沉井基础承载变形及对近接隧道影响的三维分析

依托深圳地铁某停车场上桥梁工程,从其沉井基础近接下部两座既有铁路隧道的特殊点出发,建立大型三维有限元模型,以数值模拟的手段分析沉井基础承载后的变形规律,并进一步研究其对周围邻近既有隧道的变形影响。模拟计算结果表明:沉井结构在承载后出现竖向沉降,承受12 000 kN设计荷载后竖向附加变位为0.62 mm,满足桥梁安全运营要求,同时,沉井两侧的隧道结构及基础,由于沉井施工及承载,靠近沉井一侧出现下沉,水平向外扩,但由于沉井引起的各向变形较小,未对既有隧道安全稳定性造成影响。     

大型陆上沉井首次下沉砂袋变形特性模型试验研究

以五峰山大桥北锚碇基础、瓯江北口大桥南锚碇基础等大型陆上沉井首次下沉为工程背景，开展砂袋变形特性模型试验，得到沉井荷载、划破砂袋以及拉槽砂袋部分去除工况下沉井隔墙模型（加载梁）的竖向位移和下部砂袋水平位移，分析砂袋支撑承载力和上部砂袋部分去除后下部砂袋的破坏模式。结果表明：沉井荷载施加后加载梁竖向位移和砂袋水平位移较小，未发生砂袋挤压破坏情况；划破砂袋后，砂袋中粗砂未被挤出，加载梁竖向位移与砂袋水平位移均无明显增加；上部局部砂袋去除后，下方砂袋水平向位移明显增加，若采用逐层划出砂袋使沉井过渡到土层支撑的方法，会导致砂袋支撑突然破坏。为了确保沉井平稳地由砂袋支撑转换为土层支撑，预先在沉井节点位置用素混凝土垫块进行置换，避免了大型沉井由砂袋支撑转换为土层支撑过程中沉井结构开裂。     

客运专线机场路隧道下穿高架桥近接桩基施工位移控制技术

以成都-绵阳-乐山客运专线机场路隧道下穿成都市蓝天立交桥工程中近接12根高架桥桩基为例,研究近接桩基施工位移控制技术.根据相关规范及相似工程研究成果,制定机场路隧道近接桩基沉降控制标准和水平位移控制标准.建立机场路隧道下穿高架桥段的仿真模型,依据工程地质情况和设计支护参数,确定计算模型物理力学参数,对近接桩基隧道施工进行开挖模拟计算.计算结果表明:12根近接桩基的沉降值和差异沉降值均小于预警值,但是水平位移值均大于允许值,必须采取加固措施才能进行施工.提出在机场路隧道两侧设置隔离桩的加固方案,并计算采取加固措施后的近接桩基沉降及水平位移值.结果表明:12根近接桩基沉降值和差异沉降值均有较大的减少,水平位移值亦大为减小且均小于预警值,机场路隧道可以正常施工.     

新建隧道开挖造成上方隧道竖向变形的计算方法研究

针对现有两阶段方法的不足,选取Loganathan提出的地表沉降公式计算隧道开挖引起的土体自由场沉降,选用Pasternak双参数模型作为弹性地基梁模型,将土体位移产生的附加应力施加到既有隧道结构得到了新建单、双线隧道开挖影响下上方既有隧道竖向沉降的计算公式;采用简化的弹性空间法选取地基参数,并通过单线隧道和双线隧道算例对计算方法的适用性进行了验证,同时与基于Peck经验公式和Winkler地基模型的传统方法进行了对比。算例分析显示,由于考虑了土体的抗剪作用,基于Loganathan公式Pasternak双参数地基梁的计算方法得到的结果更具合理性。     

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.     

考虑潮汐荷载作用的沉管隧道竖向位移计算

近年来,在越江跨海领域,沉管隧道得到广泛应用,传统理论分析往往关注其纵向受弯特征,忽略了沉管隧道的抗剪特征.为研究潮汐荷载影响下的管节位移,通过三角函数模拟潮汐荷载形式,计算土层非线性固结沉降,并由此反算随时间变化的等效压缩基床参数.建立管节-地基计算模型,将沉管隧道等效为置于Winkler地基上的Timoshenko...     

建筑物下地铁车站横向扩挖数值模拟分析

以成都地铁7号线火车北站在既有建筑物下横向扩挖工程为背景,采用弹塑性有限元模型对横向扩挖施工过程进行数值模拟,分析该扩挖工程不同扩挖宽度、不同车站层数施工时引起的地表沉降、建筑物基础沉降和掌子面水平位移的规律,以及扩挖前超前大管棚的加固效果。研究结果表明,各工况所产生的地表沉降、基础沉降与相对沉降、掌子面水平位移均较小,满足施工要求和不同的施工情况。     

超深大沉井基础的承载特性

以沪通长江大桥主塔28#墩超深大沉井基础为研究对象,利用有限元软件ABAQUS对其进行承载特性的数值模拟研究,并将模拟结果与现场实测的荷载沉降曲线进行对比分析,求出基底土体的强度储备安全因数。模拟结果表明:沉井基础基底土体的破坏形式为局部剪切破坏;荷载沉降曲线为没有明显拐点的缓变曲线,与实际监测结果吻合较好;沉井基础在桥梁运营阶段竖向位移最大值为35.29 cm,沉井基底土体的极限承载力为489.18×105kN,强度储备安全因数为3.6。     

沉井基础竖向承载特性的离心模型试验研究

基于离心模型试验对饱和砂土地基中沉井基础在竖向荷载作用下的承载特性进行研究,初步掌握地基极限承载力随基础埋深和基础宽度变化的规律,并对试验结果进行对比分析,结果表明:(1)基础埋深不大于5 m时,荷载-沉降曲线为陡降型,有明显的拐点出现,可取拐点对应的荷载作为极限承载力;基础埋深不小于10 m时,荷载-沉降曲线为缓变型,未出现明显的拐点,建议取相对沉降量(基础的实测沉降量与基础宽度的比值)对应的荷载作为极限承载力。(2)在均质地基环境中,极限承载力随基础相对埋深的增加近似呈指数型曲线增长。(3)进一步推求沉井基础极限承载力随基础宽度和相对埋深变化的函数表达式,其成果可用于估算砂土地基中沉井基础的地基极限承载力。     

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。     

考虑摩阻效应的弹性地基梁幂级数解

基于Winkler地基模型,假定地基梁与地基土体间的摩阻力沿有限梁长呈线性分布,考虑弹性地基梁与地基土体之间的水平摩阻效应,建立集中荷载作用下地基梁挠曲变形及内力计算模型和相应的变形控制微分方程.采用幂级数法,分别给出计算弹性地基梁竖向挠曲变形、转角、弯矩、剪力的幂级数半解析解.将本文方法与传统弹性地基梁法进行比较以验证本文方法的可行性,并进一步分析梁土间摩阻效应对弹性地基梁位移及内力的影响.分析结果表明,梁土接触面上的摩阻力对地基梁的位移及内力有一定程度影响,且地基土越坚硬,梁土接触面越粗糙,该摩阻效应对梁位移及内力的影响也就越大.     

青藏铁路多年冻土区无缝线路变形分析

针对青藏铁路多年冻土区路基沉降病害条件下的无缝线路长钢轨变形规律展开研究,在钢轨发生竖向位移条件下,建立三维长钢轨非线性有限元计算模型,分析路基沉降病害条件下长钢轨节点位移分布及发展规律。研究结果表明:钢轨竖向位移与路基下沉量在道床阻力发挥效用范围内呈近似线性关系,当路基上拱与下沉交替时,钢轨位移显著增加。     

地铁隧道施工引起邻近埋地管道位移计算的传递矩阵法

考虑管道埋深对地基基床反力模量的影响并修正Winkler地基模型,采用两阶段分析法,分别对地层沉降函数和管道变形函数进行傅里叶级数展开,推导地层沉降与管道变形的力学关系,定义位移传递矩阵,提出基于地层沉降的管道位移预测公式,实现了隧道施工扰动诱发邻近埋地管道位移的简化求解。与直接解析、有限元差分及数值模拟等方法相比,位移传递矩阵法更加清晰地揭示了管道位移与地层位移间的传递关系,简化了管道位移的求解过程。将本文提出的理论方法与现场实测和模型试验进行对比分析,结果显示本文方法与对比数据符合度良好;同时对影响管道位移的相关参数进行分析,建立了综合考虑多种影响因素的最大埋地管道位移预测公式。     

沉井下沉侧壁摩阻力离心模型试验研究

沉井下沉过程中侧壁摩阻力的大小及分布是影响沉井能否顺利下沉的因素之一,为了更好地研究其特性,以沪通长江大桥主墩沉井基础为研究对象,基于离心模型试验对4组不同埋深情况下沉井下沉过程进行研究。结果表明:在一定的下沉深度范围内,沉井侧壁摩阻力随下沉深度的增加呈先增大后减小的趋势,且当入土深度为2/3倍沉井埋深时,沉井侧壁摩阻力达到极大值。在此基础上以分段函数的形式建立了沉井下沉侧壁摩阻力的计算模型,所得结论可为类似工程提供参考。     

黄土地区地铁车站深基坑变形规律

以黄土地区西安地铁车站深基坑工程为依托,通过FLAC软件建立模型,模拟分析深基坑围护桩桩体水平位移特性、地表沉降规律和钢支撑轴力变化规律.实际监测结果与模拟结果基本一致.研究结果表明:车站深基坑采用钻孔灌注桩加内支撑联合围护形式有效限制围护桩桩体水平位移和地表沉降;钢支撑的及时架设能够明显限制深基坑变形,为施工安全提供保障.     

饱和砂土地基应力扩散效应的离心模型试验研究

沉井基础在大跨度桥梁工程中的应用已越来越广泛。在沉井基础的沉降计算中,附加应力影响范围的确定一直是重点和难点,主要涉及应力扩散起始位置、扩散角大小和附加应力影响深度3个方面。针对目前现有理论及常用规范对确定附加应力影响范围的不适用性,开展沉井基础作用下饱和砂土应力扩散效应的研究具有十分重要的意义。通过离心模型试验开展4组不同埋置深度条件下沉井基础的静载荷试验,确定饱和砂土地基中附加应力的影响范围,试验结果可为工程设计提供依据。     

临近既有线钢桁梁高空横移施工临时支墩安全性分析

为研究钢桁梁高空横移施工期间临时支墩的安全问题,基于考虑桩土共同作用的临时支墩整体有限元模型,对施工全过程进行模拟分析,利用现场实测结果对模型进行验证,并基于验证后的模型分析钢桁梁与滑道梁之间的内摩擦系数和桩长对施工全过程中临时支墩安全性的影响。分析结果表明:临时支墩沉降、墩顶水平位移和桩顶应变的模拟分析结果与实测结果吻合良好。内摩擦系数在规定取值范围内,对临时支墩沉降和桩顶应力的影响很小,但对墩顶水平位移的影响较为显著,两者之间基本呈正比关系。桩长变化对墩顶水平位移的影响较小,而临时支墩沉降和桩顶应变随桩长增加有明显的下降趋势。     

西安地铁车站深基坑变形规律的有限差分法模拟

采用数值模拟与现场实测相结合的方法研究西安地铁车站深基坑变形规律。计算结果表明,桩身水平位移能够直接反映围护结构变形特性,围护桩水平位移最大的地方发生在基坑中部到三分之二基坑深度处,基坑周边地表沉降槽中心距坑壁8 m。将数值计算值与现场实测值对比分析发现,各个工况下桩身水平位移、内支撑轴力以及基坑周围地表沉降的实测值和模拟值趋势基本一致,表明FLAC(有限差分法)数值模拟可为施工前深基坑围护结构设计方案的可行性做出合理评价。     

隧道盾构掘进引起的地表沉降研究

结合天津地下直径线工程实例,通过建立模型和模拟盾构开挖,采用数值模拟和现场监测相结合方法,对盾构掘进中建筑物附近的地表沉降进行研究,分析盾构掘进前、穿越及离开5个阶段地面的沉降规律。监测和计算结果表明,因初始应力状态改变造成土层变形、地层损失和降水引起的固结变形是造成地表沉降的主要因素;将计算得到的盾构掘进中周围土体位移场和隧道纵、横断面地面沉降曲线与监测纵断面沉降曲线进行比较,反映的沉降规律一致,说明数值模拟在计算地表沉降中可行。     

基于能量原理的弹性地基梁底面摩阻效应分析

针对Winkler地基模型不能考虑梁与地基底面摩阻效应的不足,在地基与梁底接触面上引入一系列各自独立的水平弹簧,假定弹簧反力即切向摩阻力与梁底和地基间的切向相对位移成正比,从能量角度出发,基于最小势能原理,建立考虑底面摩阻效应的弹性地基梁能量方程,并引入位移形函数进行求解,导出对称载荷条件下考虑切向摩阻力作用时地基梁位移及内力解答。最后通过地基梁计算实例分析,验证该解答的正确性和合理性,并对相关计算参数进行深入探讨。计算结果表明:切向摩阻力沿梁长呈非线性分布,其对地基梁挠度及弯矩计算的影响较大,而对剪力的影响并不强烈。