Centrifuge modelling of pipe-soil interaction in clay with crust layer

Seabed in regions, such as the Gulf of Guinea and North West Shelf of Australia, may exhibit a crust layer where the undrained shear strength can be an order of magnitude higher than that of the immediately underlying sediment. This can complicate design of steel catenary risers, where fatigue depends on the cyclic vertical stiffness of the pipe-soil interaction. Potential punch-through of the riser into the underlying soft soil may invalidate design assumptions based on the pipe-soil stiffness within the crust layer. The long-term evolution of pipe-soil stiffness within the crust layer, which exhibits similar properties to an over-consolidated soil, is also poorly understood. This paper describes centrifuge model tests undertaken in a clay sample with a crust layer, simulating the punch-through process of a pipe under load control and investigating the pipe-soil stiffness during long-term cyclic loading tests under displacement control. Results confirm that the potential for punching-through the crust layer depends strongly on the relative ratio of pipe diameter to crust layer thickness. The long-term evolution of pipe-soil stiffness showed a steady increase after an initial remoulding stage in contractile soils (normally consolidated and lightly over-consolidated), but a steady reduction in the heavily over-consolidated, more dilatant, crust. The magnitude of pipe-soil stiffness changes (during both remoulding and reconsolidation) is governed by the over-consolidation ratio of the soil and the amplitude of the cyclic displacements. This study provides insights on the relevant cyclic stiffness to consider when assessing SCR fatigue life in over-consolidated soils and soils exhibiting a superficial crust layer.     

地铁隧道下穿河流施工遇富水软弱地层的控制技术

以青岛地铁某隧道下穿河段工程为依托,在对地质条件及工程资料进行深入分析的基础上,提出了包含超前深孔注浆、地面复合锚杆桩及洞内小导管补偿注浆等多种注浆加固措施的联合控制方案。通过数值模拟及现场监测,研究了地铁隧道区间下穿河流施工时所遇富水软弱地层的结构及其地表变形特性。结果表明:注浆施工会导致软弱地层膨胀隆起,诱发左、右隧道区间正上方的地层出现“M”型的正曲率变形,地表变形范围约为隧洞跨度的2倍;注浆压力和注浆量对地表隆起的速率和变形量有一定影响,必须及时结合监测资料动态调整注浆工艺和关键参数。该联合施工控制方案具有良好的加固控制效果,能够改善施工作业面前方的地质特性,可有效控制隧道结构及其上部地层的变形。     

南昌地铁砾砂层渣土改良技术试验研究

随着土压平衡盾构的广泛推广和应用,其地层适应性也越来越强,但盾构机在一些特殊地层中掘进时,渣土无法满足盾构施工对渣土流塑性的要求,易造成刀盘结饼、掌子面压力不稳定、刀盘磨损严重等问题。泡沫渣土改良技术是保证施工安全、顺利进行的关键技术之一。本文针对两种工程现场常用的泡沫进行泡沫基础性能试验,并以南昌地铁3号线盾构区间为工程背景,针对该区间砾砂地层进行改良渣土坍落度试验,对不同注入率和不同发泡剂的改良效果进行分析。研究发现,两种泡沫剂的建议使用浓度为3%;渣土流动性随泡沫注入率的增大而提高。在试验所用土样条件下,建议施工时使用的泡沫注入率为20%~30%。     

兰州地铁地温分布特性及其演化规律

以兰州地铁所在地区为研究对象,实测地铁隧道开挖前的地温(简称为初始地温),根据实测数据,提出地铁初始地温预测模型公式。采用非稳态传热的数值模型,分析运营条件下地铁隧道围岩温度的演化规律。结果表明:兰州地铁初始地温随环境气温和埋深的变化而变化;年变温层位于自地表至埋深12m处;年恒温层位于埋深12m及其以下,温度为15℃左右;年变温层中,1年内初始地温变化规律与环境气温变化规律相似,近似呈正弦曲线状分布,但存在相位滞后的现象;1年中初始地温的振幅随埋深的增大呈指数下降趋势。在隧道内空气与围岩之间热交换中,兰州地铁隧道围岩的温度及其梯度、热透厚度(未达到极限时)均与隧道内环境温度、热交换时间成正相关关系,但与距隧道内壁的距离成负相关关系。     

古夫隧道软弱围岩普通型机械化配套试验性施工技术

为提高隧道软弱围岩施工安全性和加快施工进度,依托古夫隧道出口段工程,首先通过超前地质预报、监控量测、应力应变测试等判断围岩及掌子面稳定性; 然后通过超前支护、低预应力涨壳式锚杆加固围岩,提高围岩自稳能力; 最后采用普通型机械化配套大断面法施工,对围岩的拱顶沉降、周边收敛、应力应变等进行监测,通过数据分析结果指导现场施工。研究结果表明： 1)隧道软弱围岩普通型机械化配套试验性施工技术可以有效地加快施工进度,保证施工安全; 2)信息化管理可以通过数据分析结果指导现场施工,大大提升隧道施工的管理水平。     

改进分层总和法在吹填土预压地基沉降计算中的应用

针对分层总和法应用于吹填土预压地基沉降计算存在计算结果不准确、人为因素影响大的问题,研究吹填土回弹率特性,在此基础上提出了用于吹填土沉降计算的改进分层总和法。将改进分层总和法用于某工程吹填土预压地基的沉降计算,并将分层总和法与实际监测的沉降进行对比。结果表明：在不对计算结果修正的情况下,改进分层总和法的计算结果与实际沉降监测结果更接近,误差约为3%,提高了吹填土预压地基沉降量计算的精度。改进分层总和法为场地后续的回填量预估及场地利用提供了指导,为类似项目提供借鉴。     

大直径钢管桩承载力恢复过程试验研究

针对目前预制桩承载力恢复特性研究与工程应用中的不足,依托西非某海工工程,提出高应变法。采用对同一钢管桩进行初打与不同休止时间复打相结合的试验方法,研究了大直径钢管桩沉桩后的承载力恢复过程。结合地质情况、沉桩与试验结果,得到了钢管桩承载力、侧阻力及端阻力随时间变化的一般规律及影响因素,并通过静载试验对研究结果进行了验证。该研究在提高项目施工效率、降低成本的同时,还得到了有意义的规律与结论,可为后续类似项目提供参考。     

淤泥质海岸波致液化及航道骤淤问题初步研究

研究波浪与淤泥海床相互作用导致的海床液化、体积冲刷和高浓度近底悬沙的层移输运问题。采用de Wit提出的液化判别条件及计算方法,结合连云港近岸波浪和淤泥力学特征,计算不同来波条件下淤泥质海床的液化深度;进一步考虑浑水中含沙量对流速的折减影响,计算液化层运移速度分布。计算结果表明,大浪条件下,淤泥质海床可能有较大的液化深度,但层移厚度不大。由于层移含沙量较高,在近底水流驱动下仍能形成较大的输沙率和一定规模的大风天航道骤淤。有关研究成果为海床稳定性分析和输沙计算提供了新的思路和方法。     

软弱富水地层浅埋暗挖隧道地表沉降和支护结构受力的模型试验

以莞惠城际轨道交通工程项目GZH-5标段中DK32+300~DK32+927.303段为背景,通过2组模型试验,其中一组无超前注浆,另一组进行超前注浆,研究软弱富水地层浅埋暗挖隧道地表沉降和支护结构受力规律及超前注浆对其受力变形造成的影响,最后,针对软弱富水地层浅埋暗挖隧道施工,提出几点隧道工程设计和施工的相关建议。     

基于扩展卡尔曼滤波的GPS信号跟踪技术

提出一种基于扩展卡尔曼滤波的GPS信号跟踪方法,通过扩展卡尔曼滤波器,得到基于相干积分支路的滤波模型,有效地削弱常规GPS跟踪环路中的跟踪误差,增强接收机的抗干扰性能,提升其在信号较弱位置下环路的跟踪性能,对加入惯性信息条件下惯性信息对系统所产生的影响做了相应的分析研究。通过仿真对比结果可以知道:当处于弱信号条件时,与通常用到的GPS信号跟踪方式相比,基于扩展卡尔曼滤波的信号跟踪算法可以有效提升跟踪的精度。