潮汐作用對海積淤泥地層深基坑影響研究

孫海楓 牛勇 袁順德

1.中鐵西南科學(xué)研究院有限公司 四川 成都 610031；2.秦皇島市市政工程建設(shè)項(xiàng)目管理有限公司，河北 秦皇島 066004

潮汐作用對海積淤泥地層深基坑影響研究

孫海楓1牛勇2袁順德1

1.中鐵西南科學(xué)研究院有限公司 四川 成都 610031；2.秦皇島市市政工程建設(shè)項(xiàng)目管理有限公司，河北 秦皇島 066004

近些年隨著國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展，在我國沿海海積淤泥地區(qū)，大量建筑物在此修建，出現(xiàn)了很多位于海積淤泥地段修建的深基坑。而由于此海積淤泥地區(qū)大多位于濱海地段，潮汐海平面的周期性漲落對濱海地下水系統(tǒng)產(chǎn)生影響，從而對深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)受力以及變形產(chǎn)生影響。本文采用FLAC3D完全流固耦合模型計(jì)算，對潮汐引起深基坑受力變形進(jìn)行研究，為在海灣海積淤泥地區(qū)深基坑設(shè)計(jì)與施工考慮潮汐影響提供借鑒。

海積淤泥區(qū)；深基坑降水；潮汐；完全流固耦合

1 前言

一般海積淤泥地區(qū)都靠近海岸，會受到海洋潮汐作用影響。在深基坑降水后施工過程中、施工結(jié)束后都可能因潮汐影響導(dǎo)致濱海地下水位變化，可能引起海水倒灌，從而改變地下水系統(tǒng)。本文依托深圳地鐵前海灣站深基坑項(xiàng)目，著重從工后潮汐作用進(jìn)行研究，既考慮到潮汐時間性，又要考慮潮汐作用空間性，通過現(xiàn)場實(shí)測資料與數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果對照，并在建模時分別建立水平范圍取地下連續(xù)墻外側(cè)不同距離外不同潮作用時間的影響，對潮汐引起深基坑受力變形進(jìn)行研究。

2 潮汐影響

本文中潮汐特指海洋潮汐，是指海水規(guī)律性地漲落現(xiàn)象。潮汐現(xiàn)象包括潮位升降和潮流漲退兩個內(nèi)容。潮汐現(xiàn)象最顯著的特點(diǎn)是有明顯的規(guī)律性，其實(shí)質(zhì)上是一種長周期的波動現(xiàn)象，變化周期大約為半天(半日潮)或者一天(全日潮)；在一個周期中，升降、漲落并不是均勻的，而是時快時慢。高潮過后，潮位緩慢下降，降到高、低潮中間時刻附近，下降得最快，然后又減慢，直到發(fā)生低潮為止。低潮過后，潮位又緩慢上升，至半潮面附近，上升速度最快，而后又減慢，直至發(fā)生高潮為止，接著又落潮，潮水就是這樣周期性地循環(huán)漲落。在本文中，主要模擬一個太陰日內(nèi)只有一次高潮和一次低潮的全日潮[1]時海水回灌對基坑及其周邊的影響。

3 模型計(jì)算

本文在數(shù)值模型中沙灘傾角假定為直角，潮汐振幅A=1.0m，周期T=12h，平均海平面H=70m，其他計(jì)算參數(shù)同前面章節(jié)，運(yùn)行數(shù)值模型，計(jì)算出內(nèi)陸不同點(diǎn)（距海岸50m、55m、60m）地下水水位隨時間變化的關(guān)系如圖所示。與完全對稱的潮汐海平面邊界（正弦波）比是不對稱的，而且隨著向陸地距離的增加而逐漸變?nèi)?。在同一時刻，在不同的水平距離處，振動存在相位差，后一點(diǎn)地下水水位的振動總是滯后于前一點(diǎn)，隨著波不斷地向內(nèi)陸傳播，地下水水位振動幅度隨著向陸地距離的推進(jìn)而逐漸衰減。

通過觀察圖1,圖2可以得出在海積淤泥地區(qū)，隨著距離海岸距離的增大，潮汐影響降低，愈靠近海岸影響愈大；潮汐振幅變化對地層孔隙水壓力的增量在距海岸30m范圍內(nèi)影響明顯，距海岸距離越近，孔隙水壓力變化越明顯，當(dāng)在距海岸大于30m時振幅變化所產(chǎn)生的影響可忽略。圖2分別模擬在潮汐振幅A=1.0m、2.0 m、3.0 m時，在正弦波的潮汐作用72h后，對近海地層孔隙水壓力影響。計(jì)算后提取近海處不同位置孔隙水壓力變化值，如圖3。

由距離海岸30m內(nèi)孔隙水壓力增量與潮高關(guān)系可以得到當(dāng)距海岸距離不同時，孔隙水壓力變化與潮汐振幅的關(guān)系式：

考慮到具體情況，為找出潮汐對基坑維護(hù)結(jié)構(gòu)的影響，本文將取左側(cè)基坑外側(cè)距海岸X=50m進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算模型如圖4。

數(shù)值模擬計(jì)算后，取近海處連續(xù)墻分析，連續(xù)墻向坑內(nèi)側(cè)位移為正，用潮汐前作用在墻后主動土壓力減去潮汐后墻后主動土壓力，如圖5，潮汐作用過后作用在連續(xù)墻后主動土壓力變化與墻體位置有關(guān)，在模型66m～72m主動土壓力降低，在海平面1m以下，即模型內(nèi)69m處降低最大達(dá)7 kPa，而在模型66m以下，主動土壓力則明顯增大，最大增大值近25kPa,通過觀察可以發(fā)現(xiàn)，這是因?yàn)樵谶M(jìn)行基坑降水后，墻后地下水位下降，而在潮汐作用后，潮汐在這里起到回灌作用因海水補(bǔ)給而使墻后地下水位上升。

4 結(jié)論

因潮汐隨時間變化十分明顯，所以在模擬時分別模擬在漲潮不同時間段內(nèi)對結(jié)構(gòu)的影響，可以觀察到，海積淤泥地區(qū)潮汐對連續(xù)墻的影響24h后基本就已經(jīng)完成，而后潮汐對結(jié)構(gòu)的影響就變得十分小。因此可以斷定如果只從純工程角度出發(fā)，在進(jìn)行基坑降水后，若基坑外地下水還沒有完成補(bǔ)給，此時發(fā)生潮汐可以減小作用在維護(hù)結(jié)構(gòu)上主動土壓力，同時地下連續(xù)墻變形也有微小變化，連續(xù)墻變形在潮汐作用過后最多減小了4mm左右，因此在海積淤泥地區(qū)近距離（X<70m）發(fā)生潮汐是有益的，而如果距離海岸超過70m，則潮汐作用可以不計(jì)。

參考資料

[1]陳宗鋪.潮汐學(xué)[M].北京：科學(xué)出版社.1980

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.02.008

孫海楓，出生年月，1981.9,性別，男，籍貫，黑龍江大慶市，學(xué)歷，碩士研究生，職稱，助理工程師，從事專業(yè)，從事隧道病害整治、深基坑降水及開挖影響等科研工作。