成层土中基坑二维稳态渗流场解析解研究

余俊，张志中，和振，李东凯

  (中南大学 土木工程学院，湖南 长沙 410075) 

摘 要：成层土中基坑渗流场与均质土层中渗流场有较大差别，最有可能发生突涌事故的位置也不同，因此准确确定成层 土中基坑二维稳态渗流场是基础工程建设中的重要课题。针对成层土中基坑稳态渗流问题，将基坑周围土体按成层条件划 分为多个区域，采用叠加原理和分离变量法给出各区域水头分布的级数形式解，根据各区域间连续条件和傅里叶级数正交 性求得成层土中基坑二维稳态渗流场水头分布的显式解析解。将解析解计算得到的水头分布、挡墙水压力与有限元软件计 算结果进行验证，并将解析解退化为单层土形式与半解析解进行对比，结果吻合较好，验证了解析解的正确性和有效性。 将解析解与考虑水土相互作用的水压计算方法和等效渗透系数方法进行对比，基于解析解进一步给出计算基坑内出逸比降、 挡墙水压力和抗突涌安全系数的计算公式，并结合工程案例分别采用解析方法和等效渗透系数方法对成层土中基坑的抗突 涌性能进行分析对比。研究结果表明：解析解在求解成层土中基坑渗流场时更贴合实际情况；考虑不同土层间渗透系数差 异时，水头在渗透性较差的土层中变化更快；上层土体渗透系数较小时，在土层分界面处发生突涌的风险比挡墙底部更 大；等效渗透系数方法在求解某些成层土基坑渗流场时误差较大。 

关键词：成层土；二维渗流场；解析解；正交性；抗突涌

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