基于Visual Modflow的基坑降水对周边环境影响分析

基于Visual Modflow的基坑降水对周边环境影响分析

原创：技术邻地下结构设计。   欢迎交流

随着全国各地城市建设的发展，在各种复杂含水系统中开挖的基坑工程越来越多，如何处理好地下水就成为工程建设顺利实施的关键。基坑降水工程既是基础工程顺利进行的先决条件，同时也会造成周边地面的不均匀沉降，对周围建筑物造成危害。

Visual MODFLOW用三维有限差分数值理论模拟孔隙介质中地下水流动。自从问世以来，由于其程序结构的模块化、离散方法的简单化和求解方法的多样化等优点已被广泛用来模拟井流、河流、排泄、蒸发和补给对非均质和复杂边界条件的水流系统的影响。目前我国在地下水及溶质运移模拟、地下水流数值模拟、预测基坑降水应起的地面沉降、基坑涌水量的预测、模拟断层等研究都应用了Visual MODFLOW 软件。

本文以国内某地铁车站为例，采用Visual Modflow软件模拟基坑降水对周边环境影响。

一、案例背景介绍

国内某地铁车站深基坑工程，基坑开挖深度约为16m，围护结构形式为地下连续墙，墙厚为1m，地连墙兼做止水帷幕。基坑开挖深度范围内存在较厚的淤泥质粉质粘土层。设计时，考虑基坑一侧存在需保护建筑物，并综合考虑造价经济性，地连墙深度设计为一侧入岩（临近被保护对象一侧，深50m），隔断地下水。另一侧悬挂，深度30m，止水帷幕体系属于悬挂式之水帷幕。

基坑降水共采用深层减压降水井约50口，井深40m，浅层疏干降水井约30口，井深20m。滤管长度约15m。

基坑深度范围内，存在较厚的淤泥质粉质粘土层，厚度10m左右，渗透系数为0.003/0.018 （竖向/水平）m/d，基坑下卧层为粉砂层，渗透系数为15m/d。基岩层为中风化岩层。

二、Visual Modflow分析流程

2.1 建立平面及竖向网格，导入底图。由于cad中地形图较大，导入困难，故采用地图云图图片格式导入。

2.2根据降水方案，布置抽水井，设置滤管参数。

2.3设置地层渗透参数

2.4添加止水帷幕（局部设置如下），考虑不同位置地连墙深度。

2.5添加适当边界条件（如定水头、河流边界等），提交计算。

三、结果分析—周边地表水位降深预测

由于两侧地连墙深部不同，水位降深曲线不对称，水位下降主要出现在止水帷幕悬挂侧，地表最大水位降深为0.45m。止水帷幕悬挂侧水位降深范围明显大于封闭侧，表明单侧地连墙入岩有效控制了水位下降，同时还能节约支护体系造价。

图3.1 计算结果—地表水位降深范围

图3.2 计算结果—地表水位降深曲线

图3.3 计算结果—地表水位流向

图3.4 计算结果—纵断面水位

图3.5 计算结果—水量平衡

四、小结

通过Visual Modflow可以较为准确的预测基坑降水引起的周边地层水位降深，通过控制、修改降水井数量及抽水速率，验证降水方案的可行性，相比较常规三维有限元软件通过控制降水水头实现基坑降水模拟，modflow考虑到具体降水井参数，更贴合实际降水方案。但modflow相比较常规三维有限元，地层参数仅考虑渗透系数等水文参数，自带模块并未考虑压缩模量等物理力学参数，因此计算结果仅能反应水位降深，如要预测水位降深引起的地表沉降，可通过分层综合法计算水位降深引起的土体固结压缩量。