考虑流固耦合效应的水下隧道岸坡深基坑开挖数值模拟

文章以长沙市湘江大道浏阳河水下隧道工程为依托,改进了以往数值方法在反映隧道流固耦合效应方面的不足,建立了同时反映岩土体力学特性和水体流动规律的流固耦合模型,基于弹塑性流固耦合效应,对明挖段基坑开挖进行了三维数值模拟.从而揭示出:基坑开挖至预定深度后,由于岩土体内渗流尚未达到稳定状态仍会继续发展,基坑变形及支护结构受力还会继续增长.这一研究结果为基坑支护及安全施工提供了技术支持.     

大断面矩形顶管隧道开挖面土体稳定性研究

文章以采用土压平衡矩形顶管法施工的内蒙古科技大学地下通道为背景,采用理论分析、数值模拟、现场监控量测等手段,对砂砾石地层条件下矩形顶管开挖面的主动和被动破坏规律进行了研究,主要得到了以下结论:(1)考虑顶管隧道开挖面为矩形断面的特点,建立梯形楔体计算模型,推导出开挖面主动破坏时的极限支护应力计算公式并应用于实际工程,采用该公式计算得到的极限支护压力与数值模拟计算结果相差较小,两种研究方法得到了相互验证;(2)采用FLAC3D数值模拟得到的地表沉降槽与实测地表沉降槽形态基本相似,近似服从正态分布,且地表沉降值基本接近;(3)随着支护应力比的减小,开挖面塑性区逐渐由开挖面前方向斜上方发展,当支护应力比为0.165时,开挖面前方土体水平位移骤然增加,开挖面塑性区延伸至地表,土体丧失整体稳定性,发生主动破坏,且从开挖面失稳后地表塑性区扩展形态来看,基本接近梯形楔形体形状,从而验证了解析公式计算模型的合理性;(4)随着支护应力比的增大,开挖面前方土体塑性区自开挖面顶部向地表斜上方延伸,当支护应力比为3.0时,塑性区发展至地面,此时土体失稳,发生被动破坏,其塑性区范围远小于主动破坏时的塑性区。     

盾构隧道开挖面失稳破坏影响因素数值分析

采用数值模拟的方法探析了隧道开挖面水平位移随支护应力比的变化规律,并以隧道开挖面主动失稳破坏为分析对象,重点分析了隧道埋深、土体粘聚力及内摩擦角对开挖面位移及极限支护应力影响,结果表明：随着支护应力减小,隧道开挖面位移迅速增大,由“半圆形”大应变区发展为“烟囱形”破坏区;随着支护应力比的减小,隧道开挖面土体由弹性变形过渡到塑性变形,直至发生主动失稳破坏。当隧道埋深在2D内时,随着隧道埋深增大,隧道开挖面主动极限支护力基本不再增大且有趋于定值的趋势,这与“土拱”效应有关。隧道开挖面主动极限支护力随土体内摩擦角和粘聚力的增大而减小,土体的内摩擦角比土体的粘聚力对隧道开挖面主动极限支护应力影响更大。     

盾构隧道开挖引起邻近桩基响应的时空效应

为研究软粘土地层中隧道开挖期和运营期的桩基响应,文章借助有限差分软件FLAC3D,通过采用精细模拟法进行CVISC模型下盾构隧道分步开挖数值模拟,得出了桩基响应随隧道开挖和流变时间的变化情况,全面分析了考虑土体流变特性时盾构隧道开挖引起邻近桩基响应的空间效应、时间效应以及群桩的遮拦效应.结果表明:隧道开挖对桩基的影响主...     

盾构隧道开挖面被动极限支护压力的三维解析解

文章基于莫尔-库仑屈服准则,通过优化楔形块体的倾角并考虑土体粘聚力的影响,对现有的楔形块+倒棱台的土体破坏模型进行改进,建立了能够得到盾构隧道开挖面处于被动极限平衡状态下支护压力的三维计算模型;同时推导得出了相应的计算公式,并通过优化计算得到了开挖面处被动支护压力最小时楔形块体的倾角及极限支护压力;结合一算例,将所建模型的预测结果与经典的上限解进行了分析对比,验证了其合理性;最后探讨了土体内摩擦角、土体粘聚力、隧道上覆土厚度与隧道开挖面处被动极限压应力间的相互关系。研究结果表明:土体的粘聚力越大,开挖面处被动极限支护压应力越大,两者呈线性关系;土体的内摩擦角越大,被动极限支护压应力越大,且其变化速率也越快;随着隧道上覆土厚度的增加,被动极限支护压应力逐渐增加,且变化速率越来越快,两者之间近似呈指数函数关系。     

考虑围岩冻融损伤劣化效应的隧道长期稳定性研究

寒区隧道围岩受到冻融损伤劣化作用会对隧道长期稳定性造成不利影响。文章以鄂西北十房高速公路通省隧道片岩为例,通过室内冻融循环及压缩试验,得到单轴抗压强度与冻融循环次数之间的关系。根据掌子面围岩现场工程地质调查结果,并基于Hoek-Brown准则,估算出考虑冻融损伤劣化效应的岩体力学参数。然后采用FLAC3D对冻融循环条件下隧道的长期稳定性进行数值分析,分别得到0次、4次、8次、12次、16次、20次冻融循环条件下隧道衬砌位移场及应力场变化特征。结果表明,冻融循环作用下,隧道衬砌的变形及主应力均出现了不同程度的增大。与不考虑冻融损伤劣化作用相比,经过20次冻融循环作用后,衬砌的变形、最大主应力、最小主应力分别增大了1.3%、5.3%、1.5%。在支护方案选择及支护结构设计时,有必要考虑长期冻融循环作用下围岩力学特性损伤劣化对隧道稳定性的影响。     

砂土地层盾构隧道开挖面支护压力与地表变形关系模型试验研究

为研究砂土地层盾构隧道开挖面支护压力和地表变形的关系,文章通过自制模型试验系统,测量了砂土土样地表变形和开挖面支护压力,分析研究了地表沉降、隆起与开挖面支护压力之间的关系。通过测量不同覆土厚度情况下的扰动区域范围,建立了开挖面前方土体沉降和隆起破坏模型;试验得到了开挖面支护压力和地表变形相关关系曲线,在此基础上,提出了以0.2%开挖洞径变形量作为实际支护压力设定的参考点,并结合朗肯土压力公式给出了维持开挖面稳定的极限支护压力上下限值。为便于应用,建议了维持地表特定变形量下的支护压力值。     

煤层采空区隧道开挖稳定性研究现状

采空区隧道的稳定性研究一直是隧道工程研究领域的一个热点问题,文章对采空区隧道的稳定性从理论分析、数值计算、模型试验等方面进行了回顾和总结,并对目前的研究现状进行了评析,指出了今后采空区隧道稳定性的研究方向。     

基坑开挖对相邻盾构隧道变形的影响研究

文章就基坑开挖对盾构隧道结构的破坏进行研究,建立了基于基坑与隧道不同距离、不同隧道管片厚度的有限元模型,分析了不同厚度盾构隧道管片的位移场及纵向变形。得出以下结论：(1)相邻基坑开挖会引起位移过大、沉降、盾构隧道结构变形,造成断裂增多、漏水、渗漏等结构破坏;(2)随着隧道与基坑距离的减小,隧道变形不断增大,当距离<30 m时,管片厚度的增加大大改善了结构变形;(3)管片厚度的增加对纵向变形阻力没有明显影响。此外,当隧道与基坑距离<50 m时,应采取附加防护措施,以减少隧道纵向变形。     

富水大断面黄土隧道开挖流固耦合效应分析

兰州市轨道交通1号线东岗站后配线区间大断面隧道洞身黄土层含水率达到28.5%左右,饱和度达95%以上,施工中会诱发初期支护沉降变形过大、围岩长时间难于稳定等复杂问题。文章根据室内土工试验数据,建立三维有限元模型,基于流固耦合和不耦合效应,分析对比了富水大断面黄土隧道采用CRD法和双侧壁导坑法施工时的初期支护受力和变形特征、地表沉降及孔隙水压力场分布特征。结果表明:在该地层条件下,考虑流固耦合作用较不考虑流固耦合作用,地表沉降、初期支护竖向和水平位移无论是增长速率还是最终值都要大,后期无明显减小,且更接近现场实测值,但两者作用下的初期支护受力变化不大;基于流固耦合效应,采用CRD六部法在地表沉降和隧道变形控制效果方面更加有利,两种工法初期支护受力数值近似,但分布形式不同;流固耦合作用下,地下水水力梯度较大的地方主要位于隧道边墙和仰拱,施工时易发生渗漏,同时应做好拱部喷混凝土密实和回填注浆等,防止渗流场发生转移。     

邻近建筑物盾构隧道开挖引起的地表沉降预测研究

城市地铁区间施工主要以盾构法为主,但盾构法施工会使周围一定范围内的既有建筑物受到影响。目前对邻近建筑物地铁隧道施工引起的地表沉降分布规律研究偏少,且Peck经验公式在预测沉降时忽略了建筑物的存在及其刚度的不同对沉降分布曲线的影响。文章通过分析盾构隧道开挖邻近建筑物时引起的土体变形规律,得出如下结论:当地表沉降分别呈"塞形分布曲线"、"偏态分布曲线"和"正态分布曲线"的变化时,隧道分别在位于建筑物正下方、扰动范围内以及扰动范围外的三种工况下进行施工,同时给出了"塞形分布曲线"和"偏态分布曲线"的计算公式及相关参数。通过分析算例验证盾构隧道开挖位于建筑物不同位置处引起的地表沉降呈"塞形曲线"、"偏态曲线"和"正态曲线"分布的合理性,可为邻近建筑物隧道施工及设计提供理论指导。     

地面出入式盾构隧道稳定性控制措施有效性研究

文章以南京地面出入式盾构工程为背景,采用三维有限元模拟了地面出入式盾构隧道的整个施工过程,通过在模型中施加隧道内部压重与地表堆载,研究了两者对控制隧道上浮量、提高隧道稳定性的有效性。分析计算结果与现场监测数据表明:内部压重能够明显地提高隧道的稳定性,且效果比较明显;地表堆载也能在一定程度上减小隧道的上浮量,但其效果没有内部压重明显;施工中应结合现场实际条件,综合采用两者来实现最佳的稳定隧道效果。     

复合地层隧道开挖面稳定性分析

文章针对隧道开挖地层为复合地层的情况,构建复合地层隧道数值分析模型,研究复合地层隧道开挖面稳定性,同时分析不同支护压力作用下开挖面位移及塑性区的变化特征.研究结果表明:(1)研究复合地层隧道开挖面位移与塑性区变化特征,上软下硬的开挖面位移由0.04 m增加至0.45 m,塑性区范围扩展且集中于开挖面前方;(2)不同支护...     

新加坡地铁C855标盾构隧道开挖面稳定性分析及泥水压力设定

复合地层中盾构隧道开挖面稳定性一直是盾构隧道工程技术难点之一。新加坡地铁环线属于典型的复合地层,并首次大规模采用泥水平衡盾构施工。文章结合地铁环线C855标段,对复合地层泥水平衡盾构施工中开挖面的稳定性分析与泥水压力设定等问题进行了探讨,基于Anagnostou和Kovari提出的楔形体模型,引进稳定数Ns概念,对沿线开挖面的泥水压力进行了分析计算,综合考虑设备性能、周边环境条件、现场组织与实施等因素给出了泥水压力设定表;并针对工程实施过程中遇到的问题,如开挖面坍塌、泥水逃逸以及降水等情况进行了分析,成果可为其它类似工程提供借鉴与参考。     

隧道爬坡开挖与水平开挖掌子面稳定性对比分析

地铁附属结构施工时受场地及工期影响往往采取爬坡开挖方式。为了确定其掌子面的安全状态,文章通过理论分析并结合数值模拟,对比分析了爬坡开挖与水平开挖下掌子面的稳定性。其中,采用极限分析上限法掌子面破坏区假定,对比分析了爬坡开挖与水平开挖的破坏区影响范围及位置;采用数值分析方法,研究了爬坡与水平开挖不同工况下等值应变区的位置和掌子面水平位移变化规律。分析结果表明:隧道爬坡开挖造成的影响区范围略大于水平开挖,影响区位置比水平开挖略低;掌子面0～1/3高度范围内爬坡开挖引起的水平位移比水平开挖略大,掌子面1/3高度以上范围内略小;爬坡与水平开挖下掌子面最大水平位移均位于掌子面1/3高度处,且爬坡开挖下掌子面变形并不大于水平开挖;在不考虑超前支护的情况下,爬坡与水平开挖的掌子面稳定性基本一致,而在选取适宜的超前支护措施前提下,能够保证掌子面的稳定性。     

运河开挖卸载下水下盾构隧道纵向上浮量预测研究

文章基于弹性地基梁弯曲微分方程,变形、转角、剪力以及弯矩协调方程和边界条件,建立了运河开挖卸载下水下盾构隧道纵向上浮量预测模型,并对模型进行了求解。算例结果表明:预测模型获得的解析解与数值解几乎吻合,最大误差在2.7%以内,可运用于类似工程上浮量预测;盾构隧道纵向上浮量随地层反力系数的增大而减小,但非线性递减关系,当地层反力系数大于10 000 k N·m-3后,其上浮量几乎不受地层反力系数影响;实际工程可通过壁后注浆技术控制地层反力系数在10 000 k N·m-3左右,达到经济与安全的平衡。     

高速公路软岩隧道开挖稳定性数值分析

以某高速公路软岩隧道施工为例,通过采用大型有限差分软件FLAC3D建立数值分析模型,对采用三台阶预留核心土开挖过程中不同支护阶段的隧道位移进行了监测,并重点分析隧道不同埋深对其位移的影响,得到以下结论：隧道开挖过程中拱顶沉降最大,隧道埋深30 m时上台阶、中台阶、下台阶以及全部初支完成后的拱顶位移分别为7.72 mm、9.14 mm、10.06 mm和11.38 mm,各阶段沉降均在控制范围内;隧道开挖过程中,上台阶开挖过程中产生的位移最大,其次是中台阶开挖,隧道埋深30～60 m范围内时,二者位移量之和约占总沉降量的80%;随着隧道埋深的增大,各阶段的隧道位移均增大,相比于隧道埋深30 m时,隧道埋深60 m和90 m时的竖向位移分别增大了46.6%和81.3%,水平位移分别增大了57.8%和103.6%,其中核心土开挖对隧道水平位移影响较小。     

考虑套拱加固作用的隧道洞口边坡稳定性研究

文章采用有限元强度折减法,对金鸡山特大断面连拱隧道的洞口边坡按自然边坡、不考虑套拱的进洞过程、实际进洞过程三种工况进行稳定性分析,研究了套拱对边坡稳定性的影响以及进出洞施工过程中边坡结构的受力状态,为套拱的设计与施工提供参考。     

盾构隧道施工对邻近深基坑开挖影响的三维有限元分析

盾构隧道施工对周围环境的影响问题在工程界越来越受到重视.本文就这一问题,结合实际工程,采用三维有限元分析了盾构隧道推进对相邻基坑的影响规律,为解决实际工程问题提供了理论依据.