黄土丘陵沟壑区城市造地工程流固耦合分析

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近年来,随着我国国民经济的迅速发展以及西部大开发战略的实施,西部城市发展进程不断加快,扩大城市规模已刻不容缓。然而,我国西部地区多是山地,城市可建设用地严重不足,“中疏外扩,上山建城”已成为西部城市发展的必然选择。位于黄土丘陵沟壑区的延安,其新城区城市造地工程即是解决城市建设与土地资源之间的矛盾问题。黄土丘陵沟壑区城市造地工程实施后,填筑体将原沟谷填埋,阻断了地表径流和泉水的排泄途径,促使地表径流向地下水转变,而地下水的存在将严重影响黄土丘陵沟壑区岩土工程的稳定性;城市造地工程中对场地地表的硬化处理措施将使地下水类型由潜水转变为承压水,地下导水盲沟的铺设进一步加剧了在黄土丘陵沟壑区进行岩土工程的复杂化。因此,有必要对地下水影响下的黄土丘陵沟壑区削山填沟工程稳定性进行研究分析。本文以延安新城区建设北区一期工程为例,在收集并分析了研究区工程地质、水文地质资料的基础上,对研究区地质模型进行等效概化,并基于GOCAD. ANSYS和FLAC3D等软件建立三维复杂地质模型。然后沿桥儿沟流域流程方向选取10个典型地质剖面,建立挖填一体化的平面应变模型,并考虑挖填过程中场地地表硬化处理措施以及地下导水盲沟铺设对岩土工程的影响设立无硬化无导水、硬化无导水以及硬化导水三种不同工况,运用FLAC3D界面单元自动依附于指定范围内模型表面自动生成的特性,成功生成不规则地下潜水面,选取FLAC3D流固耦合模块,着重探讨了流域纵向和剖面横向两个空间特性上地下水影响下的城市造地工程的应力场和孔隙水压力场分布特征。最后,选取三种工况下流程纵向上各剖面主盲沟铺设(预设主盲沟)处监测点作为观测点,对比分析三种工况下流程纵向上城市造地工程应力和孔隙水压力分布特点,并选取典型剖面7重点分析了剖面横向上不同类型导水盲沟对地下水的疏排作用。得到以下主要结论:硬化导水工况下铺设在第四系黄土层和新近系红粘土层中的盲沟出现一定程度应力集中,但无论何种工况下,地层缺失部位应力集中现象远较盲沟铺设所引起的应力不连续严重,应引起足够重视;流程纵向上铺设的导水主盲沟对地下水并非全部起到疏排作用;剖面横向上不同类型导水盲沟对地下水起到不同程度疏排作用:次盲沟和支盲沟中的地下水在疏散过程中流向主盲沟,孔隙水压力呈先增大后减小的趋势;而次盲沟和支盲沟将地下水汇集到主盲沟后,主盲沟中的地下水没有得到及时疏排,其孔隙水压力值将暂时增大并逐步稳定。
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