列车荷载作用下深厚饱和软土盾构隧道沉降分析

软土地层盾构隧道运营期沉降一直是工程界关注的重点问题。结合工程实例,采用不排水循环累积变形理论、循环三轴试验参数和简化动力有限元及分层总和法,分析深厚软土地层盾构隧道在运营期列车荷载作用下沉降响应。分析成果表明,隧道埋深越浅、隧底软土地层越厚,则运营期沉降越大;就沉降速率来看,隧道在运营期最大沉降速率将在隧道运营后的初期出现,且地层越差,沉降量越大,沉降速率越小,沉降稳定时间越长;采取一定沉降控制措施后,深厚软土地层盾构隧道在运营期列车循环荷载作用下的沉降是可控的。针对本项目的特点,结合分析成果,合理确定深厚软土地层盾构隧道沉降控制措施。     

考虑纵向施工的深埋软岩隧道黏弹-塑性时效解析

软岩通常具有较强的蠕变性,深部软岩隧道的围岩收敛和支护受力往往表现出明显的时效特性。因此,考虑隧道掌子面推进的同时,运用流变理论对深部软岩隧道的围岩应力变形时效规律进行分析具有重要意义。研究针对深埋软岩中圆形隧道的纵向开挖过程,同时考虑掌子面推进引起的应力释放效应和围岩自身的蠕变性,推导出隧道纵向施工中围岩应力变形的黏弹-塑性时效解。解答中假定围岩服从Burgers-MC黏弹-塑性模型(CVISC),隧道纵向为连续不间断开挖。基于所提出的理论解,对新疆特克斯软岩隧道开挖过程中的围岩变形应力进行了初步预测和分析;同时,通过对比FLAC数值模拟结果和现场监测数据,验证了解答的正确性和可靠性。进一步,基于解答深入研究深部黏弹-塑性软岩中隧道围岩的应力、变形及黏塑性区域随时间和开挖过程的演化规律。研究结果表明：黏弹性区和黏塑性区边界上应力是定值,与黏塑性区大小无关;在隧道开挖阶段,应力释放引起的围岩位移占主要成分,后期应力释放完成后,围岩蠕变变形占主要部分。本解答为深埋软岩隧道施工过程中的围岩收敛变形和应力预测提供了理论方法。     

散体道床流变力学特性的研究

针对铁路散体道床在轨道平面中存在的特性，通过系统地实验研究和理论分析，提示道床的弹、粘、塑性等流变力学性质，建立合理的道床流变理论模型的本构关系，为进一步探讨无缝线路的受力变形特性打下基础。     

错缝拼装盾构管片的收敛变形研究

地铁隧道的收敛变形是影响地铁正常运营的重要因素,地铁保护区内工程施工造成的堆载、卸载、基坑降水等工况会导致地铁隧道收敛变形发生极大变化。为分析错缝拼装盾构管片的收敛变形规律,首先,设计和实施了三环足尺试验,发现管片在试验工况下呈"横鸭蛋"式变形,中环横向收敛变形存在进入塑性阶段的关键点,原因是纵缝螺栓屈服;然后,利用通用有限元软件ABAQUS建立三维有限元模型,经试验数据对比验证后,用该模型探究拼装方式对管片收敛变形的影响规律,发现在试验前后环拼装方式下,封顶块位于底部时横向收敛变形较小;环间错缝效应越强,收敛变形越小。     

防波堤抛石挤淤沉降数值计算方法研究

引用非定常西原黏弹塑性流变模型表达淤泥质软黏土的本构关系;结合模拟退火全局优化算法理念,基于MATLAB和ABAQUS交互软件平台,开发模拟退火法与有限元耦合反演程序,以获得模型计算参数;最后进行抛石挤淤后防波堤基础下卧淤泥质软黏土的变形数值计算分析。结果表明,非定常西原黏弹塑性流变模型适宜于表达淤泥质软黏土的本构关系;模拟退火全局优化算法与有限元耦合反演模型计算参数的效果好,适用于沉降数值计算分析。本文为抛石挤淤后防波堤基础沉降预测和控制提供了数值计算方法参考。     

三联隧道凝灰岩流变试验及其本构模型研究

基于三联隧道凝灰岩地层段大变形问题,利用室内蠕变试验方法,研究凝灰岩的流变特性。采用非线性拟合方法,比较分析H-K流变模型拟合值、Burgers流变模型拟合值与试验数据的关系,研究凝灰岩的蠕变变形特征、长期强度。研究结果表明:凝灰岩蠕变变形随时间趋于稳定,属于稳定蠕变。结合蠕变试验结果,数值模拟三联隧道凝灰岩地层段围岩的流变特性,验证了凝灰岩H-K流变模型的适用性。综合以上,H-K模型能够描述三联隧道凝灰岩的流变特征,且凝灰岩长期强度为瞬时强度的0.61倍。该成果对于三联隧道凝灰岩地层段隧道支护的优化调整,以及隧道结构长期稳定评价具有参考价值。     

饱和软黏土循环累积孔压模型及地铁隧道路基长期沉降计算

不同围压和固结方式下,在进行上海地区第4层饱和软黏土不排水循环三轴试验及累积孔压影响因素分析基础上,引入修正动偏应力水平,建立循环累积孔压显式模型;并利用循环三轴试验结果验证模型合理性。提出交通荷载作用下软土地基长期运营沉降分析方法,并应用于上海地铁隧道路基长期沉降预测。该方法采用拟静力有限元计算循环累积塑性变形和孔压显式模型相结合的方式,所需计算参数易于确定;对其他循环荷载作用下软土地基长期沉降预测有借鉴作用。     

列车荷载长期作用下隧道地基固结变形的数值分析

研究目的:分析地基在不同加载次数下的动力反应和沉降规律.数值分析方法中建立三维有限元模型,采用与不平顺管理标准相应的激振力来模拟列车动荷载,采用摩尔-库仑塑性本构模型描述地基土体的受力特性.研究结论:在列车初次运行期间内,地面沿轴向的差异沉降较大,沉降变化是不稳定的;隧道衬砌底部、顶部沉降的变化趋势一致.随着埋深的减少,地基沉降逐渐增加.多次加载过程中,隧道中部的沉降较大并向两端减少;随着运行次数的增多,隧道中部沉降的增加趋势逐渐减弱但其长期累积作用不可忽视;因此,对于长期列车动载作用下地基的变形问题而言,采用塑性本构模型可以合理反应地基土变形的长期累积性.     

地铁隧道下卧土体动力特性模型试验研究

研究目的:地铁车辆动荷载的长期作用会使隧道产生不同程度的沉降,对其运营稳定性产生不利的影响,对于饱和软土地层条件,隧道的沉降更为明显。开展动荷载作用下地铁隧道下卧土体的动力稳定性研究,有助于正确认识地铁运营荷载对周围土体的影响,并为隧道周围土体的加固提供依据。研究结论:通过分析盾构隧道的运营受力特征,设计了物理模拟试验系统,对地铁盾构隧道下卧粉质黏土的动力特性进行了研究,分析了不同荷载幅值、不同频率条件下隧道下卧粉质黏土的动力响应特性,并对动荷载作用下隧道的沉降特征进行了分析。试验结果表明,盾构隧道下卧粉质黏土在动荷载的作用下,土体的动力响应随距离的增加而衰减,且距离隧道越近衰减趋势越明显。动荷载峰值越大,隧道沉降越大;荷载峰值相同、振动次数一定时,荷载振动频率越低,隧道的竖向沉降越大。     

土压盾构浅覆土近距离上跨既有隧道施工技术

土压平衡盾构以其较为宽广的地层适应性及良好的施工安全性,在下穿上跨的叠合隧道中得到良好应用。以济南地铁2号线出入场线盾构上跨开源路站—烈士陵园站区间既有隧道施工为例,采用Midas GTS NX对盾构上跨既有隧道进行数值模拟,各地层采用摩尔-库仑本构三维实体单元模拟,盾构管片采用弹性本构二维板单元进行模拟。研究盾构浅覆土近距离上跨既有隧道的变形规律,针对性制定盾构掘进、监测方案,重点关注既有隧道变形量。研究表明,既有隧道在未加固的条件下,地层承载力满足隧道变形控制要求,施工监测数据与模拟数据吻合。     

深厚软土地区盾构管片上浮特性数值分析

深厚软土地区盾构管片上浮是较为普遍的现象,对盾构过程和周围环境安全影响较大。结合福州某地铁盾构工程,考虑地层损失和软土扰动影响,建立了深厚软土地区盾构过程中管片上浮的数值模拟方法,并利用实测数据对该模型进行验证。利用已验证的数值模拟方法分析了同步等效注浆压力、注浆量、浆液压缩模量、土仓压力和隧道埋深等对盾构参数对管片上浮量和上浮规律的影响,并建立了管片上浮量的经验计算公式。研究表明数值模拟结果与实测值吻合度较高,能够较真实反映盾构管片的上浮特性;随着注浆压力、土仓压力、注浆量、浆液模量的增大,管片上浮量增大;随着埋深的增加,管片上浮量降低。     

软土地层盾构隧道长期沉降规律及预测研究

研究目的:模型试验是研究隧道工程问题的一个重要手段,为分析软土地层隧道长期沉降的主要原因,本文以宁波地铁1号线一期工程为研究背景,在考虑其地质及工程条件的同时,采用离心模型试验模拟淤泥质黏土和砂土的长期沉降,同时考虑隧道下卧层土层含水率变化、盾构管片不渗漏水和渗漏水对盾构隧道长期沉降的影响。研究结论:(1)盾构隧道下卧层含水率对工后地层沉降影响很大,土层含水量不同,隧道的长期变形可表现为上浮或下沉;(2)处于淤泥质黏土层中的隧道后续沉降不易稳定,砂土有漏水时,隧道的长期变形主要表现为沉降,且沉降稳定的时间较快;(3)利用对数曲线模型推求的沉降预测值与离心模型试验所得的工后沉降值进行对比,两者沉降值基本一致,对数曲线预测模型可为实际工程建设提供技术参考。     

黄土地层盾构下穿既有地铁隧道施工参数及变形控制试验研究

结合西安地铁5号线南稍门站—文艺路站盾构区间下穿地铁2号线施工实践,对盾构下穿既有运营隧道施工过程中隧道变形控制进行试验研究。通过现场施工试验及现场监测,研究分析既有隧道变形规律,提出盾构掘进施工参数动态取值范围和既有隧道变形控制技术措施,从而保证地铁2号线正常运营。     

盾构隧道开挖过程中溶洞对围岩变形影响的数值模拟

针对大连地铁5号线某岩溶强烈发育区段盾构隧道开挖,运用ABAQUS软件建立三维数值计算模型,分析盾构掘进过程中不同方位的溶洞对隧道围岩变形的影响规律,结果表明:溶洞的存在对隧道围岩变形影响显著,隧道围岩有向溶洞存在方位倾斜的趋势;隧道开挖完成后,塑性区隧道与上部、侧部溶洞围岩未贯穿,下部溶洞产生贯穿塑性区,为掘进过程中的最危险部位。     

第三系粉质黏土地层隧道围岩大变形分析及控制研究

大西客运专线第三系粉质黏土地层乔家山隧道区段在建造初期曾出现喷射混凝土压溃、钢拱架扭曲和仰拱填充层开裂等问题。物相、微观结构分析及现场直剪流变试验表明第三系粉质黏土具有流变特性。本文采用Burgers流变模型模拟该地层力学行为并基于现场直剪流变试验反演获取流变模型参数,运用FLAC程序建立数值模型对隧道围岩大变形进行分析,结果表明围岩流变特性是造成大变形的主因。考虑地层流变性对隧道受力的影响,提出适当加大支护刚度和增大预留变形量的优化方案。数值计算和现场实测均表明优化方案使二次衬砌结构安全得到保证,隧道可顺利通过该地层。     

软土地区河道开挖对下方地铁隧道变形的影响及其控制措施

[目的]地铁盾构隧道因上方河道开挖卸荷产生隆起变形,可能会影响地铁隧道的正常运行。为此,应就软土地区河道开挖工程对下方地铁隧道的变形影响进行研究,并制定地铁隧道变形控制措施。[方法]介绍了案例工程的概况,采用有限元方法对其实测数据进行分析,验证了土体本构模型及参数的合理性。基于具有典型软土特征的宁波地区地层剖面和土层参数,建立了土体简化模型,依次分析了河道开挖宽度变化对下方地铁隧道变形的影响、河道开挖深度变化对下方地铁隧道变形的影响、软土层埋深对地铁隧道变形的影响。介绍了门架式土体加固措施及门架式梁板加固措施两种变形控制措施,将考虑了控制变形措施的计算模型与基准模型的有限元计算结果进行了比较分析。[结果及结论]在土体加固和河道开挖阶段,下方地铁隧道变形分别表现为沉降和隆起;河道开挖断面面积相同时,减小河道的开挖深度、增加河道开挖宽度,有利于减少下方地铁隧道变形;地铁隧道竖向位移主要由其下方土体回弹变形产生;门架式梁板加固措施对于地铁隧道隆起变形的控制效果明显。     

基于模拟退火算法的地铁盾构隧道长期沉降预测

软土地区的地铁盾构隧道沉降的影响因素复杂,且不同的因素会对隧道结构内力、变形、接头伸缩等造成影响,导致沉降预测困难。在对杭州地铁1号线某区间沉降实测数据分析的基础上,采用基于Monte-carlo迭代求解模拟退火算法,对逻辑斯蒂曲线模型进行求解,并综合考虑各因素对沉降影响的整体效果,建立地铁盾构隧道长期沉降预测模型。根据实测同预测数据的对比研究分析,本计算求解方法不仅可行,而且与实际量测数据吻合较好。     

考虑地层应变软化的盾构下穿密集建筑物沉降分析

针对砂质地层中盾构连续下穿密集建筑物变形问题,考虑应变软化效应,依托南宁地铁5号线五一立交站—新秀公园站区间隧道工程,通过ABAQUS的VUMAT用户接口编程实现基于摩尔-库伦的应变软化本构模型,采用数值计算分析盾构连续下穿密集建筑物的地表变形及建筑物不均匀沉降规律.结果表明:应变软化本构模型能较真实地反映砂质地层的变...     

杭州地铁1号线越江隧道累积沉降研究

列车荷载作用下软土地区盾构隧道的长期沉降问题不容忽视。针对杭州地铁1号线越江隧道工程,基于经验拟合的理论计算公式,并结合动三轴试验、有限元分析等手段,计算分析隧道下卧土层的不排水循环累积塑性变形和累积孔压消散引起的固结变形;采用分层总和法对隧道的车载累积沉降进行计算,分析得到隧道的长期沉降规律,以期为隧道的长期沉降控制提供指导。     

考虑颗粒破碎的高铁路基粗粒土填料循环压密本构模型

基于临界状态土力学基本原理,针对高铁路基粗粒土填料长期承受列车振动荷载特点,推导颗粒破碎与塑性功双曲线型经验关系式;考虑循环振次和应力比的影响,提出循环荷载作用高铁路基粗粒土填料颗粒破碎修正函数;依据经典塑性力学理论,修正得到能够考虑颗粒破碎的高铁路基粗粒土填料剪胀方程,进而建立循环荷载作用下半经验半理论的高铁路基粗粒土填料循环压密本构模型。采用向后欧拉法对本构方程进行离散,建立"弹性预测—塑性修正"数值算法,并进行程序二次开发,实现对循环压密模型的求解。通过与室内高铁路基粗粒土填料循环荷载三轴试验结果的对比,验证所建循环压密模型的准确性和适用性。该模型能够准确预测高速列车长期反复荷载作用下路基粗粒土填料的累积变形特性,且能够考虑颗粒破碎和应力比的影响,可用于计算分析高铁路基结构的应力和变形演化规律。