳定井流模型中降水漏斗曲线进行综合确定；

21、具体计算确定方法：

22、

23、式中，r：为漏斗曲线与原水位线的交点，即抽水影响半径；h：为原地下水位至地表的距离；hw：为降水井中水面距离基坑底部的距离；rw：为降水井的半径；hw：为基坑外原地面至降水井水面的距离。

24、进一步地，在步骤s4中，包括：

25、所述有效应力增量的计算公式为：

26、δσzi＝δhγω；

27、式中，δh为计算深度处的水位降深；γω为水重度；δσzi为降水引起的有效应力增量。

28、进一步地，在步骤s5中，包括：

29、所述降水沉降预测量的计算公式为：

30、

31、式中，s为降水引起的沉降量；ei为降水影响范围内第i层土的孔隙比，取饱和状态下土体的测试指标；ili为降水影响范围内第i层土的液性指数，取饱和状态下土体的测试指标；δσzi为降水引起的地面下第i层土中心点处的有效应力增量，取降水结束时土的有效应力增量；δhi为第i层土的厚度；esi为按土的自重应力至自重应力与附加有效应力之和的压力段确定的第i层土的压缩模量。

32、本发明能够实现如下有益效果：

33、第一方面，本发明提供一种饱和黄土地层工程降水沉降测算结构，包括多个降水井和多个取样钻孔，多个降水井沿降水中心区域的周向间隔分布；多个取样钻孔分为两组，一组取样钻孔用于开设在既有环境设施的一侧，另一组取样钻孔间隔开设于降水中心区域内。

34、第二方面，针对第一方面提供的饱和黄土地层工程降水沉降测算结构的测算方法，包括：

35、s1.在工程降水开始前，在降水中心区域和既有环境设施处钻出取样钻孔并取样，记录各个取样钻孔的实际潜水位、地层组合及厚度等基本信息；

36、s2.开展室内试验，每米测试其孔隙比e、液性指数il和压缩模量es等基本物理力学参数；

37、s3.根据在降水中心区域的地下结构开挖的深度，确定设计水位降深，并依据水位下降曲线，确定既有环境设施位置处的水位降深；

38、s4.计算降水中心区域和既有环境设施处的工程降水所引起的有效应力增量；

39、s5.依据水位降深范围内各深度处的有效应力增量、孔隙比e、液性指数il和压缩模量es计算得到降水沉降预测量。

40、在本发明中，通过在降水中心区域和既有环境设施处钻出取样钻孔并取样，并记录各个取样钻孔的实际潜水位、地层组合及厚度等基本信息；而后测试孔隙比e、液性指数il和压缩模量es等基本物理力学参数；而后再结合既有环境设施位置处的水位降深计算出有效应力增量；最后通过有效应力增量、孔隙比e、液性指数il和压缩模量es计算得到降水沉降预测量。

41、与现有技术相比，本发明提供的饱和黄土地层工程降水沉降测算结构及测算方法，主要为针对黄土地区工程降水沉降的测算方法，提出用e×il代替原降水沉降经验系数ψw的计算思路；其中，需要提出的是，孔隙比e可反映饱和黄土失水过程中可压缩空间的大小反映了失水变形空间大小，即土体失水的可变性；液性指数il可反映土体的软弱程度，反映了饱和黄土失水变形的难易程度，即失水的能变性；e×il指标，综合反映了饱和黄土失水变形敏感特征。与现有技术相比，本技术提供的测算结构及方法可以避免因预测结果与实际相差较大，影响工程方案的可行性，造成工程方案的可行性和安全性大大降低的情况出现。

42、综上，本发明至少缓解了现有技术中存在的沉降经验系数取值过于笼统，无经验时，预测结果与实际相差较大，影响工程方案的可行性，导致工程安全性大大降低的技术问题。