盾构推进过程中刀盘前方土体变形与应力特征研究

盾构法是城市地铁隧道施工的主要工法之一。盾构推进过程中不可避免地引起掌子面土体扰动,进而对盾构前方土体的稳定性产生较大影响,而目前对于盾构推进引起前方土体的位移与应力的研究较少。利用Mindlin解,基于盾构受力特点建立力学模型,推导掌子面前方地层变形与应力计算公式,并将工程实测值与理论计算值进行对比分析,得出盾构推进引起土体位移和应力的影响范围及影响程度。结果表明,掌子面前方土体变形主要受盾壳与土体之间的摩擦力影响,正面推力附加应力引起的变形较小,盾构推进对前方土体的应力主要由摩擦力引起。研究结果可为盾构现场施工控制提供理论和计算依据。     

砂卵石地层盾构始发与到达端头土体加固范围研究

基于板块强度理论,结合砂卵石地层的受力特点,将盾构始发与到达端头土体加固的力学计算模型简化为四边简支的矩形薄板,根据弹性力学中矩形薄板的莱维解,运用最大剪应力和最大拉应力原理,分析得出端头土体的纵向加固范围;采用MIDAD/GTS有限元分析软件,依托工程实例,建立三维有限元计算模型,对端头土体加固厚度、位移、加固土强度进行分析.研究结果表明:砂卵石地层端头土体纵向加固范围取1.0～1.5倍洞径可以满足盾构始发与到达安全性要求.     

小净距平行地铁隧道下卧土体长期沉降规律研究

为研究小净距平行隧道下卧土体长期沉降规律,以上海地铁1号线人民广场站—新闸路站区间隧道为工程背景,采用ABAQUS软件建立平行隧道仿真模型.以人工激励函数模拟列车荷载,并采用反映动偏应力的长期沉降模型,结合分层总和法计算隧道及对称轴处土体沉降值,分析隧道净距、列车运营速度和隧道衬砌刚度对土体沉降的影响.结果表明:土体沉...     

挡墙后土体应力状态与主动土压力计算分析

为探究土压力理论中挡墙背后土体所处的应力状态,完善对于土体力学条件的考虑,在相关研究成果的基础上,提出在主动土压力条件下,滑移面上土体单元达到极限应力状态时,墙土界面和土楔体内部单元未达到极限应力状态的观点.采用非极限参数对土体的非极限应力状态进行描述,基于二维微分方程对问题进行求解.通过一定假设得到挡墙上土压力和滑裂...     

客运专线地基沉降计算模量的确定

客运专线的建设需要高度平顺和稳定的轨下基础,控制变形是客运专线路基设计的关键.在保证路基本体施工可靠性的前提下,客运专线的沉降变形主要由地基沉降确定.地基沉降的计算方法有很多种,相关理论计算方法主要区别在于计算土体的应力-应变关系不同,即压缩性指标不同,而压缩性指标主要指土体模量.针对常规计算统一选定室内试验100～200 kPa应力间变形所得出的压缩模量,其前提明显偏离实际情况,相对来说,具有其不舍理之处.通过对比分析室内土工试验及现场原位试验,最终建议采用室内固结试验拟合结论进行沉降计算.     

严寒地区深基坑土体温度场动态变化研究

对冬季期间呼和浩特地铁车站主体深基坑进行现场土体温度测试,分析测试孔温度变化规律,得出基坑截面冻结范围;同时,提出水热力耦合模型,拟合实测气温数据得出基坑表层土体温度曲线,通过建立数值模型对基坑土体温度场进行模拟。并比对现场试验数据对模型进行验证,研究严寒条件下深基坑土体温度场动态变化规律。结果表明:基于水热力耦合模型基坑温度场模拟仿真,与现场检测试验数据变化规律基本相同,可作为基坑温度场模拟计算有效手段,为进一步分析研究土体冻胀应力提供基础支撑。     

沉桩挤土过程的快速拉格朗日法分析

根据实测土体参数,用有限差分程序FLAC对沉桩过程按三阶段进行了模拟。得出沉桩过程中各阶段不同深度处桩周土体的位移、应力与孔隙压力变化规律,并将沉桩结束时的径向应力和孔隙压力与实测结果及已有有限元计算结果进行了比较。     

劈裂注浆能耗分析

假设土体服从摩尔库仑破坏准则,劈裂注浆的劈裂是指土体在注浆压力作用下压缩屈服和浆液的楔入。将压缩过程视为无限土体中的圆孔扩张问题,根据注浆过程中能耗区土体在注浆压力和静止土压力作用下的应力、应变和体变关系,以及注浆扩孔过程中的能量和体变守恒原理及土体的屈服准则,推导出劈裂注浆的初始启劈注浆压力求解公式。利用该求解公式计算的结果与现场试验结果较为吻合。从能量耗散角度,分析土体在劈裂注浆过程中的能量耗散,可以得出:劈裂注浆过程中主要的能量消耗在土体的劈裂、土体的裂缝延伸及土体的塑性变形上,其他方面的能量消耗相对较少。     

交通荷载引起的静偏应力对压实黄土动力特性的影响

区别于地震荷载,交通荷载作用下的静偏应力对土体动力特性的影响显著。通过室内动三轴试验研究静偏应力对压实黄土动应力-应变关系的影响规律,分析动模量随加载振次的变化规律。结果表明:静偏应力可以显著提高同等动应变幅值下土体的动模量;随着静偏应力的增加,土体的动应力-应变关系在一定的起始动应变幅值范围内呈线性关系。当不考虑静偏应力时,土体的动模量随着振次的增加逐渐衰减;当考虑静偏应力时,土体的动模量随着振次的增加逐渐增大。此外,通过将动力荷载作用下土体的循环累积应变分解为动力蠕变和弹性应变,对土体的滞回特性进行了修正,修正之后静偏应力对土体动模量的强化作用更加明显。修正方法可为交通荷载作用下路基的动力响应和长期变形分析提供更为清晰的研究思路和意义明确的力学参数。     

地铁区间隧道暗挖法施工因预降水而诱发地表沉降分析

为了预测地铁区间隧道暗挖法施工前预降水诱发的地表沉降量,依据群井降水作用下含水层水位降低、土体有效应力变化的过程,建立了单元土体固结压缩模型;基于有效应力原理和一维固结压缩理论,得到了含水层水位降深、土体压缩系数及初始孔隙比与隧道上方地表沉降量的关系。其预测结果可用于评价地面道路、建(构)筑物稳定性,为现场施工提供指导参考。最后通过工程实例验证以上分析过程的合理性。     

基坑开挖对下方既有地铁隧道的影响分析和监测

随着城市发展和地下空间的开发,越来越多的基坑工程横跨在既有地铁隧道的上方,基坑开挖卸荷将改变下方地铁隧道的应力场,使其产生不均匀的回弹变形和附加应力,从而对其安全稳定构成威胁.结合天津西站交通枢纽工程,研究基坑开挖卸荷对土体物理力学指标的影响,建立了一种卸荷土体特性下的有限元模拟计算方法,并应用“电水平尺”沉降自动监测系统对地铁隧道道床进行监测.研究结果表明,两者数据匹配性较好,能够相互验证,实现了地铁运营期间智能化、信息化监测的目的.     

可液化土层对地下结构地震反应的影响研究

为了研究砂土液化大变形对地铁车站结构产生的重要影响,使用FLAC~(3D),采用PL-Fin土体液化本构模型,总结地下结构位于可液化土层时,液化土层从液化初始到产生液化大变形时刻,土体液化、结构位移变形和结构周围土体应力与结构应力变化规律,并与非液化场地下的地下结构地震反应进行对比。主要结论有:地铁车站结构从底部开始液化,引起两侧土体的移动和结构的倾斜上浮;由于结构两侧土体液化较轻微,结构左侧墙临近土体应力及结构应力在液化和非液化场地中的变化规律比较类似,底部土体液化较严重导致液化地层中结构底板及底板相邻土体应力变化同非液化土层存在较大差异。     

基坑降水对坑底土体回弹影响的试验研究

软土地区深基坑的开挖,特别是深度达20-30m甚至更深的超深基坑工程,均要涉及到大幅度降低坑内地下水位的问题。目前对于深基坑的回弹量计算,都是以基坑开挖卸荷为基本应力路径获取变形模量,并未考虑降水的影响。应用三轴试验对基坑工程开挖与降水交替作用下被动区土体强度与变形性状进行模拟,并与仅考虑基坑开挖作用下被动区土体的强度与变形性状进行比较。试验结果表明,对超深基坑,降水作用可改善土体的力学性状;大深度降水对基坑总的回弹量有较大影响,能显著减小回弹总量。基于降水对基坑被动区土体强度及变形性状的显著影响,在深基坑工程设计中应考虑实际的应力路径,即进行考虑降水与开挖综合影响的分析。     

可液化土层对地下结构地震反应的影响研究

为了研究砂土液化大变形对地铁车站结构产生的重要影响,使用 FLAC3D,采用 PL-Fin 土体液化本构模型,总结了地下结构位于可液化土层时,液化土层从液化初始到产生液化大变形时刻,土体液化、结构位移变形和结构周围土体应力与结构应力变化规律,并与非液化场地下的地下结构地震反应进行了对比。主要结论有：地铁车站结构从底部开始液化,引起两侧土体的移动和结构的倾斜上浮;由于结构两侧土体液化较轻微,结构左侧墙临近土体应力及结构应力在液化和非液化场地中的变化规律比较类似,底部土体液化较严重导致液化地层中结构底板及底板相邻土体应力变化同非液化土层存在较大差异。     

可液化土层对地下结构地震反应的影响研究

为了研究砂土液化大变形对地铁车站结构产生的重要影响,使用 FLAC3D,采用 PL-Fin 土体液化本构模型,总结了地下结构位于可液化土层时,液化土层从液化初始到产生液化大变形时刻,土体液化、结构位移变形和结构周围土体应力与结构应力变化规律,并与非液化场地下的地下结构地震反应进行了对比。主要结论有：地铁车站结构从底部开始液化,引起两侧土体的移动和结构的倾斜上浮;由于结构两侧土体液化较轻微,结构左侧墙临近土体应力及结构应力在液化和非液化场地中的变化规律比较类似,底部土体液化较严重导致液化地层中结构底板及底板相邻土体应力变化同非液化土层存在较大差异。     

刚度差异桩组合桩网结构路基承载特性

刚度差异桩组合桩网结构路基因具有工后沉降小、经济效益好的优点而被广泛应用于铁道工程。与传统桩承结构路基相比,该结构桩土协同工作规律更为复杂,为研究其承载特性和土体沉降变化规律,通过室内模型试验和数值计算分析刚度差异桩组合桩网结构路基在静力荷载下的桩身应力、桩土应力比、格栅应力、桩侧摩阻力和土体沉降变化特点。结果表明：刚、柔性桩的承载力主要由侧摩阻力提供;刚性桩的桩土应力比随上部荷载增加呈先增长后稳定趋势,荷载在路基中沿中心桩体向边缘桩体传递,并沿路堤行车方向朝路堤横断面方向扩散;土工格栅和碎石加筋垫层共同工作,协调荷载进行再分配,均衡路基应力分布;路基中心排桩沿横断面方向的土体沉降近似呈盆状分布,刚性桩控制路基土体变形和沉降的性状明显优于柔性桩;选择性布置刚度较大长桩可减小路基沉降量。     

粘弹性饱和土体中半封闭圆形隧洞的稳态响应分析

基于Biot波动方程,引入更符合工程实际的半透水边界条件,研究粘弹性饱和土体中半封闭圆形隧洞的稳态响应。得到隧洞边界作用轴对称荷载和内水压力条件下的应力、位移和超孔隙水压力解,并进行隧洞衬砌渗透性参数和土体粘滞阻尼系数对稳态条件下隧洞应力、位移和超孔隙水压力幅值影响的算例分析。结果表明:渗透性参数对隧洞稳态响应的影响在内水压力条件下比在轴对称荷载条件下大;内水压力引起的隧洞径向位移幅值比轴对称荷载小;粘滞阻尼系数越大径向位移幅值衰减越快。     

地震荷载下土体应力分析与挡土墙土压力计算分析

地震荷载作用下,按现有规范采用拟静力法设计的挡土墙仍发生了各种破坏。为探索地震荷载下土中应力分布对于岩土抗震工程的作用,合理地进行挡土墙抗震设计,采用拟静力法对地震荷载进行描述,根据弹性力学理论并假设问题满足平面应变的条件下,推导地震荷载下土体主应力的大小和方向的计算公式。通过对该点Mohr应力圆的分析,给出挡土墙动土压力大小与土体裂缝深度计算方法。研究结论:(1)地震主动和被动土压力系数均随着内摩擦角的增大而增大;(2)黏聚力对地震主动土压力系数的大小无影响,对地震被动土压力系数的影响较小;(3)土体裂缝深度随内摩擦角和黏聚力的增加而增大。     

高填方路堤强夯试验与数值模拟研究

在现场进行单点夯击试验,然后,通过数值模拟进行研究。得出:4种夯击能量在5.5 m的深度处的下沉位移均达到5.0~7.0 cm;但是在深度超过6.0 m之后产生的沉降量几乎相等,各点的地表隆起量只在夯锤边缘2.0 m内有影响,超过这个距离,夯击对土体的隆起量的影响甚微。数值分析和现场试验所揭示的土体应力应变规律相同且数值相近;对于直径为2 m的夯锤,土体在1200 kN.m夯击能作用下的有效影响深度为4~6 m,锤间距(中心距)不宜大于3.5 m。上述试验和数值模拟成果可为同类条件下路基强夯加固施工提供参考。     

盾构中钢弹簧浮置板轨道结构高度探讨

针对盾构结构中钢弹簧浮置板式轨道,建立了在列车荷载作用下的有限元计算模型,计算了不同轨道结构高度中基础道床在列车荷载作用下的应力情况,并结合工程实际,得出了合理轨道结构高度建议值.