基坑降水引起地面沉降的机理分析

通常情况下,土是由固体(土颗粒等)、液体(水)和气体组成的三相体系,土体在外部压力作用下体积缩小,这样的特性称为土的压缩性。土的压缩性通常分为:①土的固体颗粒被压缩;②土中的水和气体被压缩;③水和气体从空隙中排出,土体产生压缩。实验表明,固体颗粒和水的压缩是微不足道的。因此,土体的压缩主要是孔隙中的水和空气被排出,土颗粒发生相对位移、重新排列、挤密而引起土体压缩变形。这个过程也就是土体的排水固结过程。

根据有效应力原理,土体所受到的总应力为有效应力与孔隙水压力之和。孔隙水压力作用于颗粒上各个方向是相等的,它只能使土颗粒发生压缩(实际上可忽略不计)而不能使其产生移动。因此,不会使土体产生压缩变形。只有在土颗粒之间传递的有效应力才能使其发生移动,从而使土体产生压缩变形。

基坑降水的过程就是地下水位下降、降水影响范围内土层的孔隙水压力逐渐消散过程。根据有效应力原理,在总应力不变的情况下,消散的孔隙水压力会转变为有效应力增量,使得土层中原有的应力平衡被打破,造成土颗粒的重新排列、压密,引起新的地面沉降。

由于基坑降水的特点,基坑周围类似一个大口井,抽水过程中的地下水等水位线围绕基坑形成降落漏斗,易引起地面建筑物形成不均匀沉降,造成地面建筑物的损坏。