复合成层地层浅埋隧道开挖地表沉降规律分析

为探究本构模型对浅埋隧道开挖诱发地表沉降规律的影响,考虑摩擦性与临界状态土体本构模型,对复合成层地层浅埋隧道开挖诱发的地表沉降槽进行了分析.首先,基于PlAXIS 3D有限元平台建立砂-黏复合地层浅埋隧道数值模型,材料模型选用3类本构模型（莫尔库伦（MC）、修正剑桥（MCC）、硬化小应变（HSS））及其组合模型;其次,利用参数等值转换关系,深入探讨了本构模型的选取对隧道开挖地表沉降槽宽度与深度的影响;最后,结合经验公式计算并对比分析,研究基于3类本构模型及其组合模型的沉降槽数值模拟与经验计算结果存在差异的原因.结果表明：上、下地层均采用HSS模型时,最大沉降量及沉降槽宽度与经验公式的计算结果吻合度较高,最大沉降量相差不超过7.3 mm;上、下地层均采用MC模型时,出现地表隆起的不合理现象;下卧地层采用MCC模型、上伏地层分别采用MC模型和HSS模型,即采用MC-MCC模型和HSS-MCC模型时,其数值预测的最大沉降量高于经验公式计算值,达24.8 mm,而沉降槽形状相对于经验公式预测结果“窄而陡”;在针对HSS模型的参数敏感性分析中发现,若卸载再加载模量与初始剪切模量变化值为5%,将导...     

小应变下基坑开挖应力路径对剪切模量的影响

以粉质黏土重塑土经等压固结形成的试样为试验对象,研究了在小应变范围内深基坑开挖应力路径对土体剪切模量的影响以及剪切模量随应变变化的趋势.研究表明,在小应变范围内,剪切模量的初始值与有效球应力之间存在着幂函数关系,但主动区内幂函数的理论值与试验值间的符合度要比被动区内的高;剪切应变处于0.01%~1%内表现出很强的非线性,同时具有很高的剪切模量;在同一应变水平下,不同应力路径,剪切模量的数值不同,但剪切模量随剪切应变增加而衰减的规律一致;剪切应变为0.01%时的剪切模量与剪切应变为1%时的剪切模量之间存在着量级差别.     

基坑工程土性参数反分析及变形预报

在研究和应用深基坑开挖二维平面有限元正分析的基础上,针对深基坑工程中的不确定性,在基坑土性参数反分析中考虑了受施工扰动卸载作用下土体的变形,建立了基坑开挖过程中土性参数位移反分析模型.在此基础上建立了正反分析优化算法和预报方法,研制了基坑围护结构反分析方法并编制了计算程序.     

既有桩基影响下隧道开挖地层变形规律研究

为了研究城市隧道沿线邻近既有桩基的情况下,隧道开挖导致的地层变形规律,本文通过一个透明土物理模型试验并采用基于PIV技术的土体内部断层三维变形量测系统监测变形,得到了在既有桩基影响下,隧道施工过程中的地层规律。研究结果表明:隧道开挖引起的周围土体变形区域主要位于隧道上方及上方左右两侧,变形主要以竖向沉降为主,水平变形为辅,砂土地层呈现出整体较均匀变形模式,竖直与水平方向变形均大致对应隧道轴线对称;砂土地层中,隧道掌子面在桩基-隧道中心轴线前时,隧道周围地层变形较小,即隧道开挖的影响还未到达(刚到达)该区域;掌子面位置经过桩基-隧道中心轴线切面后,该切面上地层发生持续变形,直至掌子面位置距离该面约2倍直径后重新达到稳定平衡状态,变形基本完成。     

浅埋小净距隧道开挖顺序优化研究

以某高速公路浅埋小净距隧道建设为工程背景,通过数值模拟的方法,对不同开挖顺序对空间围岩位移、塑性剪应变、应力的影响进行对比分析,可知“先开挖、支护一侧隧道,然后再开挖另一隧道内侧”是比较优化的施工方案,这可为类似隧道优化设计和施工提供科学依据。     

非饱和原状土的弹塑性损伤本构模型

自然界所存在的原状土具有一定的结构性,与室内重塑土在加载过程中所表现出的力学特性（如变形和强度）具有明显的差异．本文以复合体损伤理论为基础,建立了适用于非饱和原状土的弹塑性损伤本构模型,并给出了损伤变量A的演化规律．其主要思想是把土材料看作由相对完整的土和相对破碎土两部分混合而成,二者的力学性能不同,且在受力过程中,相对完整的土逐渐转化为相对破碎的土,故分别采用弹性和弹塑性模型描述．该模型所采用的参数（除结构性参数β、α以外）均可以直接通过实验确定．结果表明,该模型能够较好描述非饱和原状土的应力．应变特性,尤其是应变软化现象,且所给出的扰动变量演化规律也能够较好描述土结构性退化规律．     

整体式桥台后土压力累积效应反分析

为了确定整体式桥台后土体在水平方向往复位移作用下的最终土压力，针对5组整体式桥台模型试验进行了有限差分数值模拟反分析；采用能够反映土体在小应变区间上高模量和高度非线性刚度特性的土体本构模型，考虑土体与桥台之间的界面特性，通过在桥台顶部施加水平位移，反分析模型试验中经过不同循环次数的台后土压力测量结果，获得了相应的土体小应变刚度参数，揭示每组试验中桥台后土体小应变刚度在往复加载过程中的演化规律；在此基础上，针对铰支座和扩展基础这2种不同的桥台底部约束条件，分别提出了估算整体式桥台后土体小应变刚度增大倍数的公式，进而提出了考虑桥台与土相互作用的整体式桥台后最终土压力的设计计算方法。研究结果表明:当桥台底部为铰支座时，往复加载前后土体小应变刚度增大倍数随桥台顶部相对位移的增大而增大，随桥台后砂土相对密度的增大而减少；当桥台底部为扩展基础时，土体小应变刚度增大倍数虽然也随桥台顶部相对位移的增大而增大，但增幅明显小于桥台底部为铰支座的工况，并且受桥台后砂土相对密度的影响不大；相比英国设计指南PD 6694-1，提出的公式能够考虑上述多个因素的影响，并能较好地预测出不同模型试验反分析得到的土体小应变刚度增大倍数，可为整体式桥台设计提供依据。      

公路类圆形隧道应力分布的时变反分析

隧道开挖过程中,隧洞围岩的应力应变场是时间和空间的函数.由应变构建的时变本构模型,运用位移反演方法,依据各步开挖后拱顶及水平收敛和深部测线量测位移,对隧道开挖引起的时变应变分布进行辨识.通过构造应变分布函数直接反演洞周应力分布的时变过程,尝试用增量法实现动载荷动态分布参数的反分析.     

筋材结构对其加筋土强度特性的影响研究

用大三轴试验研究了三种构造形式筋材 (条带式、双向垂直条带式、网 )的加筋土的抗剪强度参数 ,分析了筋材构造对其土体强度特性影响的机理 ,建议了用双曲线模型作为复合加筋土的本构模型 ,并得出了三种筋材的加筋土的本构模型参数     

基于三维非连续几何模型的盾构施工模拟

以苏州地铁一号线工程为研究背景,建立考虑管片分块、连接螺栓及施工过程各因素的三维非连续几何模型,对盾构法施工过程进行仿真模拟.论述了盾构开挖系统模型的几何非线性方程组的推导过程,盾构顶进推力及注浆材料性质的计算方法.模拟计算结果显示：盾构管片内外侧表面大部分区域处于受压状态,拱顶与拱底部位及靠近连接螺栓的部分区域处于受拉状态;受盾构顶推力作用,盾构开挖面前方土体有一个典型的隆起区域,地表最大隆起值为2.5 mm,出现在盾构开挖面前方8.5 m处;盾构开挖面后方土体沿隧道纵向的沉降受注浆材料影响随时间变化,并逐渐趋于稳定;在盾构法施工中,各管片连接处的土体受施工影响明显,土体塑性区范围较大.     

基于振动性态和破坏相似的边坡振动台模型实验相似律

鉴于岩土动态性质复杂及地震模拟振动台尺寸较大,边坡振动台模型实验采用原型工点采样岩土材料制成模型.模型实验相似律不仅应确保由共振频率与行波效应所体现的振动性态相似,同时应尽可能对变形破坏行为进行相似模拟,即做到破坏强度和应力水平相似.相似律关键在于保证原型、模型的按参考应变归一化后的应变比一致,因为岩土体本构关系呈软弹簧非线性,归一化应变比不仅决定对应的相对应力水平,更重要的是影响着共振频率.基于Mohr-Coulomb破坏准则和双曲线动本构模型恢复力骨干曲线,提出在保持归一化的剪应变比一致条件下,兼顾振动性态和破坏相似的振动台模型实验相似律:由土体初始剪切模量随埋深的幂函数变化规律,按振动性态相似原则确定台面输入地震波波形的时间压缩比,再以岩土材料的强度参数(c,φ值)按破坏相似原则确定台面输入波形的幅值比,得到各主要物理量的相似律.     

路堤荷载下软土地基蠕变变形性状预测及分析

根据软土的蠕变特性,以有限单元法为分析手段,选用Plaxis软件中能考虑土体黏弹塑性特征的SSC模型,模拟了路堤荷载下软土地基长期变形的过程及性状,同时作为对比,采用不考虑时间效应的SS模型模拟了该问题。计算结果表明,由SSC模型计算的软土地基的沉降、孔压随时间的变化规律均较为合理,而简单弹塑性模型SS的结果则会低估变形水平。此外,SSC模型中的修正蠕变系数μ*对软基长期变形曲线的影响较大。说明今后在预测分析路堤荷载下软土地基的长期变形时,合理考虑软土蠕变特性的关键必要性。     

The Adhesion Improvement of Cubic Boron Nitride Film on High Speed Steel Substrate Implanted by Boron Element

Cubic boron nitride（c-BN） films were deposited on W6Mo5Cr4V2 high speed steel（HSS） substrate implanted with boron ion by RF-magnetron sputtering. The films were analyzed by the bending beam method, scratch test, XPS and AFM. The experimental results show that the implantation of boron atom can reduce the internal stress and improve the adhesion strength of the films. The critical load of scratch test rises to 27.45 N, compared to 1.75 N of c-BN film on the unimplanted HSS. The AFM shows that the surface of the c-BN film on the implanted HSS is low in roughness and small in grain size. Then the composition of the boron implanted layer was analyzed by the XPS. And the influence of the boron implanted layer on the internal stress and adhesion strength of c-BN films were investigated.     

海底隧道施工过程中初期支护受力特征试验研究

以厦门翔安海底隧道为依托工程,采用相似模型试验方式,研究在海水渗流场和围岩应力场共同作用下,隧道施工过程和变水头过程中,衬砌背后水压力的分布规律及受力特征．研究结果表明,隧道施工期间,在水土压共同作用下,隧道开挖对前方土体的影响范围约为2倍洞径,隧道开挖过后约1倍洞径,初期支护背后水压及应力趋于稳定;在变水头过程中,控制水的排放量对调整初期支护背后水压,保证隧道结构的安全起至关重要作用．试验所得结论与现场情况基本一致．     

热力隧道在非降水施工中的力学特性监测

城市热力供水工程逐渐由近地层明挖向深地层暗挖转移,通过对北京市两个典型地质热力隧道的现场原位的监测,分析浅埋暗挖热力隧道在非降水施工过程中对于砂卵石地质和粉质黏土地质条件下的初支结构内力、围岩性状、水文特征的变化及对地层的影响.试验监测结果表明,隧道围岩的土压力分布不同,水压力分布相同,初衬钢筋内力分布不同,砂卵石地质条件下的隧道初衬受力情况较好,隧道开挖对地表沉降影响较小,研究结果可在开挖城市供热、供水及供气等小断面隧道时参考.     

浅埋偏压隧道口的软弱围岩综合加固处治研究

以夹坑隧道浅埋偏压段隧道洞口施工为例,依据隧道地质条件,综合利用砂浆锚杆加小导管注浆加固边仰坡、反压护道处治偏压技术、地表注浆、大管棚超前预加固围岩、预留核心土多台阶开挖技术、隧道拱部加固采用超前小导管注浆、径向小导管注浆及临时施做仰拱支护等综合治理加固和超前支护技术措施,并且通过施工监控围岩和地表变形数据,动态反馈施工加固的效果。     

氮合金化HRB500E钢的静态再结晶行为试验研究

为了对相关热轧工艺制度的确定提供必要的理论依据,采用应力松弛法研究了氮合金化HRB500E钢的静态再结晶行为,运用Gleeble-1500D热模拟试验机分析了不同的应变量、应变温度、应变速率对试验钢静态再结晶的影响,并与普通的钒微合金化HRB500E钢进行了对比. 依据试验结果,以Avrami 方程为基础,建立了两种试验钢的静态再结晶动力学模型,并进行了静态再结晶分数曲线与模型预测值的对比检验. 研究结果表明,控制两种试验钢的应变量在0.4～1.0区间递增,应变温度在950～1 100 ℃范围内递增,应变速率在0.1～1.0 s?1范围内递增时,其t_0.5值（再结晶完成50%所需要的时间）均分别随之减少,再结晶速度加快;其中,应变量及应变温度对试验钢静态再结晶的影响较为显著,应变速率次之. 在应变条件相同的情况下,氮合金化HRB500E钢静态再结晶进程滞后于钒微合金化HRB500E钢. 检验结果表明,两种试验钢静态再结晶动力学模型预测结果与试验结果较吻合.      

Soil microstructure evolution and macro deformation mechanism for controlling construction disturbance in Shanghai soft soil

Abundant practical evidences have indicated that the soil progressively loses its structural configuration under construction disturbance and this can result in long-term macro deformation. The fundamental understanding of soil microstructure evolution subject to construction disturbance is necessary for controlling disturbance in excavation projects and minimizing ground settlement. The microstructure of Shanghai soft soil is investigated in this study. The laboratory isotropic compression tests are respectively performed on the virgin soil and the reconstructed Shanghai soft soil to investigate the macro deformation of soil under disturbance. Discrete element method model is used to study the micro particle level responses of soil under disturbance. The laboratory tests and numerical simulations provide theoretical basis for construction disturbance mitigation to ensure safety and stability of excavation projects.     

考虑弹性应变阈值的频率相关等效线性化方法

传统等效线性化方法由于原理简单、参数获取方便而广泛应用于工程场地非线性地震反应分析中．实际工程应用中发现,这种方法由于对各个频率分量采用了等效剪应变水平,使得地面最大峰值加速度和高频段计算结果明显偏低．若干实验表明,应变幅值对土的力学行为起着关键性作用,当应变低于弹性应变阈值时,土体处于线弹性状态,弹性应变阈值主要与土的塑性指数有关．本文在对各种频率相关等效线性化理论方法分析的基础上,结合弹性应变阈值理论,建立了考虑弹性应变阈值的频率相关等效线性化方法,运用本文方法对海口某实际场地进行了土层地震反应分析,对比了与传统等效线性化方法的差异;同时对不同覆盖层厚度遭遇不同地震动强度的地震动进行了计算分析．总结了不同覆盖层犀度下本文方法和传统等效线性化方法计算结果的差异及规律．     

The settlement characteristic of underground urban complex in Shanghai

The effects of excavation unloading, construction reloading and underground water on basal heave of excavation projects were presented and analyzed based on the measurement results of an underground urban complex which was located in Shanghai. The effects on water pressure and building settlements were analyzed as well. The numerical analyses by finite element method (FEM) were conducted. It showed that the soil under the excavation base continued to heave during the following certain construction stage. It also found that the bearing capacity of uplift piles which supported the buildings affected the structure quality significantly. The conclusions can be applied in future projects. Foundation item: the National Natural Science Foundation of China (No. 50679041)