[01243246]基坑降水中MAMA组合地层的沉降机制与帷幕-井群控沉体系

本研究来源于国家自然科学基金、上海市科委课题以及上海市青浦区-同济大学合作研究课题。

随着我国城市化进程和地下空间开发的快速发展，密集建筑区基坑降水及其导致的周边地面沉降成为亟待解决的问题，针对对多含水层-多隔水层（Multi-aquifer and multi-aquitard，简写为MAMA）组合地层分布区基坑降水沉降机制展开研究，利用帷幕-井群体系对基坑降水引发的地面沉降问题实施控制，具有重要的理论意义和实用价值。

本研究属于工程地质/水文地质/岩土工程领域，针对MAMA在基坑降水中的沉降特性以及帷幕-井群控沉体系展开研究，具体包括：

（1）滨海地区MAMA特征分析及沉降控制分区。MAMA在我国滨海地区广泛分布，由多个含水层和多个隔水层组成内部具有一定水力联系的巨厚含水层系统。在基坑降水中，在止水帷幕没有将降水目标含水层隔断时，基坑内的降水引发的基坑外降深将在MAMA系统内部产生多层越流、变形协调，引发地面的沉降。以上海市为示范对象，对基坑降水引发地面沉降的MAMA进行分区，不同的分区代表着不同的含水层与隔水层组合。

本研究属于工程地质/水文地质/岩土工程领域。

MAMA是多含水层-多隔水层组合地层（Multi-aquifer and multi-aquitard）的英文缩写，本研究针对MAMA在基坑降水中的沉降特性以及帷幕-井群控沉体系展开研究，具体包括：

（1）滨海地区MAMA特征分析及沉降控制分区 MAMA在我国滨海地区广泛分布，由多个含水层和多个隔水层组成内部具有一定水力联系的巨厚含水层系统在基坑降水中，在止水帷幕没有将降水目标含水层隔断时，基坑内的降水引发的基坑外降深将在MAMA系统内部产生多层越流、变形协调，引发地面的沉降。以上海市为示范对象，对基坑降水引发地面沉降的MAMA进行分区，不同的分区代表着不同的含水层与隔水层组合。

（2） MAMA沉降机制与分层沉降分叉与逆回弹 针对MAMA沉降机制进行模型试验和离心试验研究。利用模型试验和离心模型针对MAMA再现了分层沉降分叉和逆回弹现象，分析和论证了该现象存在的客观性，并利用三维数值模拟再现了该过程。为MAMA地层沉降控制提供了新的依据。

（3） MAMA沉降中基坑降水应力路径分析

基坑降水过程中，可能在现场实施多期抽水试验，在分层开挖过程中会实施多期分层降水，从而对MAMA产生多期扰动基坑降水中不同的抽灌方式产生不同的应力路径，不同的应力路径可能在MAMA中产生不同的沉降效果。针对基坑降水引发MAMA沉降的应力路径开展大量的应力路径三轴试验和三轴蠕变试验，利用模拟基坑降水应力路径的三轴试验，模拟土样的变形响应。

（4）MAMA沉降控沉的帷幕-井群体系及其示范与应用

MAMA沉降不仅涉及到降水目标含水层，还和邻近的越流含水层和含水层密切相关。三轴应力路径试验表明，在充分排水的条件下，MAMA地面沉降最大点并不在地面，而在地下目标含水层顶板处，在考虑越流和随动变形协调的情况下，降水含水层顶、底的弱透水地层（软土）产生的沉降大于降水含水层，而且和帷幕条件下的抽水井群-回灌井群工作顺序（应力路径）密切相关。针对MAMA降水中不同应力路径下沉降控制问题，建立帷幕-井群体系来控制基坑降水引发的地面沉降。利用建立的帷幕-井群体系，结合MAMA沉降时空特性，进而通过控制抽灌顺序实现基坑内的高效降水及坑外地面沉降的控制。

（5）MAMA控沉集成智能软件（I2CAD）的开发。设计开发了用于MAMA降水及环境评价的I2CAD/E设计软件包括辅助计算模块CAC、辅助勘察CAI模块、辅助设计CAD模块、辅助工程CAE1模块、辅助环境评估模块CAE2。

以Visual C++为开发平台，在智能设计中引用了BP神经网络、ANFIS神经网络以及Elman神经网络，选用MFC类库和ADO数据接口技术开发了智能降水设计软件。

随着城市地下空间开发的飞速发展，深基坑工程降水已成为控制沉降的关键环节，本成果推广应用于MAMA组合地层基坑降水沉降机制分析与沉降控制，取得了良好的经济效益和社会效益。