软土地区盾构施工对既有单桩工作性状的影响分区研究

为研究既有桩基位于拟建隧道周围不同位置时，隧道开挖对桩基产生的受力与变形规律，依托天津地铁3号线北站至铁东路站左线盾构区间项目，利用ABAQUS软件将隧道周围软土按照桩端径向、切向位置的不同划分为8个区，建立考虑软土修正剑桥本构关系的二维有限元模型，探讨隧道开挖后桩基分别处于设计荷载和极限荷载下的桩侧摩阻力和桩身位移变化规律，并建立隧道开挖对邻近单桩工作性状的影响分区。计算结果表明： 1）隧道开挖会使桩基近隧道侧产生负摩阻力，负摩阻力最大值随桩到隧道径向距离的减小而逐渐增大，随桩长的增大而逐渐增大； 2）隧道开挖会导致桩身极限侧摩阻力降低，当桩端位于隧道两侧分区时降幅较大，在10%~15%； 3）桩端分别位于隧道两侧、底部、顶部分区时，依次对桩身倾斜率、桩身挠曲变形和桩顶沉降的影响最显著； 4）提出能够对隧道开挖后既有单桩工作性状分区进行评价的指标，当桩端位于3区时，盾构隧道开挖造成单桩的综合影响程度最大，应加强施工监控措施。     

水泥搅拌桩复合地基非线性分析

通过研究水泥搅拌桩的荷载传递机理,分析了桩身实测变形曲线的形状,提出了桩侧摩阻力与桩身位移的非线性传递函数,建立了用双曲线模型描述桩侧摩阻力与桩周土局部剪切位移的非线性关系,从而得出了水泥搅拌桩复合地基桩顶沉降曲线函数。     

双线盾构隧道施工对近接桥梁桩基的影响研究

以山西太原地铁2号线双线盾构隧道近距离穿越高架桥桩基为研究对象，建立三维有限元模型，考虑土仓压力、盾壳与土层的摩擦力、注浆压力的影响，模拟盾构隧道开挖掘进过程，分析桩基变形规律。结果表明:双线盾构隧道开挖完后，近接桩基承台发生的竖向位移为-3.21 mm；桩基竖向位移和垂直隧道开挖方向的水平位移，主要发生在隧道开挖距桩前10 m和桩后10 m之间，沿隧道开挖方向的水平位移，主要发生在隧道开挖至距桩前20 m和桩后20 m之间；垂直隧道开挖方向的水平位移和沿隧道开挖方向的水平位移最大值均出现在隧道掘进通过桩基过程中，分别达9.47 mm和-11.92 mm，均出现在隧道中心高度处；在隧道掘进过程中需采取桩基保护措施。     

地铁盾构隧道邻域埋入式隔离桩力学性能研究

为研究地铁盾构隧道邻域埋入式隔离桩力学性能,以北京某典型地铁盾构隧道及邻域基坑工程为例,应用相似材料模型试验与数值模拟相结合的方法,研究埋入式隔离桩的支护体系地铁盾构隧道的变形特征及围土压力分布规律,并分析埋入式隔离桩、常规隔离桩和无隔离桩支护体系对既有隧道变形和围土压力的影响。研究结果表明： 侧方基坑开挖卸荷-加载过程中,水平位移远大于竖向位移,隧道整体在水平和竖向存在不均匀位移,判断盾构隧道有朝向基坑方向扭转的趋势;加入隔离桩的支护体系相比无埋入式隔离桩的支护体系能使盾构隧道水平位移有效减小,竖向位移发生轻微上浮,盾构隧道朝基坑方向的扭转趋势能得到有效控制;埋入式隔离桩和常规隔离桩的隔离效果基本相同,针对地铁隧道这样的地下结构,全长常规隔离桩桩身接近地表的部分对控制隧道变形没有太大帮助,在实际工程中可以采用埋入式隔离桩,减少桩身长度,降低施工成本;侧方基坑开挖卸荷-加载过程中,盾构隧道初始土压力呈“葫芦形”分布;基坑开挖卸荷和基坑加载完成过程中,隧道土压力轴向对称位置发生偏转,判断盾构隧道有朝向基坑方向扭转的趋势;埋入式隔离桩能起到与常规隔离桩相同的隔离效果,并能有效降低隧道周围土压力。     

路堤下水泥土桩复合地基荷载传递规律研究

考虑到路堤荷载下水泥土桩复合地基变形特性,假设了桩间土竖向变形模式,在此基础上,根据弹性力学基本原理,推导得到了水泥土桩复合地基桩身轴力与桩侧摩阻力的解析表达式。理论分析和有限元计算表明,路堤下复合地基桩身出现中性点,中性点以上产生负摩阻力;桩侧正、负摩阻力以及桩身轴力随桩体模量增加或土体模量减小而增加,随桩顶荷载增加而增加。理论计算结果与有限元计算结果比较一致。推导的桩身轴力与桩侧摩阻力解析表达式可为工程应用参考。     

超长异形深基坑施工对紧邻运营线路水平位移影响分析

以滨海快线福州火车站基坑工程为背景，对紧邻既有隧道水平位移的实测数据展开细致分析，并结合弹性地基梁理论，探讨超长异形深基坑分坑施工对紧邻既有隧道水平位移的影响规律。实测结果表明：随着基坑的开挖卸荷，既有隧道整体发生朝向基坑侧的水平位移，水平位移曲线呈现多峰形态，且各峰值均大致位于各分坑的中部。同时，受到既有隧道平面线形影响，分坑施工过程中，其水平位移曲线出现局部反弹效应。进一步地，将隧道简化为搁置于Winkler弹性地基梁上的Timoshenko梁，通过两阶段分析法计算既有隧道水平位移的近似理论解，与现场实测水平位移的变化规律基本吻合，但量值上略小于实测值。     

现浇X形桩复合地基负摩阻力特性有限元分析

为了研究现浇X形桩复合地基的工作机理,运用ABAQUS有限元软件建立了现浇X形桩复合地基桩侧负摩阻力特性三维数值计算模型,分析了相关影响因素,并对比分析了X形桩与圆形桩复合地基力学性能差异。研究结果表明:桩侧负摩阻力和中性点位置随着地基土的固结不断变化,并最终逐渐趋于各自的稳定值;桩侧摩阻力和桩身轴力的大小受竖向荷载、桩-土接触面性质的影响较大,而静止土压力系数对桩侧负摩阻力的影响较小;相同荷载作用下,垫层的弹性模量越大,或桩侧土的弹性模量越小,桩体分担的荷载越多。相同条件下,X形桩复合地基与等横截面积圆形桩相比桩侧负摩阻力较大,中性点位置相对较低,而复合地基的沉降则较小。     

模型试验模拟不同工况下基坑开挖对既有隧道的影响

为探讨基坑开挖过程对既有隧道内力及变形的影响,通过室内模型试验模拟三种工况下基坑的开挖对既有隧道截面弯矩、土压力、直径变化规律,同时对比分析了各工况下隧道的内力与变形特点。研究结果表明:基坑开挖引起既有隧道截面纵向弯矩变小,横向弯矩变大,导致既有隧道的横向直径拉长,纵向直径压短;基坑开挖过程中,既有隧道横向土压力减小,导致横向内径增大,纵向土压力有所增大,导致隧道截面纵向内径减小;基坑开挖过程中,隧道的深度越大,开挖影响隧道结构的弯矩与位移越小;隧道与基坑的水平间距越小,基坑开挖影响隧道的弯矩与位移变化越大。     

考虑土体非线性固结沉降的复合地基桩侧负摩阻力研究

基于Davis一维非线性固结理论,求得桩周土体固结沉降随时间和深度变化的计算公式;结合桩-土双曲线荷载传递模型,建立复合地基中桩体平衡方程的矩阵表达式,通过将矩阵方程组联立迭代求解,得到复合地基中桩侧摩阻力、桩身轴力及中性点位置.通过针对某工程实例的对比分析,验证了本文中所建理论计算方法的可靠性;继而探讨了地基土固结度、桩周土体初始体积压缩系数、桩端土体压缩模量及桩-土应力比对桩侧负摩阻力和中性点位置的影响.研究结果表明:所建立的考虑土体非线性固结沉降的桩侧负摩阻力计算模型可以有效、准确地反映复合地基中基桩负摩阻力和中性点位置随地基土固结时间的变化规律;桩周土体初始体积压缩系数对桩侧摩阻力影响显著,桩端土体压缩模量对中性点位置影响显著;桩身下拽力、中性点深度随着桩-土应力比的增大而减小.     

竖向重复加卸载下倾斜桩复合地基变形规律试验（双语出版）

施工不当或者侧向堆载、开挖常常导致桩身倾斜，扶正难度较大，且目前对倾斜桩复合地基的变形性状缺乏相关研究，其可能导致新的工程病害，基于此，设计模型箱和加载装置，对竖向重复加卸载下倾斜桩复合地基变形规律开展试验研究。结果表明：循环加载过程中，倾斜桩顶及其复合地基沉降和侧移均随荷载增大而增大，其增长率随荷载增大而增大、随加载次数增大而减小；卸载过程中，卸载初期的倾斜桩顶及其复合地基沉降和侧移变化不明显，最后1～2级低压力时才出现弹性变形；相同荷载作用下，桩顶沉降量随倾斜角增加而增大，倾斜桩存在“沉降临界倾斜角”（试验前3次加卸载循环其值为6°），随土体密实度提高而降低，倾斜角小于该临界值时，倾斜对桩的沉降影响不大，反之，桩顶沉降量随倾斜角增加而快速增大；倾斜桩存在“侧移临界倾斜角”（试验为9°），为侧移峰值对应倾斜角；倾斜角度小于该临界值时，桩顶侧移随倾斜角增大而增大，反之，桩顶侧移随倾斜角增大而减小，“侧移临界倾斜角”大于“沉降临界倾斜角”；相同荷载作用下，倾斜桩复合地基的沉降大于倾斜桩沉降，而侧移比倾斜角6°桩大，比倾斜角12°桩小，桩身倾斜时，倾斜桩与复合地基的侧移量远比其沉降量小，但是侧移比沉降更为敏感。工程中，应尽量减少桩身倾斜，降低倾斜桩及其复合地基的沉降量和侧移量。     

流固耦合作用下浅埋近接双线盾构隧道开挖扰动分析

依托广佛环线沙堤盾构隧道工程,通过FLAC3D软件的流固耦合模块,分析了富水地层浅埋近接双线盾构隧道开挖的应力场、渗流场和位移场的扰动行为。研究结果表明:屈服接近度可以作为从应力状态角度分析隧道开挖扰动行为的定量指标;随着横向净距的增大,左、右线隧道开挖对地层渗流场的扰动趋向于单线隧道开挖对渗流场的扰动特征,隧道施工引起的地表沉降槽曲线逐渐由深“V型”趋向于“W型”分布;当横向净距大于1.5 D时,左、右线隧道开挖引起地层扰动的叠加效应较小。     

路堤下复合地基桩土应力比计算方法研究

通过深入研究复合地基桩土界面摩阻力发挥机制,将桩侧摩阻力分为塑性区与弹性区,并假设了其折线形分布模式,根据中性点、桩土界面屈服点以及桩端处的桩土相对位移条件,建立了桩土相互作用的控制代数方程组,同时引入"等沉面模型"考虑路堤土拱效应,根据路堤与桩土加固区的变形协调,最终建立了路堤荷载复合地基桩土应力比计算方法,并编制了相应的计算程序。最后采用某工程实例对本文方法进行了验证,计算结果与实测值较为接近,表明了方法的合理性。     

对桩尖位移等值法的改进

在承受竖向荷载时,单桩承受桩端阻力和桩侧摩阻力。通过计算桩的荷载传递曲线,可得出桩侧摩阻力以及桩的轴力随单桩深度的变化关系,以及求解不同荷载对桩端阻力和桩侧摩阻力的影响。通过Excel以及VBA内嵌Excel编程对曹汉志提出的桩尖位移等值法进行探讨,经计算发现:只有桩的某一段,轴力、摩阻力、位移可以得到合理的结果,而其余桩段部分,结果与实际不相符合。探讨了计算结果不合理的原因,并对其方法进行改进,经检算,计算结果更符合工程实际。     

现浇X形桩复合地基桩土应力比及负摩阻力现场试验

结合南京市桥北污水处理厂软基处理工程,开展了现浇X形桩(简称X形桩)单桩及单桩复合地基竖向承载力特性现场试验,测得了荷载-沉降曲线、桩土应力比、桩身轴力以及桩侧负摩阻力等分布规律,分析了不同桩间距与荷载等级下复合地基中桩土协调相互作用和荷载分担比;并进行了同等条件下等混凝土用量圆形桩竖向承载力特性试验和分析。结果表明:复合地基中X形桩桩侧负摩阻力主要发生在0.27倍桩长以上;同等条件下,桩侧负摩阻力最大值约为其正摩阻力最大值的60%;X形桩复合地基桩土荷载分担比较普通圆形桩复合地基桩土荷载分担比更合理,承载力也更高。     

隔离桩对双线盾构近距离侧穿高铁桥梁桩基的变形控制分析

以武汉市轨道交通7号线某盾构区间下穿沪蓉汉高铁桥梁桩基为背景,使用FLAC 3D数值模拟软件建立了双线盾构近距离侧穿高铁桥梁桩基的数值模型,分析了隔离桩对高架桥下地层及桥桩变形的控制效果。研究结果表明:隔离桩可有效隔断土层破裂面的发展方向并减小影响规模,对地表沉降具有良好的控制作用;当桥墩处在双线隧道单侧时,双线隧道开挖对桥桩变形产生的叠加效应是同向的;当桥墩处在双线隧道中间时,叠加效应是反向的,桥桩首先向先施工隧道方向位移,然后向后施工隧道方向位移,设置隔离桩可大幅减少双线隧道开挖对桥桩所造成的叠加效应的影响。     

考虑径向位移时柔性桩荷载传递机理研究

基于李海芳竖向位移模式,考虑桩体径向位移,根据轴对称弹性理论,分析柔性桩的荷载传递。根据桩侧摩阻力条件,导出有效桩长的计算式,进而获得桩身应力、桩侧摩阻力的计算式。通过对比分析,验证计算式的合理性,并对相关参数的影响进行了分析。     

考虑桩顶刺入变形的刚性桩复合地基桩土应力比计算

对荷载作用下刚性桩复合地基的变形特性进行了分析.在此基础上探讨了桩侧摩阻力与桩土相对变形的关系,进而根据桩-土-垫层变形协调条件,基于荷载传递法,引入"等沉面"概念,假定桩与桩间土均是理想线弹性体,等沉面上、下桩侧负、正摩阻力均沿桩长均匀分布,导得了刚性桩复合地基桩土应力比计算新公式,该公式综合考虑了桩侧正、负摩阻力,桩体上、下刺入变形以及桩径,桩长和土层性质等影响因素.最后应用所得公式对一个群桩复合地基试验的桩土应力比进行了计算,结果表明,当桩侧摩阻力充分发挥时,计算结果和试验结果较为接近.     

浅埋盾构隧道近接桩基础渗流应力耦合安全性分析

对于岩土结构,水流的渗流作用往往会造成结构受力发生变化,进而引起变形。如水域中的桥梁桩基础在盾构隧道近距离侧穿施工时,地层的扰动会对群桩基础及上部结构产生不利影响。为研究渗流作用下盾构隧道侧穿桥梁基础施工的安全性问题,以某市穿越河流施工的地铁盾构隧道为对象应用有效应力原理,借助数值仿真法建立水域三维动态盾构隧道施工有限元计算模型。结果表明,浅埋盾构隧道推进过程中会使影响范围内的土体产生部分地层隆起。开挖完成后,桥面中部沉降位移较大,双线开挖最终沉降位移沿横桥向轴线对称分布。桩身纵向位移受影响最显著的是距盾构轴线2 D横向范围内,及沿桩身埋深变化的1. 5 D深度范围内区域。桩身横向位移整体呈大头型"S"分布,浅埋层桩身横向位移显著大于深埋层桩身横向位移; 15 m深度以上范围内的桩身横向位移在左线和右线开挖后的增加量约为1∶1。沿桥梁纵向延伸,桩身的竖向沉降呈现中部大于两端,即"中间大两端小"的分布形式。     

施工过程对软弱围岩隧道空间效应的影响分析

为了研究在软弱围岩隧道三台阶开挖过程中,施工工序对围岩变形、应力的空间效应影响,以某软弱围岩双线铁路隧道为例,通过数值模拟,分析隧道周边围岩的变形和应力的空间变化过程,并将计算结果与现场监测数据进行对比验证。结果表明： 先行最大拱顶沉降和先行最大收敛位移分别达到总位移的53.3%和67.28%;上、中台阶的开挖对拱顶和起拱线处围岩应力的变化影响巨大;锁脚旋喷桩与围岩之间的压力变化受上、中台阶开挖的影响较大,且待开挖台阶土对隧道周边产生外撑力,能对接触压力有一定影响。     

斜向双线隧道近距离开挖诱发土体位移研究

为研究斜向双线隧道近距离开挖对周围土工环境的影响,依托上海市轨道交通11号线徐家汇站-上海体育馆站区间隧道盾构开挖工程,基于Mohr-Coulomb弹塑性土体模型,采用有限元数值计算软件,模拟斜向双线隧道盾构施工相互影响工况。以隧道相对位置为变量,对隧道施工引起的周边地层变形进行模拟,分析双线隧道斜向3种工况下隧道施工对周围土体变形的影响,得到以下结论： 1）地表沉降曲线在双线隧道水平距离较小时,主要呈单峰状态,且两隧道竖直距离越大,单峰效果越明显; 随着其水平距离增大,逐渐出现双峰效果。2）埋深较浅的隧道施工对地表沉降的影响较大,且隧道中心线以上的土体受扰动程度较大。3）3种斜向工况均在土体表面及较浅隧道附近出现较大的水平位移。