砂卵石地层盾构开挖面极限支护压力计算模型研究

以成都地铁1、2号线为背景,在分析砂卵石地层盾构施工开挖面破坏模式基础上,提出使用梯形楔形体模型计算开挖面极限支护压力;对开挖面极限支护压力计算公式进行重新推导,推导过程中考虑滑动块侧面三角形和滑动块顶部与外部土体相互作用力.通过颗粒离散元数值计算,在三维空间修正太沙基松动土压力计算公式;结合开挖面稳定性数值计算成果,分析计算模型中主要参数的选取;提出适用于砂卵石地层的修正梯形楔形体模型极限支护压力公式;对计算公式进行对比分析和验证分析.     

黏性土地层中盾构隧道开挖面极限支护力理论解

基于黏性土地层条件下盾构隧道开挖面模型试验和数值模拟的失稳破坏形态,对常规楔形体模型进行修正,建立棱柱楔形体模型。通过极限平衡法得到考虑土拱效应黏性土层盾构隧道开挖面极限支护力的解析表达式。采用FLAC 3D建立数值计算模型,通过多因素敏感性分析方法,确定开挖面破坏极限状态的支护压力比。将本文解析解与数值分析解、既有理论解以及离心机试验结果进行对比,验证了本文解析解的合理性和适用性。     

水土耦合对盾构土拱效应及最小支护力的影响分析

盾构隧道开挖面最小支护力与开挖面上方土拱效应密切相关。模型试验结果显示,地下水的存在会减小开挖面上方土拱高度;数值计算结果表明,砂土内摩擦角变化是地下水影响土拱高度的主要方式。针对此现象,本文结合楔形体模型对开挖面最小支护力计算方法进行分析,提出计算开挖面最小推力的修正系数,即通过对上方棱柱体受到的侧土压力系数进行修正来体现地下水对开挖面上方土拱效应的影响。分析结果表明:地下水的存在能够减小最小支护力与上覆土压力的比值,有利于土体稳定;在最小支护力计算中需采用饱和砂土的有效内摩擦角,否则将降低开挖面安全系数。     

赤平极射投影分析和楔形体稳定计算

岩质边坡的稳定性主要受节理面控制,边坡的破坏主要是由节理面切割形成的楔形体失稳造成的。楔形体的稳定性,通常采用赤平极射投影进行分析,但只能获得定性的结论。楔形体作为刚体,其稳定性可按照极限平衡法计算,但手工计算只适用于规则的楔形体,对不规则的楔形体,进行稳定性分析计算十分复杂。基于以上分析,编制了赤平极射投影分析计算程序,可绘制赤平投影图、玫瑰花图、极点图和等密图,可对楔形体的稳定性进行计算。程序中的楔形体稳定计算部分采用了严密的数学推导,对任意两组坡面和两组节理面可确定其是否组成楔形体,进而判断楔形体最危险滑动面和滑动方向,并计算其稳定系数。本文详细介绍了该程序的结构、主要功能和应用。     

盾构隧道穿越富水砂层开挖面稳定性分析

基于数值仿真方法,得到盾构在砂土地层中掘进时地下水稳态渗流条件下孔隙水压力的分布特征,对计算结果进行拟合可得隧道覆土层中竖向孔隙水压力及穿越层中水平水头分布的函数表达式。将此竖向孔隙水压力叠加到太沙基松动土压力计算模型,进而求解隧道拱顶处竖向有效松动压力,同时将该有效松动压力与水平水头分布函数引入到经典楔形体模型中,得到维持隧道开挖面稳定的主动极限支护压力。计算结果与离心试验结果的吻合度较高,可对盾构隧道在渗透性砂土地层中施工时开挖面的稳定性进行可靠评价。     

圆形基坑地下连续墙的稳定性分析

通过对连续墙不同入土深度时某地铁风井圆形基坑的设计方案进行离心模型试验，分析了基坑开挖引起的位移，得出了直径小于30m的圆形基坑入土系数的合理取值范围，并总结了圆形基坑位移的规律。     

基于有限元分析的横向 受荷刚性桩应变楔模型形体参数研究

为研究应变楔模型中形体参数的变化规律,以已有的砂土与黏土试验参数为依据,通过ABAQUS有限元软件对横向荷载下刚性桩的三维模型进行有限元分析。采用莫尔库仑本构模型、罚函数非连续接触算法以及线性缩减积分单元建立横向荷载下刚性桩的三维有限元模型,并对模型进行验证。根据ABAQUS的分析结果确定应变楔的边界应变值,确定应变楔的各个形体参数。基于控制变量法分析砂土与黏土中各应变楔形体参数的变化规律。对各参数进行回归分析,得到砂土与黏土中应变楔底角与长度的拟合公式。研究结果表明:不同土质下应变楔模型的形体参数在不同横向荷载、弹性模量以及内摩擦角下呈现的变化规律有明显差异,故对于不同土质下的应变楔模型宜分开进行考虑。     

基于不同裂隙水压力分布的楔形体位移分析

楔形体2个结构面的产状、抗剪强度参数等存在差异,对楔形体的抗滑作用也不同。Hoek所提出的楔形体水压力分布形式,在很多情况下分析稳定性时是偏于不安全的。本文针对不同裂隙形态的楔形体,提出了不同的水压力分布规律,并对不同水压力分布规律下的楔形体进行稳定性分析。根据楔形体结构面的受力特点,提出了楔形体权重位移求解法:求解楔形体结构面的权重参数,并根据单结构面的最大剪切位移求解出结构面交线的最大剪切位移,进而设定安全系数推导出楔形体实际权重位移。     

路堑坡面锚索施工技术

通过对渝怀线白马车站不良地质段路堑禊形体进行坡面锚索加固 ,从根本上解决了路堑开挖后极易出现楔形体下滑的可能。着重介绍锚索施工技术     

地铁车站施工对地面沉降影响的试验分析

通过对某地铁车站设计推荐方案进行离心模型试验，分析隧道开挖对地面的沉降影响。同时根据试验模型的地面沉降，假设地面沉降曲，提出采用该方案施工时，地面的沉降控制基准值。     

悬臂支挡基坑开挖的离心模型试验研究

采用离心场基坑开挖设备进行了粉质黏土悬臂支挡基坑开挖的离心模型试验,并根据试验结果分析了粉质黏土基坑变形规律和悬臂支挡结构土压力特性.结果表明:开挖过程中悬臂挡墙会朝坑内偏转,并伴随一定的挠曲变形;基坑变形依赖于挡墙的变形模式和大小,随挡墙位移增长,具有明显的阶段性;墙后土体位移随深度增加而减小,同一深度上随距挡墙距离...     

基于被动楔模型的临坡段水平受荷桩计算方法

当基桩设置于临坡地段时,由于靠斜坡一侧土体抗力的削弱作用,其水平承载能力将明显减少。为考虑该削弱效应,基于小比例模型试验提出一个针对临坡段水平受荷桩的改进土体被动楔体模型,该模型根据楔体发展深度的不同,可将土体被动楔体形状分为3种情况,从而充分考虑斜坡形态及基桩临坡距离的影响。在此基础上,根据临坡段与水平面水平受荷桩的差异,提出等效拓展深度的概念,将其导入土体传统p-y曲线方程,进而获得可考虑斜坡削弱效应的水平受荷桩的内力及位移求解方法。运用该方法对临坡水平受荷桩的室内模型试验及现场试验观测进行对比,对比结果表明,本文方法与实测数据吻合良好。     

不同倾角结构面组合下巷道围岩稳定性数值分析

不同产状的结构面相互交叉把岩体切割成楔形体,对巷道围岩的稳定性产生影响。利用大型通用有限元软件ABAQUS,对5种不同倾角结构面组合下楔形体的巷道围岩变形破坏特征、巷道周边特征点的应力及位移进行模拟分析。研究结果表明:巷道左右两边的应力和位移呈对称分布;随着组合结构面倾角的增大,巷道底板应力逐渐增大而底板却相反,两帮应力变化没有明显规律;各关键部位的位移变化量都随着组合结构面倾角的增大而增加,其中顶板沉降最为明显;在巷道变形破坏中,两帮与底板的交叉处最先出现塑性,然后向两帮和底板扩展,直至整个巷道变形破坏。模拟结果对有软弱结构面巷道的开挖并采取有效支护措施等提供一定的理论研究和实践参考意义。     

浅埋微距双线土压平衡盾构水下始发分析

为了研究双线土压平衡盾构水下始发时的施工扰动行为,以广佛环线城际铁路沙堤隧道工程为背景,采用流固耦合分析方法,系统分析有无渗流作用下土压平衡盾构于河道中进行始发的施工响应和地层加固问题,并基于开挖面稳定系数的概念和方法对盾构始发过程中开挖面的稳定性进行分析与评价。研究结果表明,地下水渗流作用会大大增加开挖面失稳风险,引起地表发生较大沉降;始发加固作用可以有效减小地表沉降值,且可以减弱盾构掘进对加固区域外地层的超前扰动;基于开挖面稳定性系数的开挖面稳定性等级分析方法得到的开挖面稳定性分析结果与数值模拟结果基本一致,可以用于盾构隧道开挖面稳定性的分析和评估。     

富水砂层盾构隧道开挖面稳定性及其失稳风险的分析

以位于富水砂层中的深圳地铁11号线某区间隧道工程为例,采用有限差分软件建立富水砂层盾构隧道的三维数值模型,模拟分析4种不同支护压力作用下盾构隧道开挖面的稳定性;在此基础上,提出基于稳定系数的开挖面失稳风险分析方法,用于对富水砂层盾构隧道开挖面失稳风险的分析和评估。结果表明:支护压力越接近前方土体的静止水土压力,则开挖面变形越小,开挖面也越稳定;富水砂层盾构隧道的极限支护压力比约为0.4,高于不考虑孔隙水压力时的隧道极限支护压力比。现场实际工程验证表明,基于稳定系数的盾构隧道开挖面失稳风险分析方法可以快速、有效地确定隧道开挖面失稳的风险等级,可用于快速评估富水砂层中盾构隧道开挖面的失稳风险。     

曲线盾构隧道开挖面极限支护力研究

研究目的:曲线盾构隧道掘进施工存在巨大安全隐患,受盾构刀盘超挖、盾壳挤压内壁土体和千斤顶不对称推力等因素的影响,致使开挖面前方变形复杂,开挖面稳定性难以控制。基于筒仓理论,本文提出曲面梯度楔形棱柱体开挖面极限平衡模型,推导曲线盾构隧道开挖面极限支护力理论计算公式;进而以济南地铁R1线王府庄至大杨庄区间段曲线盾构隧道为工程背景,探究不同曲率半径下开挖面的变形分布特征,以期为曲线盾构隧道掘进开挖面稳定性提供科学的理论指导。研究结论:(1)曲线盾构隧道开挖面破坏呈现不对称分布,受开挖面偏心支护压力的影响,开挖面前方土体形成曲面梯度楔形棱柱体平衡模型;(2)随着曲率半径的减小,开挖面位移和极限支护压力先增大后减小,且支护压力非常规的按中心支护力进行计算,而是偏向于曲线外侧,其值大于直线盾构隧道;(3)极限支护压力随开挖面土体黏聚力、内摩擦角增大而增大,随两侧破裂角的差值增大先呈现增大趋势,当β132.3°后减小,最后趋于平缓;(4)本研究成果可为曲线盾构隧道施工开挖面稳定性及其支护提供理论指导和科学依据。     

软弱围岩隧道掌子面极限支护压力研究

针对软弱围岩隧道掌子面所需支护力,基于极限平衡理论,建立了掌子面稳定性分析模型,采用水平条分法推导了掌子面极限支护力计算公式,依托计划进行全断面开挖试验的宝兰客专洪亮营黄土隧道,求解了试验段浅埋情况下所需的掌子面支护力,并与数值模型计算结果进行了对比,最后,采用离心模型试验验证了理论分析及数值计算结果。研究结果表明:掌子面所需支护力随着土体黏聚力、内摩擦角的增大近似呈线性和非线性减小关系,随着隧道埋深的增大先增加后趋于稳定,覆跨比1是明显分界点;同时理论分析计算得到的最小支护力较数值计算结果偏小,根据离心模型试验和数值计算结果得出,理论公式计算结果的1.5倍可作为软弱围岩隧道掌子面最小支护力。     

考虑空间效应的岩堆体隧道管棚力学模型研究

针对现有管棚弹性地基梁模型中基床系数确定方法的不足,研究不同弹性模量、泊松比以及围岩应力释放率下岩堆体隧道洞口段掌子面附近围岩基床系数的分布规律,建立考虑空间效应的岩堆体隧道管棚弹性地基梁模型,进一步结合某岩堆体隧道工程实践,分析了管棚挠度分布的影响因素。结果表明:考虑隧道开挖空间效应的管棚弹性地基梁模型与实测更接近,可以更真实地反映管棚的受力变形行为。管棚变形行为与围岩弹性模量、泊松比等力学参数,开挖进尺、开挖高度、管棚钢管刚度等施工参数,以及应力释放率、隧道埋深等因素密切相关,影响因素多,力学机制较为复杂。对于岩堆体隧道浅埋段,开挖进尺宜取1m左右,开挖高度取3~6m间较合适,宜采用108mm及以上大直径管棚,并采取预加固措施。结论可为岩堆体隧道洞口浅埋段施工参数的合理选择提供理论依据。     

离心模型在黄土路基工程中的试验技术研究

研究目的：离心模型在黄土路基工程中的试验技术还存在试验材料的选择、模型制备，以及工程模拟等一些难题需作进一步的研究。研究方法根据离心模型试验相似理论、相似材料性能测试，结合软土地基加固、加筋土挡墙、高路堤稳定性试验、地基湿化特性研究等黄土特殊结构的模型试验，进行相关试验技术的研究。研究结果提出了土工布、混凝土面板等相似材料的选择，以及黄土冲沟三维模型制备、黄土湿化过程模拟等试验方案。研究结论（1）罗纹布、涤纶布、镀锌铁皮可分别作为土工布、加筋带、混凝土面板的相似材料：（2）三维模型制备需要考虑原型的应力历史；（3）如何在离心机正常运转情况下模拟工程情况是离心模型试验技术研究的重点。     

贵州地区浅变质岩公路边坡稳定性分析

针对厦蓉高速贵州境水口至都匀段浅变质岩公路高边坡,采用赤平极射投影法,研究了地质间断面与边坡开挖面之间的几何关系,实现了岩质边坡破坏模式的识别。在此基础上,利用极限平衡分析方法,对不同破坏模式边坡进行了稳定计算,得到了稳定安全系数和潜滑体剩余下滑力;以此编制的计算机可视化程序可自动识别岩质边坡的破坏模式并进行对应的稳定计算,实现了破坏模式识别与稳定计算的连接和统一。计算表明:3#节理切割成的平面滑坡体与1#、4#节理切割成的楔形滑体不满足稳定要求,稳定系数分别为0.811和1.054。因此,该计算方法和程序在岩石边坡稳定计算和预测岩体滑坡方面具有良好的应用前景。