坎儿井特征、勘察技术及与新建高速铁路相互影响

为更深入全面了解坎儿井地基的研究现状，以伊朗德伊高速铁路为依托，对坎儿井特征、勘察技术及与新建高速铁路相互影响进行综述，重点介绍坎儿井的建造过程、结构形式、用途、优缺点以及相关灾害，卫星遥感、物探和钻探等技术在坎儿井勘察应用方面的研究进展，坎儿井与新建高速铁路之间的相互影响机理，并针对德伊高速铁路沿线的坎儿井，开展勘察、分类和稳定性分析。结果表明：德伊高铁跨越坎儿井77处，下伏坎儿井暗渠埋深为2.0～40.0 m，直径为0.5～2.0 m，形状主要有马蹄形和圆形，支护类型分有无支护2类，可按暗渠与线路交角、暗渠埋深、截面面积、截面形状和支护类型对德伊高铁沿线的坎儿井进行分类；针对德伊高铁沿线坎儿井采用电法和瑞雷面波法探测效果不佳的问题，利用地质雷达可有效识别埋深小于15.0 m的坎儿井暗渠，在此基础上通过钻探可进一步明确坎儿井的准确埋深、大小和所处地层条件；当坎儿井暗渠埋深小于稳定临界深度时，须采取加固处理措施，并在后期运营阶段加强对路基长期变形的监测。针对坎儿井勘察、分类、稳定性评价和加固处理措施等方面开展的系统性深入研究，可为新疆地区和“一带一路”地区高速铁路建设工程领域提供技术支...     

交角对路基斜跨坎儿井暗渠临界深度的影响

研究目的:路基修建过程中倾斜跨越对地下坎儿井暗渠的扰动会引起暗渠不同的破坏模式.因此,需要明确既有坎儿井暗渠在新建高速铁路路基工程下的响应,通过三维数值模拟,进行斜交的路基工程荷载-地基土-坎儿井暗渠相互作用的研究,确定不同交角对应的高铁斜跨坎儿井的稳定临界深度.研究结论:(1)由于线路与已有坎儿井暗渠的斜交,既有坎儿...     

填海区地铁盾构隧道下穿公路施工地层沉降规律的数值模拟

以深圳地铁2号线盾构隧道下穿填海区滨海大道公路为背景,利用非线性有限元分析软件ABAQUS建立三维有限元模型,研究在隧道施工扰动下,地表的横向沉降和纵向沉降、地层的水平位移和分层沉降的变形规律.仿真计算结果表明:在隧道横断面方向上地表沉降近似呈正态分布,在纵断面方向上地表沉降槽宽度约为15.0 m;距隧道开挖面越近,地层水平位移受车辆荷载和隧道开挖扰动越大;在车辆荷载作用区域,地表沉降和地层水平位移均大于非车辆荷载作用区域,地层的分层沉降和沉降槽宽度均随着地层埋深增加而减小,地层的上部沉降普遍大于下部;在非车辆荷载作用区域,隧道中心线上方的土体沉降随着地层埋深的增加而增加.     

下伏坎儿井暗渠对高速铁路路基稳定性影响

针对下伏坎儿井暗渠的高速铁路路基稳定性问题,采用有限元极限分析方法进行模拟研究。结果表明:路基荷载作用下下伏坎儿井暗渠路基的破坏模式主要有暗渠上部土体发生破坏和路基边坡发生滑动破坏2种,随着暗渠埋深和水平位置远离路基,破坏模式逐渐演变为路基边坡的自身破坏;暗渠临界深度分布曲线呈"W"形,且主要与暗渠位置、断面形状、断面尺寸有关,当暗渠位置位于临界深度分布曲线以下时,地基极限承载力不再随暗渠位置变化而改变,路基稳定性不再受暗渠影响;暗渠断面形状越圆滑,路基受力性能和稳定性越好,路基稳定时圆形暗渠的临界深度最小;暗渠断面宽度越大,路基稳定性越差,当圆形暗渠断面尺寸增大1倍时,暗渠临界深度增大约10倍。     

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.     

西安地铁隧道盾构开挖面支护力安全范围分析

研究目的:本文以西安地铁2号线某区间隧道工程为依托,根据具体的地质情况,运用FLAC3D数值仿真模拟软件以隧道开挖面上方地表点和洞顶点沉降为衡量标准,确定施工中开挖面支护力的安全范围,从而防止隧道穿过埋深变化较大的地点时地表出现过多的沉降和隆起。研究结论:(1)盾构隧道的开挖面存在最小支护力和最大支护力,即支护力具有合理的安全范围。当支护力超出范围时,隧道周围土体易发生破坏,或埋深较浅时地表出现较多沉降和隆起现象。(2)隧道埋深大于1.5倍洞径后,地表点已不能有效反映隧道周围土体变形,应该用隧道洞内测点来监测控制土体变形。(3)开挖面支护力的安全范围随埋深的增加而增加。当埋深较浅时,支护力的安全范围很小,可采用地面堆载的方式来等效达到增大隧道埋深的目的,扩大支护力安全范围,降低施工难度。     

考虑水-土耦合的盾构隧道地表沉降试验研究

考虑水-土耦合情况,进行不同隧道埋深、支护压力和掘进速度条件下盾构隧道施工致地表沉降的大型三维物理模型试验,总结不同条件下的地表沉降规律,分析孔隙水压力和围岩压力的变化特性,归纳不同条件下的地表沉降曲线;探讨隧道埋深、支护压力和掘进速度以及孔隙水压力对地表沉降值的影响,推导地表横断面沉降槽计算的经验公式,并将研究成果应用于北京地铁10号线部分区间的地表沉降预测.结果表明:随着隧道埋深增加,地表沉降值减小,地表横向沉降槽影响范围加宽;沉降值随支护超压比增加而增大;掘进速度变化对地表沉降的影响程度较小;施工扰动围岩及孔隙水压力消敞对地表沉降值有较大影响;基于物理模型试验的经验公式预测值与FLAC~(3D)数值模拟预测值、现场实测值均较为吻合.     

基于软土加固区跟随下卧层变形的高速铁路刚性桩复合地基计算方法

根据刚性桩复合地基主要受力区与潜在工后变形土体在深度上的相对位置关系，提出刚性桩跨越中浅部潜在工后变形土体，使加固区跟随深部土体变形，是刚性桩复合地基控制工后变形的两个关键。刚性桩跨越中浅部潜在变形土体后，工后沉降变形将主要来源于下卧层。此时，加固区跟随下卧层变形成为深部变形向上传递的主要特征。建立桩间土单元模型，分析桩顶结构及桩间距、桩径等参数对刚性桩跨越中浅部工后变形土体的调节机制，指出桩底选择良好的承载地层，并且穿过潜在工后变形土体足够的长度是跨越中浅部潜在变形土体的重要保证；建立深部变形向上传递时，加固区桩、土相互作用及其变形效应的简化分析模型，阐述加固区跟随下卧层变形的力学机制与计算方法。     

不同埋深下近距交叠隧道施工地表变形研究

为研究不同埋深下近距交叠隧道施工引起的地表变形交互影响效应,以青岛地铁2号线枣山-李村站与3号线万年泉-李村站相互交叠区间隧道为工程原型。通过FLAC3D动态模拟和分析不同埋深下地表变形规律可知:不同埋深下地表变形趋势不同,埋深越大,受下穿施工影响越小,纵向变形逐渐由双峰沉降曲面向单峰沉降过渡;不同埋深下变形区域不同,埋深越大,变形区域逐渐由交叠隧道沿线向交叠区域中心发展;当埋深超过30 m时,下穿施工对地表影响较小;同时,提出不同埋深下地表沉降变形趋势经验公式。并结合工程应用验证上述分析的可靠性及适用性。     

考虑地下水位下降的刚性桩复合地基沉降模型

研究目的:地下水位降低同区域性沉降直接相关,为研究区域沉降地区的高速铁路路基沉降控制问题,对地下水位降低情况下的刚性桩复合地基桩土作用发展变化规律展开研究就显得尤为重要。基于桩土荷载传递和桩侧土体极限抗剪强度理论,本文建立考虑地下水位降低影响的刚性桩复合地基沉降计算模型,根据沉降模型关于不同初始地下水位及不同深度地下水位降低情形的计算结果,确定地下水位降低引起的刚性桩复合地基沉降变形以及桩侧摩阻力分布特征。研究结论:(1)初始地下水位对桩土沉降变形的影响随地下水位深度的增加而减小,且总体处于较低水平;(2)地下水位降低幅度和水位线位置均影响桩土沉降变形,浅层地下水位变化将引起更严重的地基沉降变形;(3)地下水位降低引起桩土附加沉降的作用机理类似于大面积堆载,并将引起桩顶附近桩侧负摩阻力的增加;(4)本研究成果可为地下水开采诱发区域性地面沉降地区的刚性桩负荷地基设计提供参考,也可为高铁路基沉降控制提供可靠的设计计算依据。     

刚柔长短组合桩-网复合地基工作性状研究

研究目的:为了探讨刚柔长短组合桩-网复合地基控制深厚软土路基工后沉降的可行性,须深入研究该类复合地基在深厚软土路基中的工作性状。为此,依托哈大高速铁路新营口车站路基处理工程,有针对性地开展现场试验研究。研究结论:(1)桩体刚度与桩间土体刚度存在较大的差异,是路堤填土中产生"土拱效应"的直接原因,且土拱效应的强弱取决于差异刚度的大小;(2)该类复合地基下的沉降变形模式主要包括路堤等沉区域、路堤土拱效应影响区域、负摩阻力作用区域、正摩阻力作用区域以及下卧土层等沉区域等五方面,且褥垫层基础的刚度是桩体与土体差异沉降大小的主要影响因素;(3)该类复合地基中CFG桩桩顶压力平均值是桩间土压力平均值的196倍,而MIP桩桩顶压力平均值是桩间土压力平均值的22倍,MIP桩有效提高了浅层土体的地基承载力;(4)采取刚柔长短组合桩-网复合地基联合堆载预压法加固深厚软土路基,可消除96%以上的沉降量,工后沉降可控制在2.0 mm左右,能满足高速铁路运营期间的稳定性要求;(5)研究成果能够为高速铁路、高速公路的深厚软土路基处理提供良好的指导作用。     

浅埋大断面黄土隧道地表裂缝特征及形成机理浅析

地表裂缝是浅埋黄土隧道常见的工程灾害之一,通过现场调研和理论分析,对董志塬区长段落浅埋大断面黄土隧道地表裂缝的特征和形成机理进行初步总结,并提出针对性施工建议。结果表明:黄土隧道地表裂缝沿隧道中线向两侧呈对称分布,地面整体呈"锅底状"下凹形。地表裂缝宽度与隧道埋深呈负相关,裂缝间距与隧道埋深呈正相关。隧道埋深分别在20,50～60 m内时,地表裂缝间距分别为1.5～2.1倍、1.9～3.5倍洞径。地表裂缝发育主要经历"孕育期-急剧变形期-平稳期"三个阶段。降雨当天及降雨后1～3 d内,地表沉降变形量达到稳定变形量的50%以上,降雨量对地表变形及地表裂缝的发展具有一定的"预兆性"和"前瞻性"。黄土隧道地表裂缝主要是由于开挖扰动而形成的潜在滑动楔形体向隧道内部临空面滑动、黄土层内的洞穴裂隙等压缩沉降、洞顶上覆土体自重与支撑体系强度不平衡等因素综合导致的。     

不同工况下横通道开挖对隧道结构影响分析

基于FLAC 3D软件建立摩擦土层及黏性土层等多种工况下的三维数值模型。从主线隧道中心线上方土体位移、地表沉降及主线隧道衬砌内力等方面,研究分析了横通道开挖对隧道结构的影响作用。主要研究结论为:(1)在不同的隧道间距、隧道埋深及地质条件下,横通道开挖对主线隧道上方位移、地表沉降及隧道衬砌受力分布的影响也不尽相同;(2)随着横通道向前掘进,横通道中心线上方垂向位移及地表沉降呈现逐步增加趋势,对横通道中心线上方的影响更为显著;(3)随着横通道的开挖,先行隧道拱顶处的衬砌弯矩、边墙处的衬砌轴力呈增加趋势,后行隧道拱顶、边墙处的衬砌弯矩以及边墙处的衬砌轴力在横通道开挖结束的几个计算步时均呈增加趋势。     

基于透明土技术的加筋碎石桩承载特性试验研究

加筋碎石桩是软土地基处理的重要手段之一,荷载作用下,加筋碎石桩桩体径向鼓胀变形及桩与桩周土体相互作用特性是影响桩基整体承载能力的关键因素。基于人工合成透明土材料及PIV图像处理技术,开展了非嵌入式加筋碎石桩承载特性试验研究。连续观测不同荷载作用下加筋碎石桩桩体鼓胀变形的发展过程,以及桩周土体位移变形情况,探讨加筋长度及刚度等因素对桩体鼓胀变形及承载特性的影响。研究结果表明：与普通碎石桩相比,加筋长度的增加会使桩体承载力显著提升。筋材刚度一定时,加筋长度由1D分别增加2倍、4倍时,即加筋长度为3D、5D时,桩体承载力分别提高约37.7%和62.3%,桩体承载力的提高幅度与加筋长度呈现非线性关系;碎石桩加筋长度最优范围为3D～5D。本试验单元体单桩加载情况下,加筋长度为3D时,桩体径向鼓胀变形量较常规碎石桩减少约44%;加筋刚度一定时,桩顶荷载增加,桩体主要鼓胀变区域z/D逐渐下移且鼓胀量增大,桩顶荷载为204 kPa时,桩体最大鼓胀变形量δ/D为5.9%。荷载作用下,沿桩深方向,桩周土体变形扰动区主要集中在加筋段以下部分。利用透明土与PIV图像处理技术进行试验,可对加筋碎石桩加固地基设计...     

浸水对无砟轨道膨胀土路基力学行为与变形特征的影响

降雨或地下水波动会影响列车荷载作用下铁路路基的力学与变形响应,特别是膨胀土路基.为此,以泥质砂岩混合土为膨胀性地基,A组填料为基床,建立1:2大比例高速铁路无砟轨道路基物理模型试验,通过对路基浸水分析加卸载循环作用下路基土压力与变形分布规律.试验结果表明,浸水对铁路膨胀土路基具有明显影响,基床表层底面处土压力呈明显非均...     

铁路路堑型明洞顶部垂直土压力的研究

由于受到地形限制或平山造地政策的影响,浅埋明洞回填深度可能较大。而规范中的土柱法仅适用于回填高度较低的情况且并未对回填土高度做出明确规定,所以简单使用土柱法已经不能满足工程安全与经济的要求。为明确明洞回填土荷载,基于Marston理论考虑明洞拱部上方内外土柱变形差异以及偏压回填情况,建立路堑型明洞拱顶垂直土压力计算模型和计算公式,给出不同埋深土压力系数的取值,理论计算与有限元结果相吻合。研究结果表明:路堑型明洞拱顶垂直土压力变化趋势为先增大后减小;埋深大于10 m时,路堑对称型明洞拱部垂直土压力的分布规律不再随埋深改变而发生变化;路堑偏压型的分布规律则随埋深变化而变化,埋深增大两侧土压力分布系数差值越小。     

浅埋暗挖软基隧道分部开挖拱脚地基承载力研究

针对目前浅埋暗挖软基隧道在分部开挖条件下支护结构拱脚受力进行专门理论计算分析的报道尚不多见的现状,基于Winkler弹性地基梁理论建立管棚超前支护和锁脚锚杆的力学模型,提出两者对支护结构竖向荷载的承载作用计算方法,并在此基础上推导拱脚地基荷载的计算公式,并进行实例计算分析。计算结果结合现场拱脚压力测试结果表明:提出的拱脚地基荷载计算方法可靠性良好,能够很好地解释地表过量沉降以及隧道中上部开挖步为位移控制关键步序的原因,提出浅埋暗挖软基隧道分部开挖时应重视对拱脚地基承载力进行验算,承载力不足时应采取措施,避免因此造成的隧道和地层整体沉降。     

水泥土搅拌桩复合地基承载特性现场测试分析

结合200~250 km/h客货共线的达成铁路的水泥土搅拌桩复合地基,现场埋设混凝土应变计、沉降位移计和土压力盒,分析在路堤荷载作用下水泥土搅拌桩复合地基荷载传递及变形规律。测试结果表明,复合地基的变形特性表现为地表沉降大,加固区中部地基层沉降小,加固区下部地基沉降最大。承载特性为桩体存在摩阻力零点,即中性点,中性点以上为负摩阻力,以下为正摩阻力。在群桩状态下,不存在临界桩长。承载与变形耦合关系表现为:桩体轴力最大点恰是复合地基压缩量最小的点。     

基于离心模型试验的软土地基路堤加筋垫层效应研究

为了考察软土地基路堤的加筋垫层效应,进行4组不同垫层结构处理软土地基的离心模型试验,测试软土地基的沉降变形、垫层拉力和路堤基底压力等数据.测试数据表明:设置加筋垫层能有效减小并匀化软土地基在上部路堤荷载作用下的沉降变形,约束地基水平变形,且刚性垫层的效果好于柔性垫层;柔性蛰层具有一定的匀化路堤基底压力的能力,基底压力的分布与垫层结构形式及路堤荷载的大小相关;随路堤荷载的增加,刚性垫层的水平拉力呈M形分布,柔性垫层筋带拉力由M形分布逐渐过渡为"锅底"状分布,若忽略地基的摩擦力,刚、柔性垫层中路肩下拉力可分别用静止土压力公式和朗肯主动土压力公式估算.     

固化垃圾土路基沉降变形特性研究

采用垃圾土作为高速公路路基填料,对比素垃圾土和固化垃圾土路基的沉降量、土压力、水平位移等参数的变化规律,研究了废土路基的沉降变形特征,测试了固化垃圾土对路基变形的控制作用。结果表明:(1)采用水泥、水玻璃和CaCl_2组成的固化剂对兴延高速沿线附近的垃圾土有很好的固化效果。(2)添加固化剂可有效控制路基沉降;随荷载增大和时间增长,沉降量增大;在间歇填充间隔期间,沉降变化很小。(3)固化垃圾土地基和素垃圾土地基的土压力均随荷载的增加而增大;当填充速度加快时,土压力增加得更快。(4)固化垃圾土地基和素垃圾土地基的水平位移在施加荷载前期均较小,随着负荷的增加,素垃圾土地基的水平位移比固化的垃圾土增长得更快。