近日,我校博士毕业生崔振东的学位论文《软土地区密集高层建筑群引起地面沉降研究》获得全国优秀博士学位论文提名奖。“把目光瞄准政府和市民都关心的问题,立志找出规律 和对策是小崔这篇论文的出发点。”他的导师唐益群告诉记者。
众所周知,地面沉降是世界各地城市所面临的共性课题,随着高层建筑的不断增多,人为诱发的地面沉降有加速的趋势。据统计,目前世界上已有150多个国家和地区发生地面沉降,包括美国、日本、墨西哥、意大利、泰国、英国、俄罗斯、越南、德国、印度尼西亚、南非等,无论发达与否。上海自二十世纪二十年代初发现沉降以来至1965年,市区地面平均下沉1.76米,最大沉降量达2.63米,这主要是由于不合理开采地下水所致。随着采取压缩地下水开采量、调整地下水开采层次及人工回灌等措施的实施,地面沉降得到的有效控制。但1990 年以后,随着大规模建设的展开,上海的地面又呈现加速沉降趋势,尤其是1991-1996年间,中心城区累计平均沉降61.2毫米,年均沉降达10.2毫米,以高楼为诱因的工程环境效应已经成为地面沉降的主要影响因素。
必须弄清沉降规律并找出相应的对策。2005年,考入同济大学的崔振东跟随导师唐益群开始了这项研究。崔振东告诉记者,当时恰逢学校正在紧锣密鼓筹建复合型岩土离心试验机,“TLJ-150复合型岩土离心试验机包含的三大系统(离心机主机系统、机械手系统、振动台系统)配置完整、功能齐全,是当时国内高校系统规模最大、功能最多、性能先进、技术领先的复合型岩土试验离心机系统,为我们的试验提供了得天独厚的条件。”有了先进的设备,崔振东将目光锁定上海密集高层建筑群区。
数年里,崔振东通过不断地试验模拟、数值计算、模型测试发现,密集高层建筑群造成的区域性地面沉降特点是:距离建筑物中心一倍基础宽度范围内的地面沉降大于建筑物本身的沉降,尤以相邻建筑物之间区域中心地表的沉降量最大;高层建筑群区域中心的沉降最大,且之间存在明显的沉降叠加效应,距建筑物中心两倍基础宽度处的沉降值约为建筑物本身沉降的30%;密集高层建筑群对地面沉降的影响与建筑物的施工顺序有关,距离先建建筑物近的点的沉降大于距离后建建筑物近的点,对荷重相差不大的相邻建筑物来讲,先建建筑物的沉降大于后建建筑物的沉降等等。
如何预测并减缓、制止沉降?崔振东在两年多的时间内通过现场实测、室内一般模型试验、离心模型试验、环境扫描电镜试验、压汞试验、GM(1,1)模型和自适应神经模糊推理系统等开展研究,较好地模拟密集高层建筑群的先后施工过程对沉降的叠加效应,提出预测土层沉降的曲线函数。
“作为博士论文,这篇文章首次利用岩土离心机对上海软土地区密集高层建筑群引起的地面沉降进行模拟,研究了密集高层建筑群地面沉降的机理及特点。文章提出离心模型试验土体比降概念,成为分析软土地区宏观地面沉降与土体微观结构研究的纽带。”唐益群评价说。