盾构施工引起土体超孔隙水压力消散问题的研究

基于Terzaghi-Rendulic二维固结理论,将土体视为饱和弹性介质,采用保角变换的方法将含有圆环(隧道)的半无限空间区域映射为圆环域,建立衬砌在不透水的情况下隧道周围土体超孔隙水压力分布的控制方程。采用分离变量法对该控制方程进行求解,得到处于饱和弹性土体中隧道周围土体超孔隙水压力消散的解析解。结合算例分析不同隧道埋深的情况下隧道顶部及水平向超孔隙水压力随时间变化的情况,以及埋深一定时隧道上方土体超孔隙水压力的变化规律。研究结果表明:隧道埋深越深,周围土体中超孔隙水压力的消散速度越慢;在开始阶段超孔隙水压力消散速度较快,随着时间的推移消散速度逐渐减慢;隧道周围土体水平向超孔隙水压力的消散速度要比竖向的消散速度快;隧道上方土体距离隧道越近,超孔隙水压力的消散速度越快。     

粘弹性饱和介质中圆形孔洞的动力响应

本文研究分析了粘弹性饱和介质中圆形孔洞在轴对称荷载和流体压力作用下的动力响应问题。利用Carcione提出的本构模型来描述介质的流变和松驰性质。通过引入势函数 ,在拉普拉斯变换域中得到应力、位移和孔隙水压力的解析表达式。运用拉普拉斯数值逆变换得到数值结果 ,分析讨论了反映介质粘弹性性质的参数在不同荷载条件下对计算结果的影响。分析表明介质的粘弹性性质对应力、位移和孔隙水压力的消散有很大影响。     

高速铁路地基土液化及稳定性研究

根据室内动三轴试验结果和地基土(粉土)中孔隙水压力的发展变化规律,结合达西定律,建立了考虑消散作用时地基土中孔隙水压力发展变化的计算模型,并推导了该计算模型的有限元形式,编制了相应的有限元计算程序;利用该计算模型和室内动三轴试验结果对高速列车作用下孔隙水压力发展变化过程进行了分析研究。结果表明:在高速列车通过时,地基中部分区域可能会发生液化现象,但是随着时间延长,地基土中孔隙水压力会逐渐消散;即使一列列车通过后不会发生液化现象,但如果通过的列车时间间隔较短,由于前几次列车通过时所产生的孔隙水压力无法充分消散,经过多次列车通过后,地基中也可以产生液化区域。     

考虑饱和度变化的高速铁路非饱和路基固结分析

饱和度对非饱和土的固结特性有明显影响,研究饱和度对固结变形的影响规律,有助于科学预测高铁基础工后沉降。基于Fredlund双参数理论和已有的一维固结解析解,求得非饱和土的一维固结速率。在考虑饱和度和渗透系数关系的情况下,结合典型算例,分析饱和度对固结特性的影响。研究结果表明:超孔隙气压力、超孔隙水压力的开始消散时间以及土体的开始变形时间均随着饱和度的减小而后延;高饱和度条件下的超孔隙气压力和低饱和度条件下的超孔隙水压力的消散速率更小,且消散过程更长;不同饱和度条件下的土体固结曲线在中前期都表现出相同的变形规律,但饱和度越大,土体固结时间就越短。     

高速铁路站场咽喉区复合地基的工程特性研究

结合京沪高速铁路济南西客站工程实际,对站场咽喉区深厚软土大面积堆载预压下复合地基的工程特性开展现场试验研究,分析不同位置和深度的超孔隙水压力、沉降变形以及桩土应力等参数随时间和填土高度的变化规律,为该地区同类工程设计和施工提供科学依据。研究结果表明:站场咽喉区复合地基内的超孔隙水压力随着荷载的增加而增大,达到峰值后消散,其变化略滞后于荷载的变化;超孔隙水压力的最大值出现在下卧层上部;在下卧层中,随着深度的增加,超孔隙水压力逐渐减小。站场咽喉区复合地基最大沉降发生在25m CFG桩加固区的中部,35mPHC管桩有效减小了站场中心区的沉降。主要压缩量发生在加固区底部和下卧层。站场咽喉区复合地基由路堤中心向外,桩应力、桩间土应力及桩土应力比总体呈减小趋势。在路堤填筑和预压中,站场咽喉区复合地基桩间土应力向桩传递,桩间土应力逐渐减少,桩顶应力逐渐增大,并逐渐趋于稳定。     

利用有效应力铲求解静止土压力系数研究

研究目的:静止土压力系数是地基土的一项重要的力学指标,确定静止土压力系数的关键是获取地基土原位状态下的水平有效应力。通过本研究,研制可同步测试土的水平总应力和孔隙水压力的有效应力铲,并拟建立有效应力铲试验确定静止土压力系数的方法。研究结论:(1)有效应力铲试验测定的水平总应力是沿铲面分布的平均值,铲面中心点处孔压测量值是超孔压分布的最小值;(2)随着孔隙水压力消散,铲面周围土体产生排水固结,导致有效应力增大;(3)与其他试验手段相比,采用有效应力铲试验贯入值计算的静止土压力系数一致性和相关性较好。     

盾构隧道同步注浆浆液压力消散规律研究

基于达西定律、力学平衡原理和广义虎克定律,推导盾尾空隙内浆液的固结方程,以软土地区典型的盾构隧道同步注浆参数为例,分析浆液压力消散规律。结果表明:浆饼(浆液固结层)厚度与土体剪切模量、泊松比成反比,与注浆压力成正比,与浆液固结前后孔隙比的变化密切相关;不计地层渗流阻力影响时,浆液压力的消散与浆饼厚度的形成主要集中在浆液注入盾尾空隙后的2.1h以内;地层渗流阻力可以延缓浆液的固结过程,但不能影响其最终固结状态;土体剪切模量的增大有利于促进浆液压力的快速消散;孔隙水压力的增大能明显抑制浆液压力的消散;注浆压力的增大对初始时刻浆液压力的消散具有明显的促进作用,但却会相应延长压力消散的时间。     

既有挡护结构排水失效的室内模型试验研究

研究目的:既有挡护工程排水失效是常见病害。为研究既有挡护结构土压力与孔隙水压力的相互关系,揭示排水失效对既有挡护结构造成损害的作用机理,本文通过大型室内模型试验,开展两种不同粒径土样(砂性土样与黏性土样)在三种排水条件下的土压力及孔隙水压力的变化规律研究,对排水前后土压力与孔隙水压力值进行对比分析。研究结论:(1)在水的作用下,如果不及时排除挡护结构后的土中水,土压力将急速增长,试验中最大增幅可达145%,墙背排水系统失效将导致挡护结构受力显著增加,挡护结构潜在被推移或推倒的可能。(2)墙背排水系统正常工作情况下,挡护结构墙背土体孔隙水压力会快速消散,但墙背排水系统部分失效将使墙背土体孔隙水压力消散时间明显延长。(3)工程应用中必须高度重视挡护结构的防排水设计。(4)该研究结果,可用于指导挡护工程设计以及既有挡护结构排水失效的处理。     

强夯法加固铁路松软土地基现场试验研究

结合强夯法加固铁路饱和松软土地基的现场测试试验,研究强夯过程中地层孔隙水压力的增长和消散规律、孔隙水压力的空间分布特征、地表位移和地层深处沉降的变化规律以及加固后的地基承载力。结果表明,强夯荷载作用下,孔隙水压力的影响范围可以达到水平距离4.75m和深度6m,在第1遍和第2遍强夯作用后经过约4～6d,孔隙水压力消散率能达到90%以上;同时,土层较深处的沉降量也十分显著,在第1遍强夯荷载作用后,3.8m深处的沉降量可以达到10.7cm。因此,用强夯法加固饱和松软土地基可行,加固后的地基承载力特征值可达240kPa。     

强夯作用下地基超孔隙水压力的变化规律现场试验研究北大核心

通过在济（南）乐（陵）高速公路试验区地层不同深度埋设孔隙水压力计,观测并分析强夯过程中超孔隙水压力的变化规律。结果表明：在1 500 k N·m夯击能夯击后,强夯最大影响深度可达8.5 m,有效加固深度约为6 m,有效加固深度系数为0.490;浅层超孔隙水压力增量大于深层超孔隙水压力增量;强夯径向影响宽度可达6 m,有效加固宽度为2-4 m;单点夯后6 h超孔隙水压力趋于稳定,24 h超孔隙水压力基本消散。另外,通过室内标准贯入度试验验证了该地基采用强夯处理后加固效果明显,7 m深度内土体地基承载力大幅提高。     

强夯作用下地基超孔隙水压力的变化规律现场试验研究

通过在济(南)乐(陵)高速公路试验区地层不同深度埋设孔隙水压力计,观测并分析强夯过程中超孔隙水压力的变化规律。结果表明:在1 500 k N·m夯击能夯击后,强夯最大影响深度可达8.5 m,有效加固深度约为6 m,有效加固深度系数为0.490;浅层超孔隙水压力增量大于深层超孔隙水压力增量;强夯径向影响宽度可达6 m,有效加固宽度为2~4 m;单点夯后6 h超孔隙水压力趋于稳定,24 h超孔隙水压力基本消散。另外,通过室内标准贯入度试验验证了该地基采用强夯处理后加固效果明显,7 m深度内土体地基承载力大幅提高。     

盾构隧道壁后注浆球孔压滤扩散模型

假设饱和软土地层中从管片注浆孔进行壁后即时注浆时,浆液直接接触周围土体,形成以注浆孔为中心的半球形浆体,与周围土体发生压滤效应,应用达西定律和弹性理论对球形浆体扩散过程进行理论推导,建立盾构隧道壁后注浆球孔压滤扩散模型。计算分析壁后注浆时隧道周围土体孔隙水压力、有效应力及注浆对管片产生的附加压力。分析结果表明:孔隙水压力随着远离注浆孔而逐渐消散;土体径向有效应力随着远离注浆孔逐渐减小,土体切向有效应力随着远离注浆孔先增大、后逐渐减小;注浆对管片产生的附加压力随着注浆压力的增大而增大。     

基于孔隙水压力的路堤稳定性分析

将单侧铁路路堤离散为三角形单元,在单元中构造线性速度场,将孔隙水压力视为外力,在计算路堤单元的内能消散率和外力的功率时采用有效应力,建立路堤稳定性的上限目标函数,引入内点法规划方法寻求路堤稳定性的上限解.根据工程实例,应用Bishop的简化条分法对上限解进行检验,通过比较本文方法是一种有效的数值方法.     

真空-堆载联合预压处理路堤软基相关问题分析

研究目的:真空-堆载联合预压技术已在港口、道路等工程领域得到推广应用,但其加固机理、地基沉降计算方法等尚存在争议或不明确,影响到该项技术的发展及应用。本文结合工程试验资料,对真空-堆载联合预压作用下真空度传递规律、孔隙水压力变化及消散特点、地基沉降变化规律及工后沉降控制效果等进行了分析,对真空-堆载联合预压在工程应用中的地基沉降计算方法、工后沉降影响因素等设计、施工方面的相关问题进行了分析和探讨。研究结论:在消除地基土中真空度的影响后,真空-堆载联合预压加固区地基土中超静孔隙水压力增加、消散规律与单纯堆载作用基本一致,在加固机理上没有本质区别。真空预压在附加应力及加固影响深度等方面与堆载预压有明显区别,在地基沉降计算时应予以考虑。真空-堆载联合预压工后沉降控制与地基条件、路基填高等因素密切相关,工程应用时应根据技术标准在设计、施工等方面加以考虑。     

水下浅埋小间距软岩隧道孔隙水压力研究

依托浏阳河水下浅埋小间距软岩隧道工程,通过埋设孔隙水压力计,分析了不同施工阶段水压力。结果表明:隧道在施工期间孔隙水压力呈有规律变化。在测试初期均随时间增长,距相邻隧道较近一侧的孔隙水压随时间变化起伏大,距相邻隧道较远一侧孔隙水压变化较平缓,相邻隧道施工会影响孔隙水压力变化,施工完二衬混凝土后孔隙水压基本稳定。隧道不同部位孔隙水压力不一样,隧道仰拱部位的孔隙水压力最大。其成果可供同类工程设计和施工时参考,也可为完善水下隧道围岩中水压力的计算方法和抗水压衬砌结构的力学分析提供依据。     

京沪高速铁路某路段强夯置换碎石墩地基加固工艺的试验研究

为探索京沪高速铁路某路段强夯置换碎石墩地基加固的工艺参数、施工方法以及土性适用条件并验证其加固效果,根据现场测试对强夯置换作用后,土层内会产生较大的孔隙水压力和孔隙水压力消散情况进行了研究.研究结果表明,加固体基本与基岩接触,加固体间的土体承载力特征值可达到240kPa,满足设计要求.     

基于孔隙水压力的路堤稳定性分析

将单侧铁路路堤离散为三角形单元，在单元中构造线性速度场，将孔隙水压力视为外力，在计算路堤单元的内能消散率和外力的功率时采用有效应力，建立路堤稳定性的上限目标函数，引入内点法规划方法寻求路堤稳定性的上限解。根据工程实例，应用Bishop的简化条分法对上限解进行检验，通过比较本文方法是一种有效的数值方法。     

深厚软土层桩-网复合地基承载性状监测分析

基于复杂海相沉积深厚软基处理情况,设置监测断面,埋设相关监测仪器,对桩-网复合地基上部路堤填土施工过程中地表沉降、深部分层沉降、桩土应力、孔隙水压力、土工格栅伸长量等的变化进行观测分析研究。在加载初始阶段,桩间土应力和桩顶土应力都有一个快速升高的历程,但桩间土应力增大的速率要小于桩顶土应力;在一定填土高度时,极值出现于桩间土,随之产生的"土拱效应"会使两桩中心处的土应力大于四桩中心处的土应力值;孔隙水压力随填土高度的增加上升得并不明显,荷载的变化对浅部孔隙水压力的影响较大,对深部的孔隙水压力影响则较小;地基分层沉降的速率与路堤填土的速率呈正相关,沉降量的大小与地层深度和地层特征有关;随着填土高度的增加,土工格栅的拉伸位移量亦增加,且桩间土处的土工格栅的拉伸率及所承受的拉力均要大于桩顶处。     

深厚软土区桥梁桩基偏位分析及处置措施研究

针对深厚软土地区地表堆载造成的桥梁桩基病害问题,对某典型城市高架桥桩偏位案例进行研究,结合有限元计算结果与现场检测结果,阐明了深厚软土区桥梁桩基的偏位机制,研究表明：不平衡堆载导致软土中超孔隙水压力增大,超孔隙水压力的消散导致地基土产生不均匀沉降,使得地基土内部产生水平荷载,同时桩身产生负摩阻力,这是导致桩基产生水平偏位且承载力降低的主要原因;不对称堆载,排水边界的变化,是加剧软土固结效应的潜在因素;当桩基已经产生偏位时,地表卸载对桩身变形的修正作用显著;基于PST的桩基完整性检测结果与桥墩偏位结果验证了有限元计算的合理性,根据仿真结果可以确定桩身的应力分布特征,为桥梁结构加固方案的制定提供参考。     

蒙辽客运专线粉砂地基固结压缩特性的三轴试验研究

依托新建通辽至京沈高铁新民北站铁路路基工程,对细颗粒含量分别为10%、15%、30%和40%的中密状态粉砂开展一系列室内固结不排水三轴试验研究,通过试验研究不同细颗粒含量粉砂在不同围压条件下的应力-应变关系、孔隙水压力的涨消发展模型及初始剪切模量的发展规律,揭示细颗粒含量和围压对中密状态粉砂应力-应变关系、孔压演化特性及初始剪切模量的影响规律。结果表明:空间应力状态下的不同细颗粒含量中密粉砂的应力-应变关系曲线以硬化型为主,符合增长型双曲线模式,且随着围压的增加,应力-应变关系曲线呈现强硬化状态,随着细颗粒含量的增加,应力-应变关系曲线呈现弱硬化状态。孔隙水压力的变化表现为随剪切的发展先经过一段上升过程,达到峰值后又开始下降,且随着细颗粒含量的增加,围压的增大,孔压的峰值越高,孔压消散速度降低,剪切完成后的残余孔压越大。初始剪切模量与围压呈正相关,即随着围压的增大而增大。同时,运用ABAQUS有限元程序建立计算机模型模拟试验,进一步验证上述分析结果的真实性与可靠性。