空间反向荷载法模拟隧道开挖

针对目前在数值分析中利用叠加法模拟隧道分步开挖时，考虑材料非线性和几何非线性在运算时的不合理性，提出了有限元数值模拟计算隧道开挖时空间反向荷载法。根据隧道开挖步骤，将作用在开挖面上的一部分压应力按照一定的比例反向作用，来模拟隧道开挖时的围岩应力释放,不仅较为真实、方便地模拟隧道开挖时结构和围岩的受力连续变化过程，而且便于进行非线性分析。     

路堑边坡不同开挖顺序的效果分析

应用岩体力学理论和FLAC数值模拟技术,根据路堑边坡的开挖过程和施工程序,对路堑边坡设计中必须考虑的基本问题进行了数值模拟和分析.通过数值模拟,得到了公路工程路堑开挖施工过程中应力场和位移场随施工进展的动态分布特征,据此可以较好地进行边坡开挖预估控制.     

基于FLAC3D的基坑开挖方案优选

运用FLAC3D软件对深基坑工程的开挖方案进行数值模拟。不同的基坑开挖方案进行数值模拟,分析其对基坑变形的影响。重点研究同一基坑的不同开挖方法对基坑侧壁、支护桩、坑底隆起等变形量的影响规律。结合施工经验和数值分析,对基坑开挖方案进行设计,择优确定开挖方案,合理控制基坑变形,从而达到减小对周围环境的影响,降低工程造价和确保施工安全的目的。     

岩质边坡开挖变形破坏特征及锚索支护分析

以贵州省毕节境内某大型开挖边坡为例,采用高密度电法、岩体结构面统计和地质调查方法获得了开挖边坡结构特征。通过现场调查、监测和有限元模拟分析,揭示了该开挖边坡变形破坏特征,从而得出滑移-拉裂的变形破坏模式,提出了锚索支护方案并通过数值模拟进行支护效果分析。     

基坑有限元模拟及桩水平位移的影响分析

用ANSYS分析计算桩的位移和应力，再以常规方法计算开挖后桩的位移应力，两相对比．证明了ANSYS分析的可行性，同时分析影响桩位移的主要参数。分析过程中模拟了土层的初应力，并用生死单元模拟开挖，用接触单元模拟桩和土的接触面。     

隧道开挖时地下渗流场的模拟分析

结合新建隧道工程，用Madis／GTS软件对隧道开挖进行模拟分析，通过比较开挖前后地下渗流场和应力场的变化，分析了隧道开挖对渗流场和应力场的影响。     

基于COMSOL Multiphysics深基坑挡土墙开挖数值模拟

针对内支撑式挡土墙深基坑开挖与支护过程中地表沉降和挡土墙变形的稳定性问题,应用COMSOL软件对上海某地铁深基坑开挖工程进行仿真模拟,并结合现场实际监测进行对比分析。结果表明,COMSOL软件模拟分析开挖后地表沉降的最大位移值为18 mm,这与现场监测结果十分吻合。挡土墙的侧向最大水平位移的模拟值为34 mm,实际监测的最大水平位移为36 mm,这主要是由于模拟过程没有考虑土体中水的影响,然而土体中有含有少量水,因此出现微小的误差。但是COMSOL模拟挡土墙的水平位移变化趋势与实际监测结果是一致的。在深基坑开挖过程中,COMSOL能精确的模拟深基坑的开挖与支护过程,这对工程实际具有重要的指导意义。     

数值分析在高陡顺层路堑边坡失稳控制过程中的应用

采用非线性弹塑性有限元方法,对高陡路堑边坡进行了数值模拟分析,其中考虑了开挖施工过程,对未支护边坡和支护后边坡的失稳破坏进行模拟分析,找出在高陡路堑边坡开挖施工过程中出现的问题及其处理措施。     

竖井开挖对路基变形影响的数值分析

该文通过数值模拟,分析了某竖井开挖对既有路基变形性能的影响。为了预测竖井开挖对路基变形的影响,分别计算了竖井开挖过程中和竖井开挖后移动荷载作用时路基的变形。分析结果表明,竖井开挖时引起路基变形较大,路基开挖后移动荷载作用时对路基的变形影响较小。根据计算结果,结合工程经验,路基开挖对路基的变形和列车的运行影响很小。     

地下洞室群开挖过程的有限元模拟方法研究

针对开挖顺序和施工过程对地下洞室群稳定性的影响,探讨了地下洞室群开挖过程的有限元模拟方法。在重点解决有限元模拟开挖过程的关键技术问题(如释放荷载的计算和开挖模拟的有限元实施方法等)的基础上,结合某工程实例,并综合考虑施工条件,提出了合理的开挖顺序,具有一定的理论意义和工程实用价值。     

基于ABAQUS的盾构切刀群模拟切削研究

为了解决复合式土压平衡盾构(earth pressure balance)在实际施工时常出现刀盘结饼、刀箱堵塞等工程问题,从刀群切削效果角度研究刀盘刀具布置的合理性,采用切刀群和滚刀群的动态切削模拟方法,提出土体质量变化和刀盘受载的评价指标,得到以下结论:软土地质下切刀群存在内偏角时的切削效果明显好于无内偏角的情况;掘进地层地质较软时宜采用小切刀切削重叠量,地质较硬时宜采用大切刀切削重叠量。刀群布置的研究过程为实际工程问题的解决提供了方法,数值仿真结果为复合式土压平衡盾构刀盘刀群的组合设计提供了参考。     

盾构慢速掘进（停机）沉降影响因素及控制措施探讨

分析和探究软土地层中盾构掘进施工对地面沉降的影响因素以及对沉降进行准确预测,能够为土压（泥水）平衡盾构在不同软土地层中的掘进参数优化和沉降控制提供理论依据。以盾构慢速掘进（停机）工程实例为研究对象,采用理论解析解和三维数值模拟2种方法,计算单纯由盾构施工引起的理论地面沉降量,并与南京宁和城际一期工程新梗街站-天保路站（2号盾构井）区间施工过程中盾构停机时的实际监测数据进行比对总结,从量值差异探究盾构施工引起地面沉降的主要影响因素。分析结果表明,盾构施工工艺参数、超孔隙水压力消散和地层损失是影响盾构施工中地面沉降的主控因素。通过优化施工参数,并采取经济可靠的超前地基处理措施,能较大程度地减小盾构掘进对地面沉降的影响。     

盾构机反力架结构的设计及应用

通过有限元分析法,对盾构机始发掘进所需的反力架设计结构采用空间板壳元、对连接螺栓位置采用接触元模拟的方法进行校核计算,确定盾构机反力架结构强度、刚度满足盾构机始发掘进反力支承需要。经多次在地铁实践施工中使用,证明其完全满足支承需要,在以后的施工中可进一步推广应用。     

适用于模拟复杂地质条件的微型TBM试验系统研制及应用

为研究TBM掘进隧道复杂地质的演化过程及破坏特征,研制了适用于复杂地质条件的微型TBM模型试验系统,主要由微型掘进装置、多功能岩箱、微型掘进机工位平移装置、四联液压系统以及微型掘进机掘进控制系统组成。该系统可实现推进速度0~50 mm/min可调、刀盘转速0~10 r/min可调、刀盘最大转矩可达1 000 N·m、刀盘最大安全掘进距离可达1 100 mm; 可以进行半断面可视化掘进和全断面高地应力模拟掘进,并提前了解TBM掘进复杂地质时隧道应力的变化规律,为现场高地应力大埋深复杂地质下TBM掘进提供可靠的参考资料。     

矩形盾构机模拟掘进试验研究

介绍了矩形盾构机的特点和技术参数,分析了其施工优势,对矩形盾构机模拟掘进试验进行了设计,完成了矩形盾构机掘进模拟土层试验和切削不同硬度混凝土试验,通过采集掘进参数、监测周围土层情况,分析了矩形盾构掘进对周围土层的影响。试验结果表明,矩形盾构机能在不同的地层条件下掘进,但切削混凝土能力有限。     

大断面浅埋地铁施工对地表影响的模型试验

以广州地铁站前停车线为工程背景,通过室内大比例相似模型试验,结合数值模拟计算,研究大断面浅埋地铁在上下台阶法不同开挖步骤中产生的洞周位移、地表和地层的位移响应。结果表明:通过相应的辅助工法和合理的施工工序,台阶法能有效控制上台阶开挖引起的洞周位移和地表沉降,从而控制整个隧道开挖对周边环境的影响,保证隧道快速、安全施工。     

盾构刀盘形式对砂卵石地层扰动状态的影响

盾构刀盘形式的选择是砂卵石地层盾构掘进面临的关键问题。为解决这一问题,以兰州地铁1号线一期工程为背景,综合运用现场调查、实验室试验、三维离散元数值模拟、现场原位监测等方法,对砂卵石地层土压平衡盾构施工颗粒流动和地表沉降的机制进行了研究。1)通过室内大直径(300 mm)试样三轴压缩试验获得了砂卵石地层的应力-应变曲线,基于试验结果和EDEM离散元三轴数值试验,标定了离散元数值模拟需要的参数。2)基于Solidworks软件建立了面板式刀盘盾构和辐条式刀盘盾构三维机械模型。3)将盾构三维机械模型导入离散元软件EDEM中,建立了砂卵石地层盾构掘进过程的三维离散元模型;将模拟结果与现场监测数据对比,揭示了面板式刀盘和辐条式刀盘土压平衡盾构掘进对砂卵石地层扰动状态和地表沉降的影响机制。面板式刀盘土压平衡盾构掘进,刀盘前方、上方的"强烈扰动区"范围为(0.3~0.5)D(D为刀盘直径);辐条式刀盘土压平衡盾构掘进的"强烈扰动区"范围不足面板式刀盘的1/3,且扰动程度轻。     

?12 m级泥水盾构刀盘的载荷转矩计算及力学性能分析

为研究某盾构隧道?12 m级大直径泥水盾构刀盘设计的合理性以及对高水压密实砂层施工的适应性,结合大直径泥水盾构的特点以及以密实砂层为主的地层条件,提出考虑土压力与刀具贯入阻力、忽略砂土间的黏聚力的刀具载荷计算修正模型,综合考虑刀盘结构及其背部泥水压力对刀盘载荷及转矩的影响,获得刀盘的输入载荷和转矩。利用ANSYS软件,建立大直径泥水盾构掘进的仿真分析模型,对泥水盾构正常掘进、偏载以及脱困3种工况进行有限元分析。结果表明:偏载工况下,刀盘的应力和变形最大,最大应力出现在刀盘下半部的主臂支撑筋板与法兰连接处,达到128.46 MPa;最大变形出现在刀盘边缘处,达到2.85 mm,刀盘性能满足设计要求。     

盾构隧道渣土改良理论与技术研究综述

土压平衡盾构在掘进过程中常遇到结"泥饼"、喷涌、刀具磨损等难题，需要对渣土进行合理改良，方可确保隧道顺畅掘进。常用的渣土改良剂有水、泡沫剂、分散剂、黏土矿物和絮凝剂，其中水和泡沫剂适用于各种地层，分散剂适用于黏性较大的地层，黏土矿物适用于缺乏细粒的颗粒土地层，而絮凝剂则适用于富水粗颗粒土地层，改良剂能够改变渣土的塑流性、渗透性、磨损性、黏附性、抗剪强度、压缩性等力学性质。针对盾构渣土改良难题，从渣土改良剂类型及技术参数、渣土改良评价指标及确定方法、改良黏性渣土力学行为、改良非/低黏性渣土力学行为、渣土改良下盾构掘进力学行为等5个方面，详细剖析了国内外盾构渣土改良理论和技术发展动态，总结既有研究不足之处。最后，提出了渣土改良研究方向建议：①水环境和温度对渣土改良效果影响；②黏性地层防"泥饼"新型改良剂的开发；③粗颗粒渣土改良技术；④渣土改良评价指标和体系的建立；⑤渣土改良作用下盾构掘进精细化数值模拟；⑥智能化渣土改良技术。     

斜通道辅助竖井施工技术研究

长隧道施工时,竖井出碴、进料需垂直提升,施工交叉较多,导致隧道施工进度非常缓慢,为此提出增设一辅助竖井施工的斜通道与主隧道斜交的方案。结合实际工程,采用大型有限元软件进行数值模拟论证方案的可行性,在此基础上改进施工方案,并依据规范制订详细的监测方案,进行施工实时监测,现场实施效果和监测数据表明,改进后的方案经济合理,斜通道与主隧道安全可靠,工期大为缩短,说明此施工方案有效、可行。