多层土压密注浆抬升时上抬力计算分析

建筑物注浆的关键是经过注浆后对既有建筑物的抬升效果进行动态控制和工后恢复,以此减小建筑物的不均匀沉降。考虑三维破坏机制,采用非线性Mohr-Coulomb破坏准则构建一个轴对称的土体破坏机制,对压密注浆的抬升作用进行力学分析。基于极限分析上限定理,通过变分计算求出单个土层地表隆起时上抬力的表达式,再将表达式推广到各个土层,得到多层土注浆抬升时上抬力的求解方程和土体破坏面的上限解,结合前人的计算结果对比分析来验证本文理论的正确性。     

盾构施工对土体应力扰动过程的三维数值分析

基于比奥固结理论,应用ABAQUS软件,建立了包括盾构管片、注浆层、注浆压力、开挖面推力等参数的盾构施工三维有限元计算模型,并对模型进行了验证.采用分步开挖的方法模拟盾构施工对周围土体的应力扰动过程,计算并分析了主应力大小、方向以及孔隙水压力等参数,分析结果表明:盾构施工对周围不同区域土体有加载或卸载作用,从而产生正的或负的超孔压;在土层渗透系数较小时,盾构施工之后土体中仍存在较大的超孔压,造成土体长期固结变形,使管片荷载随时间增大;采用三维流固耦合有限元计算方法可合理模拟含水地层的盾构施工过程.     

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。     

盾构隧道壁后注浆球孔压滤扩散模型

假设饱和软土地层中从管片注浆孔进行壁后即时注浆时,浆液直接接触周围土体,形成以注浆孔为中心的半球形浆体,与周围土体发生压滤效应,应用达西定律和弹性理论对球形浆体扩散过程进行理论推导,建立盾构隧道壁后注浆球孔压滤扩散模型。计算分析壁后注浆时隧道周围土体孔隙水压力、有效应力及注浆对管片产生的附加压力。分析结果表明:孔隙水压力随着远离注浆孔而逐渐消散;土体径向有效应力随着远离注浆孔逐渐减小,土体切向有效应力随着远离注浆孔先增大、后逐渐减小;注浆对管片产生的附加压力随着注浆压力的增大而增大。     

软土地层花管压密注浆的有限元模拟

在几何非线性有限单元法的基础上,考虑大位移大应变情形,采用修正剑桥模型对软土花管压密注浆进行了数值模拟和分析.注浆的过程被模拟成不断在注浆体和土体的边界面上施加均匀压力的过程.分析结果表明,从竖向位移等值线分布情况来看,注浆孔上半部分出现向上的位移,下半部分则为向下的位移,也就是说,压密注浆过程中注浆段上方将出现上抬现象,这与注浆实际情况是一致的.从地表各点竖向位移的变化情况来看,位移最大值出现在地表孔壁处,随着径向距离增加,地表各点竖向位移逐渐减少为0.     

砂层压密加固效应室内试验研究

研究目的:在隧道工程砂层劈裂注浆或压密注浆工程中都伴随着砂层的压密现象,被压密砂层性能的提升幅度对于注浆加固体的整体性能具有显著影响。基于此,以黏聚力、内摩擦角、渗透系数作为表征砂层压密加固效应的性能指标,以青岛地区含黏性土砂层为典型砂层介质,测试不同黏性土含量条件下砂层性能随压密程度的增长情况,获得砂层各项性能指标与所受压力的定量关系,在此基础上分析黏性土含量对被压密砂层性能提升幅度的影响,提出以临界黏性土含量为指标的砂层压密加固有效性评价标准。研究结论:(1)注浆压密作用可显著提升砂层的各项性能指标,在室内试验条件下,砂层黏聚力增长了30. 8～87. 6 kPa,内摩擦角提高了13°～15°,渗透系数降低了2～5个数量级;(2)被压密砂层性能提升幅度与黏性土含量正相关,当砂层黏性土含量小于临界黏性土含量时,砂层无法通过压密手段进行有效加固;(3)该研究结果可应用于隧道工程穿越砂层注浆加固领域,对注浆设计有一定借鉴作用。     

基于颗粒流的桩端后压浆细观机理模拟研究

研究目的:目前,桩端注浆的理论研究主要采用理论分析、有限元模拟等手段从宏观现象出发分析注浆机理、加固效果等,存在假设过多、本构模型选取困难和内在作用机理认识不清等诸多弊端。针对现有研究的不足,采用颗粒流方法模拟桩端注浆过程,从细观角度分析桩端注浆扩散机理、压力分布及衰减、土体改性作用、土体位移场和应力场变化、桩身受力特性和桩体-浆液-土体耦合作用等,从而进一步完善注浆理论的研究。研究结论:(1)注浆压力是影响注浆扩散范围和桩周土体改性最重要的因素,注浆压力越大,浆液扩散半径越大,土孔隙率变化越大,土颗粒运动和重新排列越明显;(2)由于桩体的阻碍,注浆压力在桩端平面上下分布不同,导致土体孔隙率变化、应力场和位移场在桩端上下差别明显;(3)桩端注浆可分为三个阶段,前期土体应力和桩身受力增长明显;中期持续增长,趋势放缓;后期基本不变;(4)桩端注浆本质上是桩体-浆液-土体三者相互作用的过程;(5)本文可为注浆理论的研究发展提供新的思路。     

考虑浆液时空效应的幂律型流体盾构壁后压密注浆模型研究

盾构壁后注浆已广泛应用于地下工程建设中,但是其注浆压力分布理论研究尚不能满足工程需要。为明确注浆填充压力大小及分布,基于流体力学、弹性理论相关原理及质量守恒定律,揭示了盾构壁后压密注浆机理,建立了考虑浆液时空效应的幂律型流体压密注浆模型,推导了相关计算公式,并得到以下结论:(1)浆液质点压力主要与初始注浆压力、管片半径、粘度增长时间、角增量、流变指数、盾尾间隙、粘性时变系数等参数有关;(2)通过分析计算考虑时空效应的幂律型流体压密注浆模型,得到浆液质点向上扩散时,浆液压力整体呈下降趋势;浆液质点向下扩散时,浆液压力整体上呈先上升后下降的趋势;(3)通过进一步分析浆液压力的分布变化规律,得到各注浆孔之间的最优夹角及浆液的最优扩散时间,同时与已有的研究成果相比较,可知本文的研究成果具有工程推广价值。     

盾构隧道施工引起的地基土超孔压特性模拟与分析

考虑盾构机盾壳与自重、开挖面正面推力、盾尾空隙、千斤顶推力和同步注浆等因素,利用有限元软件模拟研究了盾构施工过程引起的周边土体超孔压,并与实测值进行对比分析,以此验证了模拟方法的可靠性。基于单层软土、中等埋深条件下的盾构施工有限元模拟,分析了超孔压随施工过程的分布特性。研究表明,施工过程中周边土体的超孔压变化明显,随着盾构机的推进先不断增大,盾构机头到达或盾尾脱出时达到最大,盾构机离开后又逐渐减小。软土层中125 d后隧道四周超孔压的衰减率约为92%。     

基于颗粒流的围岩注浆动态过程模拟研究

研究目的:富水地层隧道开挖易发生突水突泥,注浆为一种有效防范措施。本文基于颗粒流离散元方法,研究围岩注浆对富水地层隧道开挖的影响,通过对岩体注浆过程进行细观动态模拟,研究不同注浆压力和注浆孔布设方式下的注浆效果,从而为优化注浆方案提供参考。研究结论:(1)注浆压力的大小决定了最终浆液扩散形式,即注浆压力增大,注浆形式由渗透注浆变成劈裂注浆;(2)通过颗粒流软件模拟出的动态效果及数据分析,验证了劈裂注浆是压密→劈裂→压密→劈裂的动态过程,直至浆液的扩散压力不足以再劈裂围岩颗粒时趋于稳定;(3)多孔同时注浆时浆体很难进入到中心位置;(4)基于本文的研究对象,劈裂注浆的效果优于渗透注浆,考虑过大注浆压力对岩土体的冲击作用,工程应用时可尽量采用起劈压力进行劈裂注浆,且注浆时并不是较多的注浆孔同时注浆就能得到更好的效果,要针对实际地质情况,合理安排注浆孔以及注浆顺序,避免地层薄弱点出现在多孔同时注浆的中心点处;(5)本研究成果可为软弱地层注浆孔的布置原则及注浆质量控制提供参考。     

利用有效应力铲求解静止土压力系数研究

研究目的:静止土压力系数是地基土的一项重要的力学指标,确定静止土压力系数的关键是获取地基土原位状态下的水平有效应力。通过本研究,研制可同步测试土的水平总应力和孔隙水压力的有效应力铲,并拟建立有效应力铲试验确定静止土压力系数的方法。研究结论:(1)有效应力铲试验测定的水平总应力是沿铲面分布的平均值,铲面中心点处孔压测量值是超孔压分布的最小值;(2)随着孔隙水压力消散,铲面周围土体产生排水固结,导致有效应力增大;(3)与其他试验手段相比,采用有效应力铲试验贯入值计算的静止土压力系数一致性和相关性较好。     

地铁荷载作用下叠交隧道长期沉降的半解析法

将软土中隧道结构的长期沉降分为三部分:一是隧道底部土体蠕变变形引起的沉降;二是交通荷载长期循环作用引起土体累积变形产生的沉降;三是交通荷载引起土体累积孔压的消散产生的再固结变形导致的沉降。采用Mesri蠕变模型,可考虑土应力历史循环累积变形和累积孔压模型,并通过三维有限元数值模拟,获得相应模型中的应力计算参数,同时利用软土三轴试验研究结果获得相应模型的试验常数,运用分层总和法计算隧道沉降,提出一套叠交隧道长期沉降的预测方法,并对上海西藏南路隧道与地铁8号线叠交段长期沉降进行计算预测,计算结果接近于地铁实测长期沉降规律。     

黏土压密注浆补偿效率评估方法研究

针对新建常德经益阳至长沙铁路站前工程,从注浆补偿效率损失机理出发,基于太沙基一维固结理论,对该工程黏土段压密注浆补偿效率进行研究.首先,以浆泡为界将黏土层分为上下两部分.而后,基于太沙基一维固结理论,对黏土层上下两层分别进行积分计算求得其固结沉降体积量,进而计算黏土压密注浆补偿效率值.利用现有文献的试验数据对本文所提出方法进行验证.最后,分析并讨论基于新建常德经益阳至长沙铁路站前工程注浆参数下注浆压力对注浆补偿效率的影响.研究结果表明:注浆补偿效率随着时间先减小而后在t=1000 s后维持稳定,且注浆压力与注浆补偿效率的最终值成反比.所得结果可用于新建常德经益阳至长沙铁路站前工程黏土段溶洞注浆工程的设计和施工.     

楔形管桩沉桩及桩端后注浆可视化模型试验

基于人工合成透明土材料和PIV图像处理技术,开展楔形管桩沉桩及桩端后注浆施工过程的可视化模型试验,测得楔形管桩沉桩过程中桩周土体的位移场,桩端后注浆过程中扩大头的形状和直径等变化规律。研究结果表明:楔形管桩沉桩过程中桩周土体的位移场与等截面桩略有不同,其最大位移发生在桩顶处;桩端后注浆形成长轴与桩深方向一致的椭圆球孔扩张模式;基于人工合成透明土材料和PIV图像处理技术可以有效实现沉桩及桩端后注浆施工过程的可视化,为桩基相关设计与施工提供参考依据并广泛应用于桩土相互作用问题。     

深基坑逆作法动态施工数值模拟

采用有限元分析手段,对广州某20 m深基坑逆作法施工全过程进行了二、三维动态施工数值模拟,重点分析了施工过程作用于地下连续墙上的土压力、地下连续墙的侧向位移和弯矩、楼板和钢支撑轴力等发展规律.研究结果表明,由于下部地层地质条件较好,地下连续墙吊脚处的土体形成土拱效应,导致作用在围护结构上的土压力较小.且目前首层楼板、负一层楼板和负二层楼板已经施工完毕,对基坑侧壁土体和地下连续墙形成强大约束体系.因此,在负三层处采用钢支撑加围檩支护结构暂时代替楼板的施工方案在理论上是可行的.     

CFG桩桩板复合地基处理高速铁路地基的现场试验研究

通过对地基的分层沉降、超孔压、侧向变形及土压力现场测试,研究了CFG桩在桩顶和筏板之间设置15 cm厚碎石褥垫层进行高速铁路路基深厚松软土地基工后沉降控制的地基受力、变形规律。测试结果表明桩间土的压缩发生在桩长下部的一定范围之内;摩擦桩桩端会产生进入下卧层的刺入沉降;没有连通有效排水通道的深层透镜体砂层中的超孔压消散规律与邻近的黏土层是一致的,不能作为透水层;桩向下刺入下卧层,桩端附近的土体中产生较高的超孔压,在深层没有排水面时,此超孔压会向浅层的地层消散,从而会引起浅层地基土的超孔压也经历一个先增长后消散的变化过程。地基的侧向变形微乎其微及桩土应力比都表明这样的结构很类似桩基础。     

成层土的旁压特性

本文用空间有限元方法，通过计算成层土在旁压试验时土体中各点的应力与位移，对孔壁位移与孔壁压力的关系进行了分析，结果表明，在成层土中，旁压试验特征值几乎不受上覆及下伏土层的影响，旁压试验成果不宜直接应用。     

透明砂土力学性质三轴试验研究

研究目的:透明砂土是利用熔融石英砂和具有相同折射率的孔隙液体配置的新型岩土工程材料。为深人了解其力学特性,本文采用三轴仪对粒径为0. 5～1.0 mm和1.0～3. 0 mm的熔融石英砂进行CU和CD试验,对比分析二者的应力应变、孔压、有效应力比等参数变化规律,并且通过试验分别计算得到粗砂和细砂的E-μ模型参数,为开展数值计算提供相应参数。研究结论:(1)松散的透明砂土试样应力应变曲线表现出硬化特性;(2)粗粒径试样应力应变曲线陡峭,达到峰值的速率较细粒径试样快;(3)固结不排水剪切试验粗粒径试样孔压值大于细粒径的孔压值,二者的孔隙水压力系数A_f随着围压的增大而呈减小趋势;(4)可以用透明砂土模拟天然土体,不同粒径的透明砂土可以表征不同土体;(5)该研究成果可为基于透明土技术的模型试验研究提供参考。     

有限土体土压力理论在兰州地铁1号线工程中的应用研究

针对典型砂卵石地层条件下地铁车站基坑与邻近构筑物间形成的有限土体,从有限土体土压力的形成机理出发,通过解析法建立能完全反应土体受力状态的有限土体土压力计算模型,提出考虑土体黏聚力影响的有限土体临界宽高比与临界宽度修正模型,明确有限土体临界宽高比主要介于0.55~0.65,基本不受基坑开挖深度的影响,明确了有限土体临界宽度与基坑开挖深度成线性关系,基坑开挖深度越大,有限土体土压力与经典土压力之间的差异越明显,深度≥10 m的超深基坑必须考虑有限土体土压力的作用,有限土体土压力能有效减少基坑围护结构内力与配筋,精细化设计有利于控制工程造价。     

改进的杆系有限元法在预应力锚杆复合土钉支护中的应用

为合理计算分层支护结构的内力及位移,以预应力锚杆复合土钉墙为研究对象,考虑分步开挖的施工过程及预应力施加对支护结构内力及变形的影响,将规范中的杆系有限元法进行改进,使其适用于柔性结构,提出一个考虑结构与土体相互作用的土压力计算模型,并编写了计算程序。将计算结果与工程实测数据进行了对比,证明采用该方法计算柔性支护的水平位移及构件轴力较为合理。