高速公路改扩建新旧路基差异沉降影响因素分析

新旧路基结合处的差异沉降控制是高速公路改扩建的技术难点之一。若差异沉降值过大,会导致路基遭到破坏,影响路面结构,降低道路的使用品质,甚至危及行车安全。针对上述问题,依托长株高速公路改扩建工程,应用有限差分法建立了数值计算模型,研究了不同拓宽宽度、不同填方高度、不同弹性模量和不同压缩模量4种影响因素下新旧路基不均匀沉降的变化规律,发现距旧路中心6 m范围内拓宽路基沉降较小,6～18 m范围内沉降增幅逐渐增大,新旧路基结合处尤为显著,曲线末尾出现轻微"波谷"状,最大沉降发生在拓宽路基边缘附近。结果表明:拓宽路基的不均匀沉降随拓宽宽度和填方高度的增大而增加,拓宽宽度对沉降的影响较填方高度更显著,随拓宽宽度的增加,最大差异沉降增幅最大值可达89.21%,实际工程中应尽可能选取重度较小的填土或设计合适的拓宽宽度;对比不同的路基弹性模量和地基压缩模量可得,不同路基弹性模量对路基顶面最大差异沉降的影响较小,随路基弹性模量发生改变,最大差异沉降增幅最大值仅为3.58%;对比不同的地基压缩模量可知,最大差异沉降增幅最大值为42.14%,因此,在合理经济范围内,提高地基土压缩模量可显著降低新旧路基不均匀沉降,提高使用寿命。     

北京地铁粉细砂层PBA车站沉降规律研究

PBA工法工序转换复杂,易引起地表沉降,不同地层条件下的沉降规律难以掌握。尤其在含水粉细砂地层等不良地质条件下的地表沉降难以控制,对周边环境造成一定安全隐患。为研究粉细砂地层PBA车站沉降规律,通过调研北京地铁粉细砂地层PBA车站分布情况,基于监控量测数据分析不同降水条件下PBA车站地表沉降规律,并依据有限元方法进行计算验证,研究表明： 1）大于相应地表沉降值的发生概率与地表最大沉降值的关系符合正态分布,有效降水和未有效降水车站地表最大沉降值分别为-85.31～-93.29 mm、-126.16～-131.35 mm,由数据拟合得出地表最大沉降值超过-60 mm的概率分别为53.30%、74.96%; 2）沉降变形主要发生在导洞施工及扣拱施工阶段(约占90%),上导洞施工、下导洞施工、梁柱体系施工、扣拱施工阶段沉降比例约为4∶3∶1∶2; 3）沉降槽与Peck曲线趋近一致,沉降槽宽度系数在9.82～15.51 m,有效降水车站的沉降槽宽度系数比未有效降水车站的大3～5 m; 4）地层损失率普遍在0.56%～0.70%,沉降槽宽度参数受降水效果影响显著,普遍在0.51～0.89。研究结论可用于初步判断粉细砂层PBA车站的地表最大沉降。     

天然地基沉降速率法控制标准辨识

依托某机场道基填筑工程,针对基岩上天然沉积土厚度变化较大的分布特征,根据线性多级线性加载成层地基固结理论,分析了沉降速率与工后沉降的关系,建立了多级线性加载模式下,成层地基沉降速率、工后沉降、地基固结性状与设计年限的控制方程。通过依托工程的计算分析,验证了原设计沉降速率控制标准的合理性,同时提出了跑道区不同沉积土厚度宜采用不同沉降控制速率原则与方法,论证了与非跑道区工后沉降相对应的沉降速率控制标准,对依托工程有直接的指导意义,对今后类似工程的地基沉降速率控制具有参考价值。     

旧路加宽差异沉降影响因素的仿真研究

新旧路基不均匀沉降是高速公路改扩建工程最大的技术难题，因而不均匀沉降影响因素也就成为高速公路改扩建工程的关键所在。本文在新旧路基差异沉降成因分析的基础上，利用室内试验成果并结合有限元仿真技术，分析了差异沉降的各影响因素。研究结果表明：仅从受力和变形角度来分析，两侧对称加宽较单侧加宽有利，加宽宽度和高度越大，新旧路基的差异沉降和横向位移也越大。本研究成果，一方面补充和完善了旧路加宽设计规范，另一方面具有显著的经济与社会效益。     

黄土隧道结构的振动台模型试验研究

为了研究黄土隧道结构在不同地震波及降雨条件下的地震响应和橡胶减震层的减震效果，按相似理论分别设计制作了缩尺比为1∶40的减震黄土隧道及非减震黄土隧道，在总降雨量50 mm，降雨强度10 mm·h^-1的条件下，分别加载近、远场地震波El-Centro波和Taft波，对比了地震波不同加速度条件下黄土隧道各测点的地震响应情况及土压力变化情况，通过减震模型和非减震模型各测点的应变变化情况分析了黄土隧道的减震效率。结果表明：在调幅和持时一致的情况下，黄土隧道结构对于不同的地震动具有明显的选择性，El-Centro地震动条件下的动力响应大于Taft地震动条件下的动力响应，说明黄土隧道结构的动力响应不仅取决于地震动的强度及持时，也与地震波的频谱特性有关，黄土隧道结构对近场地震波的响应大于远场地震波；对模型横向加载，模型各点的横向加速度和竖向加速度均有变化，横向的加速度响应大于竖向的加速度响应；拱顶位置的土压力较大，拱脚位置虽然土压力较小，但应变变化较大，应力集中现象明显；通过设置减震层可使衬砌不同部位的应变值均有所减小，且应变越大的部位减震率越高，不同工况下拱顶及拱脚的应变减震率接近50%，设置减震层不但可以减小衬砌结构的变形，而且能吸收地震能量，发挥围岩结构和衬砌结构的协同作用，减小土体的裂缝宽度及深度。     

合安高速公路新旧路基差异沉降规律研究

依托合安高速公路改扩建工程,通过MIDAS GTS有限元软件,以新旧路基结合处旧路基开挖台阶个数、开挖台阶尺寸、新路基加宽宽度为影响因素,对工后10年内旧路基、新旧路基结合部、新路基的沉降规律,以及受不同因素影响的新旧路基沉降规律进行对比研究。结果表明:随着路基使用年限的增长,新旧路基沉降值均呈增大变化,后期沉降幅度趋于平稳,与实际相符;新旧路基的沉降值与旧路基中心线距离变化呈"烟斗"形,距离中心线越近,沉降越小,反之越大;沉降值新路基中心处新旧路基结合处旧路基中心处;旧路基开挖台阶个数越多、下部台阶宽度尺寸越大,路基沉降越小,反之越大。因此,合安高速公路旧路面改扩建最优方案为4台阶,台阶尺寸竖直方向0. 6m、0. 8m、1. 4m、0. 6m,水平方向0. 9m、1. 2m、2. 1m、0. 9m,新路基每侧加宽7m。     

高速公路拓宽路基差异沉降有限元模拟及控制指标分析

针对目前中国高速公路拓宽改建中的新老路基差异沉降进行研究,利用有限元软件ABAQUS分析"余弦曲线"状差异沉降对路面结构的影响,比较最大差异沉降从1cm增加到10cm时路面应力情况,提出相应的差异沉降控制指标:最大横向变坡率为0.4%、一般横向变坡率为0.254%。     

公路地基路基协同沉降变形机理研究

为了研究盐渍土地区公路地基路基协同沉降变形机理，依托察格高速公路察尔汗盐湖湖心区域盐渍土地基处治试验段，将风积沙和砾石作为路基隔断层，建立数值分析模型，考虑路基与路面分层填筑过程中地基的固结沉降，分析了不同影响因素下地基-路基协同沉降变形规律以及地基路基差异沉降规律，提出了不同路基高度和宽度条件下地基与路基沉降比的取值范围。结果表明:路基沉降与地基沉降线性相关，路基横断面上各点沉降比可视为一定值。     

北京地铁隧道地表横向沉降槽参数分析

为解决北京地铁隧道施工不同影响区划分和影响范围确定的不准确问题,对北京地区13 条地铁线路、903 份隧道工程的地表横向沉降槽资料进行分析,根据施工方法和地层条件的不同,分别对盾构法和矿山法施工隧道在黏性土地层、砂卵石地层等区域的沉降槽Peck 公式拟合参数进行统计分析,得出地层损失率和宽度参数的分布形态、相关统计值以及与隧道相对埋深的相关性。研究结果表明: 1)地层损失率和宽度参数的数理统计结果可以很好地指导北京及类似地层条件的城市地铁隧道工程影响区划分和影响范围的确定; 2)施工方法和地层条件是影响地铁隧道周围地层变形的重要因素,工程地表变形控制应注重相关研究; 3)建议各地深入开展地铁隧道沉降槽的拟合分析研究,为隧道工程影响区划分和影响范围确定提供科学依据。     

机场跑道对波音727型飞机滑行的动态响应实测研究

在介绍丹佛国际机场项目的基础上,根据丹佛机场跑道实测弯沉数据,详细分析了机场跑道对波音727型飞机典型滑行事件的动力响应。对跑道实测弯沉数据的分析结果表明:飞机滑行时,横缝板边弯沉峰值较大且易出现脱空现象,跑道总沉降以地基沉降为主;板中荷载传递系数具有方向性;在板中弯沉盆反弯点内外,横向应变与纵向应变曲线凹凸方向不同;实测横向与纵向应变曲线形状随测量点至横缝的距离不同而变化。     

TBM穿越中风化花岗岩最小覆岩厚度研究

文中基于midas GTS对全断面隧道挖掘机穿越中风化花岗岩的最小覆岩厚度进行研究,通过4个不同地质断面条件和改变覆岩层厚度分析隧道与地表位移特征。结果表明,在隧道与地表横向地层竖向位移特征中,拱顶同高度处横向地层竖向位移表现为覆岩层厚度越大,最大沉降值越小,隧底同高度处横向地层竖向位移与覆岩层无关,横向地表竖向位移表现为覆岩层厚度越大,最大沉降值越小,最大沉降值出现在左、右线隧道中间;在隧道与地表纵向竖向位移特征中,覆岩层上部土层厚度越大,隧道拱顶沉降越大,隧底隆起值越大,地表沉降值越大;覆岩层越厚,隧道拱顶沉降越小,隧底隆起值越大,地表沉降值越小。文中在4个不同地质断面条件下在覆岩层厚度取值为0.055D、0.11D、0.165D、0.22D(D为隧道外径)时位移特征均满足规范要求,因此TBM穿越中风化花岗岩最小覆岩厚度可取0.055D。     

不同地层条件盾构始发对地表沉降影响规律研究

针对盾构始发施工造成地表沉降过大、导致工程事故时有发生的问题,采用岩土通用软件FLAC3D建立盾构始发三维模型,对北京、杭州、南京和上海4个典型地区代表土层盾构始发施工的全过程进行模拟计算,总结出各典型地区盾构始发施工对地表变形的影响规律,并提出相应的施工建议。研究结果表明,相同施工条件下：1）不同地层盾构始发地表沉降差别较大,黏性土较砂性土沉降槽影响范围相对较大,中心点沉降量相对较小;2）典型地区均为黏性土条件下地表沉降较小,非黏性土地层条件下地表沉降较大且在横向基坑边界处地表差异沉降较大;3）典型地区从地表沉降控制效果由好到差排序为北京〉南京〉杭州〉上海。     

新一代大型飞机荷载作用下沥青道面多轮叠加效应研究

为了研究复杂起落架飞机A380荷载作用下沥青道面多轮叠加效应,建立了机场沥青道面结构三维有限元模型,分析土基材料和粒料材料非线性对半刚性基层和柔性基层沥青道面结构力学响应的影响。研究结果表明:随着轮组数的增加,轮载在道面结构内产生的响应不断增加;随着轮组数的增加,材料非线性效应对道面结构力学响应的影响逐步减弱,多轮荷载叠加效应表现明显。半刚性基层沥青道面,不同轮载组合作用时,土基非线性对道面结构的力学响应影响与线弹性的差异在5%以内;粒料非线性与土基和粒料皆为非线性时,两者之间的力学响应差异不到5%;柔性基层沥青道面,土基非线性对道面表面弯沉影响较大外,对于其他力学响应指标影响差异在5%以内;粒料非线性与粒料和土基皆为非线性两者之间的差异在5%以内,建议分析过程同时考虑土基和粒料材料的非线性特性。     

管幕-结构法群管顶进对车站站场站台及股道沉降影响研究

为揭示管幕施工中群管顶进对站台和股道的影响规律,以迎泽大街下穿太原市火车站通道工程暗挖段管幕-结构法施工为例,采用数值计算对钢管不同顶进次序对地表沉降影响进行分析,推荐先下后上的群管顶进次序;采用数值计算和现场监测相结合的手段,对群管顶进过程中站台和股道沉降变化特征进行研究。研究结论如下： 1）群管顶进对地层沉降变形影响是一个多次叠加效应,具有应力路径相关性,顶进过程中地表横向沉降曲线形态处于动态变化之中,最终呈现出类似Peck横向沉降槽的曲线形态; 2）群管顶进结束后地表沉降横向槽宽度约为50 m,位于管幕底部两侧约45°地层滑移角范围之内; 3）现场监测结果表明管幕-结构工法有良好的地层变位控制效果,在多次顶进扰动影响下,站台和股道沉降、轨道高低及水平变形皆在控制范围之内。     

沥青路面动力响应影响因素有限元分析

应用有限元软件Abaqus,建立了沥青路面结构动力分析三维有限元模型,应用该模型,分析了温度、层间接触和荷载等因素对沥青路面结构动力响应的影响规律。结果表明:路面结构各层动力响应受温度的影响较为显著,随着温度降低,面层模量增大,面层层底由受压状态变为受拉状态;不同层间界面的层间接触状态对路面结构各层动力响应量的影响程度不同,基层层底拉应力受基层与底基层层间接触条件的影响最为显著;路面结构各动力响应量随轴重的增加均显著提高,各动力响应量峰值与荷载幅值之间近似呈线性增长关系,不同轴型作用的多轮荷载沿深度方向的叠加效应明显。     

沥青隔离层对水泥混凝土道面荷载响应的影响研究

为研究沥青隔离层对荷载作用下的水泥混凝土道面力学响应产生的影响,依托现场实体工程,通过在道面中埋设光纤光栅应变传感器并进行车辆加载试验,实测不同车速、不同荷载作用位置下的道面板底拉应变,分析设置沥青隔离层对水泥道面板受力的影响。结果表明,在水泥混凝土道面中设置沥青隔离层会增大荷载作用下板底拉应变;荷载移动速度越大,设置沥青隔离层对板底拉应变的影响程度也越大;设置沥青隔离层可以起到应力缓冲作用。     

机场复合道面基层裂缝的断裂力学分析

为了研究基层裂缝对机场复合道面结构的影响,建立了考虑基层裂缝的机场复合道面结构数值计算模型。采用弹性断裂力学理论,利用有限元软件Abaqus分析了不同基层裂缝宽度在对称荷载和非对称荷载作用下对机场道面结构应力的影响,并对混凝土板基层设传力杆与不设传力杆的两种计算模型进行了对比分析。研究结果表明:当不设传力杆时,在对称荷载作用下,基层裂缝宽度对道面应力的影响较小;非对称荷载作用下裂缝宽度对道面结构的影响较大,且A型荷载较B型荷载影响要大。不论对称荷载还是非对称荷载,设传力杆可削弱对机场道面结构的损坏。在裂缝宽度相同的情况下,非对称荷载作用下设传力杆效果比对称荷载作用效果要好,且非对称B型荷载比非对称A型荷载作用效果要好。裂缝宽度越小,传力杆作用越大。     

单排桩支护结构验算及敏感性参数分析

以某下沉式隧道为工程背景，为实现横向支撑布置的优化设计，对单排桩支护结构进行结构验算及敏感性参数分析。研究结果表明：钢支撑层数的增加导致最大位移值和最大沉降值逐渐减小，当钢支撑达到两层时，最大沉降值、最大位移值以及抗倾覆安全系数均可控制在设计标准范围内；随着两道钢支撑竖向间距从1 m开始增加，两道钢支撑的支反力变化有明显差异，弯矩值、沉降值和位移值先减小后增大，在3 m～5 m位置时取得最小值；而最大沉降和位移值与灌注桩嵌固深度存在显著的负相关关系，当嵌固深度达到3 m后，沉降变形值基本维持不变；地下水位至基坑底部距离的增加对最大沉降值和位移值无明显影响。     

高速公路拓宽路基差异沉降影响因素研究

为了研究差异沉降对高速公路拓宽路基的影响,通过Ansys有限元计算分析软件,建立差异沉降力学计算模型,系统分析路基拓宽方式、填筑高度、拓宽宽度和土基模量对拓宽路基差异沉降的影响。研究结果表明:路基采用两侧对称加宽的方式对差异沉降的控制明显优于单侧加宽;随着路基拓宽高度与宽度的不断增加,路基产生的竖向沉降也在逐渐增大,新路基产生的竖向沉降大于旧路基,最大值出现在新路基路肩位置附近,而旧路基中心线处竖向沉降值最小;随着路基填土模量的不断增大,新旧路基产生的竖向沉降与竖向应力在逐渐减小,新路基沉降大于旧路基沉降,沉降峰值出现在新路基路肩附近。     

公路飞机跑道沥青混凝土道面结构设计方法研究

从公路飞机跑道沥青混凝土道面结构设计的理论基础、设计指标与控制标准,以及道面结构力学响应、设计流程和步骤等方面进行分析。研究结果,得到了飞机荷载和汽车荷载的等效换算关系,提出了公路飞机跑道沥青混凝土道面结构设计方法。