深大沉井基础基底承载力现场试验研究

针对至今尚未解决的深层土体承载能力现场试验确定问题,依托沪通长江大桥主墩深大沉井基础的建设,利用自行研发的深厚土层高压防水自稳型荷载测试装置,开展现场载荷试验,获得了沉井底部土层荷载-沉降曲线。试验结果表明:沉井底部土层极限承载力大于6.5 MPa。在此基础上,借助现有理论分析得出相应地基土体的变形模量为12.69 MPa,地基系数为36.79 MN/m^3。与现行《铁路桥涵地基和基础设计规范》相比较,地基承载力现场实测值比以安全系数2推算得到的规范值大15.3%。该测试装置的研发和试验结果的获得,为深基础基底土体承载力的现场测试提供了可靠的测试方法和设备,对于深基础设计计算理论的完善、相关规范的修订和施工工艺的优化等具有重要意义。     

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。     

大型沉井基础初沉阶段受力特性及开裂控制

大型沉井基础在初沉阶段因平面面积巨大、高度低、整体刚度小、基底土体不均匀性等而导致受力安全问题十分突出.以长100.7 m、宽72.3 m的五峰山长江大桥北锚碇沉井基础为背景,运用仿真分析和现场试验,进行大型沉井初沉阶段的受力特性及开裂控制研究.结果 表明:大型沉井在初沉阶段因面积大、高度低而受弯明显;采用传统大锅底下...     

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。     

循环荷载作用下超长桩动力特性研究

考虑桩基土体在动力作用下强度弱化的基础上,通过拟合数值模拟结果和试验结果,验证强度折减法在FLAC3D中实现的可能性。建立超长桩的动力数值模拟模型,从循环荷载的频率、荷载幅值、恒载部分、循环次数、桩土刚度比和桩长方面对超长桩的动力特性进行分析。研究结果表明:循环荷载频率越大,超长桩桩顶累积沉降越小;荷载幅值越大,对应的超长桩桩顶累积沉降越大;循环荷载的恒载部分对超长桩的动力沉降影响不大;桩顶沉降随循环荷载次数增加而逐渐增大,并随循环次数的增加逐渐趋于稳定;桩土刚度比越大,对应的超长桩桩顶累积沉降越大;桩长越长,对应的超长桩桩顶累积沉降越小。     

京津城际路基沉降数值模拟与原位观测对比分析

研究目的:京津城际轨道交通工程天津段内广泛分布软土,其成因类型主要为冲积、海积,局部为湖沼堆积;岩性为各类黏性土、粉土、砂类土等,夹淤泥、淤泥质黏土、淤泥质粉质黏土.上述土体含水量、孔隙比较大,所以在路堤荷载及列车荷载作用下的沉降变形较大.为满足无砟轨道对路基工后沉降的要求,路基基底采用CFG桩复合地基进行加固.由于复合地基受力状态复杂,对其进行工后沉降预测较为困难,本文采用数值模拟和原位数据对比分析的方法对路基的工后沉降进行预测.研究结论:(1) 采用数值模拟及原位测试数据对比分析复合地基的沉降变形规律,得出桩间土的压缩主要发生在桩长下部的1/4～1/6桩长范围内,桩端的刺入量占总沉降值的20%～30%;(2) 由实测的沉降-深度分布曲线可以得到,桩端以下土体压缩层厚度为桩平面分布宽度的1倍左右;(3) 有限元计算所得的最大沉降量和工后沉降量,与观测值相比较为接近,采用有限元计算结果推断的工后沉降差异,小于根据实测值采用经验公式得到的推断值,因此在沉降计算中应推广有限元方法.     

徐连线软土路基接触网支柱基础的研究

研究目的:改建铁路陇海线徐州至连云港电气化工程中,连云港地区表层为软黏土(海积黏土、淤泥质黏土),其下为淤泥,地基承载力低;地基沉降变形大,容易产生不均匀沉降;当受到外界扰动时易引起土体结构破坏,致使土的强度急剧下降;工程地质条件差。针对该工程软黏土路基,结合既有线路电气化改造现状,研究适用于徐连线软黏土路基接触网支柱基础的处理方案。研究结论:(1)在表层土较深的高填方地段,采用T型基础,利用基础翼缘部分主要承受垂直荷载,基础自身不会沉降,深入软土部分开挖量小,对既有行车安全影响小;(2)对路基填土厚度不足2.0m的区段,采用浅埋扩大底基础,首先换填基底材料,采取先抛片石对软土路基进行局部加强后,再填砂石土夯实,将基础底部承载力提高到设计值后,再进行扩大底基础的施工,降低基础对原状土承载力的要求;(3)浅埋扩大底基础,经现场试验验证,接触网基础顶面的水平位移、基础转角及支柱柱顶挠度满足设计要求,安全可行;(4)研究成果对于其他地区特殊地质条件下接触网支柱基础的处理方案具有较大的指导意义。     

地铁荷载作用下叠交隧道长期沉降的半解析法

将软土中隧道结构的长期沉降分为三部分:一是隧道底部土体蠕变变形引起的沉降;二是交通荷载长期循环作用引起土体累积变形产生的沉降;三是交通荷载引起土体累积孔压的消散产生的再固结变形导致的沉降。采用Mesri蠕变模型,可考虑土应力历史循环累积变形和累积孔压模型,并通过三维有限元数值模拟,获得相应模型中的应力计算参数,同时利用软土三轴试验研究结果获得相应模型的试验常数,运用分层总和法计算隧道沉降,提出一套叠交隧道长期沉降的预测方法,并对上海西藏南路隧道与地铁8号线叠交段长期沉降进行计算预测,计算结果接近于地铁实测长期沉降规律。     

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...     

地铁隧道下卧土体动力特性模型试验研究

研究目的:地铁车辆动荷载的长期作用会使隧道产生不同程度的沉降,对其运营稳定性产生不利的影响,对于饱和软土地层条件,隧道的沉降更为明显。开展动荷载作用下地铁隧道下卧土体的动力稳定性研究,有助于正确认识地铁运营荷载对周围土体的影响,并为隧道周围土体的加固提供依据。研究结论:通过分析盾构隧道的运营受力特征,设计了物理模拟试验系统,对地铁盾构隧道下卧粉质黏土的动力特性进行了研究,分析了不同荷载幅值、不同频率条件下隧道下卧粉质黏土的动力响应特性,并对动荷载作用下隧道的沉降特征进行了分析。试验结果表明,盾构隧道下卧粉质黏土在动荷载的作用下,土体的动力响应随距离的增加而衰减,且距离隧道越近衰减趋势越明显。动荷载峰值越大,隧道沉降越大;荷载峰值相同、振动次数一定时,荷载振动频率越低,隧道的竖向沉降越大。     

磁器口车站中洞法施工的非线性二维数值模拟

研究目的：为了预测北京地铁五号线磁器口车站中洞法施工引起的地表沉降，评价各部开挖过程的土体稳定性，在开工前需对施工过程进行数值模拟。 研究方法：运用大型通用有限元软件（ANSYS）模拟计算磁器口车站中洞开挖过程，采用合理的计算参数和“生死”单元法对其进行非线性数值模拟分析，给出中洞开挖引起的地表沉降计算结果；对分析显示的土体薄弱部分进行及时加固，确保开挖过程中土体处于稳定状态。 研究结果：通过对监测结果与数值分析结果的比较，证明了计算模型和参数选取的合理性以及计算结果的正确合理性。 研究结论：理论计算地表沉降曲线与施工实测曲线趋势和数值基本一致；数值模拟结果用于定性分析土体稳定性非常有用，要做到定量分析难度很大；数值模拟时必须对关键参数（如变形模量等）及其敏感性加以讨论和分析。     

基于静力触探测试技术的基础沉降计算

基于现有静力触探技术的基础沉降变形研究,考虑不同地层条件,建立直接应用静力触探测试指标的基础沉降变形计算方法。该方法采用经验公式初步确定基础沉降计算深度,并通过应力比法验证;采用基于静力触探锥尖阻力的线性经验公式确定土体压缩模量;采用Schmertmann基底应变影响系数间接确定地基土体竖向应力,并规定刚性边界条件下基底应变影响系数为0。工程实例的计算表明:所建立的直接应用静力触探测试指标的基础沉降变形计算方法的计算结果与实测值一致性好,物理意义明确,适用于各类地层条件,应用范围广;计算过程简单,仅需手算即可完成;计算过程所需参数仅需通过静力触探原位测试获取,无需钻探、取样及室内固结试验,可避免钻探取样对试样扰动大、试验结果难以反映土体原位物理力学性质、试验数量少、代表性不够及原状样取样不便等问题。     

通过载荷试验研究粉喷桩加固软基的效果

研究目的:通过对粉喷桩加固软基的载荷试验,研究分析桩及桩间土的受力特性.研究结论:通过载荷试验表明:桩间土的沉降量大于桩顶的沉降量,填土荷载逐渐从桩间土向桩顶转移,桩土应力比逐渐增加.柔性基础复合地基的破坏模式为桩间土体先破坏,继而引起整个复合地基的破坏.     

地铁盾构区间下穿挡墙式铁路路堤变形控制措施研究

为解决盾构区间小角度下穿挡墙式铁路路堤及接触网立柱的安全施工问题,首先采用理论分析的方法,对下穿施工存在的工程风险进行了分析并提出了针对性的保护措施;再建立三维有限元模型对盾构下穿施工过程进行数值模拟,并将数值计算结果与实测数据进行了对比分析。研究结果表明:(1)轨道沉降曲线整体呈“W”形,挡墙沉降曲线在两隧道间呈平缓变化,挡墙的变形量小于轨道,证明其抗变形能力优于轨道;(2)采取注浆加固措施后,沉降值约为不采取注浆加固措施时的50%,说明基底注浆加固措施对控制挡墙及路堤沉降效果显著;(3)接触网立柱实测沉降值为计算沉降值(数值计算未考虑立柱加固措施)的41%左右,说明对受下穿影响较大的接触网立柱采取加固措施是必要的;(4)实测沉降曲线与计算预测的沉降曲线基本一致,验证了数值模拟结果的可靠性。     

抗滑桩土拱演化特征及机理分析

研究目的:抗滑桩土拱效应是土体发挥自身抗剪强度所产生的一种应力转移与重分布现象,对安全经济地设计抗滑桩具有重要意义。但目前缺乏抗滑桩土拱演变特征的研究与机理分析,使得抗滑桩土拱效应理论成果难以指导工程设计,因此本文通过模型试验与数值模拟等手段研究抗滑桩土拱发展阶段,分析土拱演变特征与机理。研究结论:(1)抗滑桩土拱从形成到破坏分为三个阶段,即形成期、发展期与破坏期;(2)模型试验结果表明,推力作用下桩后土体产生压缩变形,随后土体发生弧形开裂,桩间形成端承型土拱;随着荷载增大,拱压区厚度变大;当荷载增大到一定程度时,桩内侧产生纵向裂缝,裂缝逐渐向后发展导致土拱破坏;(3)初始阶段土拱区域应力以水平应力为主,随着荷载的增加,法向应力逐渐升高,主应力方向发生偏转,桩间土体产生贯通的剪应变增量区,拱压区内侧位于约2倍桩宽位置;(4)本研究成果可为抗滑桩工程设计和安全评价提供理论指导。     

泥水盾构开挖面失稳破坏的颗粒流模拟研究

针对北京砂卵石地层大直径泥水盾构隧道开挖面稳定性和地表沉降的问题,采用颗粒流程序PFC2D研究砂卵石地层土体的颗粒流细观参数,从土体颗粒的摩擦系数和接触模量以及泥膜的厚度和黏合强度对开挖面的作用效果进行分析和评价。结果表明:土体的颗粒摩擦系数和接触模量以及泥膜的厚度和黏合强度对开挖面的稳定性有显著影响;土体颗粒的摩擦系数和接触模量越小,开挖面破坏越严重,地层坍塌轮廓越大,地表沉降槽越深;当土体颗粒的摩擦系数增大到2.4、接触模量增大到12×107 N·m~(-1)时,开挖面趋于稳定,地表沉降槽曲线平缓,地表竖向位移较小;泥膜的厚度和黏合强度越小,开挖面挤出变形越显著,越容易引起较大范围的地层变形,从而导致地表塌陷;当泥膜的厚度为20mm且泥膜黏合强度为1 400N·m~(-1)时开挖面稳定。     

基于 ＦＬＡＣ软件的气压沉井刃脚反力计算

采用显式有限差分程序FLAC,模拟计算环形沉井基础切口处的刃脚反力。计算时,假定土体服从Mohr-Coulomb强度准则和关联流动法则。该方法的优点是可以避免对滑移面的任意性进行假设,方便利用不规则形状单元适应模拟各类复杂边界,并可把多种影响土体最终极限承载力的因素(如内聚力c、内摩擦角φ、重度r以及表面超载q等)综合考虑到一起,从而较为精确地计算沉井基础的刃脚反力。最后,把计算结果与已有结果及现场测试结果进行了比较。结果表明,用FLAC计算其结果比用BoltonLau、Kumar计算和用Vesic公式计算的结果都小,与Terzaghi公式计算的结果较为吻合,和现场实测结果最为接近。     

盾构施工扰动对隧道结构弹性沉降的影响

为探索盾构施工扰动对隧道弹性沉降影响的估算方法,需估计隧道最终沉降。以某地铁为背景,基于Winkler弹性地基梁理论,同时考虑土的扰动程度,得到土体扰动度与隧道弹性沉降的关系;考虑隧道上覆荷载、土体初始变形模量及隧道弯曲刚度不同取值对隧道弹性沉降进行修正;然后基于某地铁8年的监测数据,半定性半定量地分析了扰动度、地质条件、上覆荷载对隧道沉降的影响,并考察了弹性沉降占总沉降的比例,及不同地质条件、上覆荷载情况下扰动度的分布范围。研究表明:隧道弹性沉降量与隧道上覆荷载成正比;与土体初始变形模量呈幂函数关系;与土体扰动度D呈指数关系;这3个因素相互关联,地质条件好、上覆荷载小的区域往往施工扰动小,地质条件很差、上覆荷载很大的区域往往施工扰动大;粗略估计,隧道弹性沉降约占总沉降量的20%;该地铁施工扰动度一般在0.2~0.5,地质条件较好且上覆荷载较小的地区,扰动度大概在0.2~0.3;对于地质条件较大且上覆荷载较大的区域,扰动度大概在0.4~0.5;选择上覆荷载较小、地质条件较好的地段,比较容易将扰动度D控制在较小的范围内,可明显减小对隧道弹性沉降及最终沉降。     

富水角砾岩岩溶隧道综合加固效应及基底稳定性分析

以沪昆铁路麻拉寨隧道为工程背景,采用FLAC3D软件建立隧道三维数值模型,对采用大管棚加小导管综合超前支护、中台阶拱脚纵梁加固及中台阶添加临时仰拱等加固措施进行数值模拟分析。结果表明:中台阶拱脚纵梁的加固能明显增强初期支护拱脚的稳定性;综合加固措施对控制隧道围岩变形效果较好,对改善初期支护受力状态,特别是改善拉应力非常明显。在此基础上,模拟分析不同激振频率下隧道基底有、无桩筏基础情况下列车动荷载对隧道基底工后沉降和振动的动力响应规律。结果表明:激振频率对各测点沉降和振动速度的影响均较小,且高频激振对结构产生的危害要小于低频激振;采用桩筏基础加固隧道基底,对减小隧道基底沉降和振动速度的作用均非常明显,其最大沉降和最大振动速度比无桩筏基础时减小40.7%和74.4%,从而满足了相关要求,为隧道后期运营安全提供了保障。     

小净距平行地铁隧道下卧土体长期沉降规律研究

为研究小净距平行隧道下卧土体长期沉降规律,以上海地铁1号线人民广场站—新闸路站区间隧道为工程背景,采用ABAQUS软件建立平行隧道仿真模型.以人工激励函数模拟列车荷载,并采用反映动偏应力的长期沉降模型,结合分层总和法计算隧道及对称轴处土体沉降值,分析隧道净距、列车运营速度和隧道衬砌刚度对土体沉降的影响.结果表明:土体沉...