DESIGN AND MODELING

Assessment of changes in hydrogeological conditions and their impact on the deformation behavior of building foundations during new construction in dense urban environments

Authors

  • Sergey E. Khokhlunov https://orcid.org/0009-0005-7641-7341 National Research Moscow State University of Civil Engineering, 26 Yaroslavskoye Shosse, Moscow, 129337
  • Vadim A. Slezkin National Research Moscow State University of Civil Engineering, 26 Yaroslavskoye Shosse, Moscow, 129337
  • Elizaveta P. Tumaeva National Research Moscow State University of Civil Engineering, 26 Yaroslavskoye Shosse, Moscow, 129337
  • Mikhail N. Kuznetsov National Research Moscow State University of Civil Engineering, 26 Yaroslavskoye Shosse, Moscow, 129337
  • Yaroslav R. Kulikovskiy National Research Moscow State University of Civil Engineering, 26 Yaroslavskoye Shosse, Moscow, 129337

How to cite

GOST Khokhlunov S. E., Slezkin V. A., Tumaeva E. P., Kuznetsov M. N., Kulikovskiy Y. R. Assessment of changes in hydrogeological conditions and their impact on the deformation behavior of building foundations during new construction in dense urban environments // STROITEL'NYE I DOROZHNYE MASHINY. 2026. Vol. 70. No. 3. P. 142-152.
APA Khokhlunov, S. E., Slezkin, V. A., Tumaeva, E. P., Kuznetsov, M. N. & Kulikovskiy, Y. R. (2026). Assessment of changes in hydrogeological conditions and their impact on the deformation behavior of building foundations during new construction in dense urban environments. STROITEL'NYE I DOROZHNYE MASHINY, 70(3), 142-152.

Abstract

In the context of intensified urban development in megacities, significant transformations of the hydrogeological regime of territories caused by the barrage effect of underground structures, water-retention systems, leaks from utilities, and changes in infiltration nutrition lead to complex changes in the stress-strain state of the soil foundations of existing buildings. An analysis of long-term monitoring of groundwater levels and foundation deformations in the central areas of a major Russian city demonstrates that the maximum fluctuations in piezometric levels occur not during active excavation, but with a delay of 3-7 months after the start of operation of the buried parts of new structures, which is due to the inertia of filtration processes in multi-layered aquifers. The established correlation between the depth of the pits and the amplitude of changes in the groundwater level, characterized by a determination coefficient of 0.847, indicates a nonlinear nature of the hydrogeological impact that significantly exceeds the predictions obtained from simplified analytical models. Comparison of the predicted and actual additional settlements of buildings located in the area affected by new construction reveals a systematic excess of the observed values over the calculated values by a factor of 1.3-1.7, while the contribution of the redistribution of effective stresses due to changes in pore pressure is 41-56% of the total settlement. The identified stages of the deformation process – primary elastic, secondary consolidation, and tertiary creep – demonstrate the duration of the secondary stage up to 14 months, which significantly differs from traditional concepts. The influence of the anisotropy of the filtration properties of soils (the ratio of horizontal and vertical permeability from 2.4 to 7.8) and the seasonal component of the hydrogeological regime, which leads to an increase in the amplitude of level fluctuations by 1.8-2.3 times in the barrage effect zone, is particularly significant. The use of calibrated numerical models that implement a coupled formulation of the joint filtration and deformation problem using nonlinear soil models reduces the discrepancy between predictions and field data to 8-12%, confirming the crucial role of hydrogeomechanical processes in the formation of uneven deformations, slopes, and relative differences in the settlements of historical buildings. The results obtained highlight the need to improve the regulatory framework and design practice in the direction of mandatory consideration of related hydro-mechanical effects when assessing the impact of new construction on existing buildings in dense urban environments, especially in historical centers, where the protection of architectural monuments requires increased accuracy in predicting geotechnical risks and the implementation of continuous automated monitoring systems.

Keywords

hydrogeological conditions barrage effect additional precipitation hydro-mechanical processes numerical modeling

References

Воронцов Е.А., Аранбаев Т.А. Специфика оценки изученности инженерно-геологических условий при обследовании грунтов оснований зданий и сооружений для разных этапов жизненного цикла строительных объектов // Сергеевские чтения. 2016. № 18. С. 727-730.

Гаврилов А.Н., Грязнова Е.М., Борчев К.С., Куркин Д.С. Мониторинг деформационного поведения зданий, попадающих в зону влияния нового строительства // Промышленное и гражданское строительство. 2007. № 4. С. 61-63.

Грязнова Е.М. Роль гидрогеологического прогноза в проектировании // БСТ: Бюллетень строительной техники. 2019. № 1(1013). С. 58-59.

Дзюбенко Л.Ф. Экологические аспекты влияния на водную среду гидромеханизированной добычи строительных материалов в водохранилищах равнинного типа // Труды Новосибирского государственного архитектурно-строительного университета (Сибстрин). 2000. Т. 3. № 3. С. 123-131.

Комаринский М.В., Булатов Г.Я. Совершенствование возведения грунтовых гидротехнических сооружений // Гидротехническое строительство. 1983. № 11. С. 24-27.

Костылев В.Ю. Анализ влияния грунтовых вод на эксплуатацию зданий и сооружений // Промышленность и сельское хозяйство. 2025. № 5(84). С. 19-23.

Курманов А.К., Аскаров Д.А. Влияние уровня подземных вод при строительстве и реконструкции зданий и соружений // Наука и техника Казахстана. 2017. № 1-2. С. 20-24.

Любимов А.В. Изменение гидроэкологических условий как причина утраты памятников архитектуры на примере Усолья // Химия. Экология. Урбанистика. 2023. Т. 2. С. 201-205.

Марчук А.Н. Некоторые уроки натурных наблюдений на высоких бетонных плотинах // Гидротехническое строительство. 2018. № 4. С. 2-12.

Мещерякова А.М., Ловцов А.Д. Влияние пониженных характеристик грунта на напряженно-деформированное состояние здания // Дальний Восток: проблемы развития архитектурно строительного комплекса. 2013. № 1. С. 201-205.

Певзнер А.А. Влияние внутренней динамики геологической среды населенных пунктов на строительные сооружения // Вестник Костромского государственного университета им. Н.А. Некрасова. 2006. Т. 12. № 4. С. 29-31.

Скибин Г.М., Кирнев А.Д. Анализ градостроительных и геотехнических задач при строительстве и реконструкции зданий в условиях плотной городской застройки // Известия высших учебных заведений. Северо-Кавказский регион. Технические науки. 2006. № S12. С. 205-208.

Шестакова Е.А. Возрастание влияния гидрогеологических условий и конструктивных особенностей зданий на их долговечность в условиях г. Перми // Современные проблемы науки и образования. 2015. № 2-3. С. 38.

Штенгелов Е.С., Чуйко Е.Э. Связь между режимом подземных вод и интенсивностью деформаций зданий на территории г. Одессы // Вісник Одеського національного університету. Географічні та геологічні науки. 2010. Т. 15. № 5. С. 97-104.

Шубин А.А. Исследования деформационного состояния гидроизоляционных сооружений в условиях нарастающих нагрузок // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2004. № 3. С. 230-233.

Issue

Section

DESIGN AND MODELING

Metrics

74 views
0 downloads
Want to publish with us?
Submit an article

Machine-readable metadata

Similar Articles

1 2 3 4 5 > >> 

You may also start an advanced similarity search for this article.