砂土地层盾构隧道开挖面土体应力状态分析

结合南京某越江隧道工程,建立了模拟盾构隧道开挖面失稳过程的数值模型,研究了越江盾构隧道开挖面失稳过程中土体应力变化以及由土体应力重分布引发的土拱效应。研究表明： 沿埋深由下至上,土体竖向应力随开挖面位移的增大先减小后保持不变,水平应力先减小后略微增大; 土体侧压力系数沿埋深由下至上先增大后减小; 随开挖面位移增大,开挖面前方局部土体竖向应力和水平应力同时减小,形成失稳破坏区; 失稳破坏区上部土体竖向应力减小,水平应力增大,形成拱顶区; 失稳破坏区四周土体竖向应力增大,水平应力减小,形成拱脚区,土拱效应逐渐发挥。     

基于流-固耦合的盾构隧道开挖面稳定性研究

利用FLAC3D建立三维数值模型,对考虑完全流-固耦合效应的盾构隧道开挖面失稳过程进行模拟和验证,并进一步分析水位高度、渗流时间对开挖面变形、地表沉降和孔隙水压力的影响。研究表明:开挖面变形随支护压力比的减小经历3个阶段的变化,且与土体塑性区的发展密切相关;相比于无水状态,考虑流-固耦合效应的开挖面稳定性显著降低,随水位的升高、渗流时间的增大,开挖面发生失稳破坏的支护压力比明显增大;支护压力比(表征支护压力)的减小将导致开挖面前方一定范围的孔隙水压力减小,靠近开挖面的孔隙水压力受扰动程度加剧,形成"漏斗状"的影响区;开挖面失稳导致土体位移场延伸至地表,引起地表产生明显的沉降变形,在不同的变形阶段开挖面中心点位移与最大地表沉降分别呈抛物线相关和线性相关。     

黏土地层盾构隧道开挖面稳定性的离心模型试验研究

在盾构施工过程中，软黏土地层开挖面的变形机理和稳定性研究仍处于经验阶段。利用离心模型试验，研究了上海黏土地层盾构开挖面稳定性问题。试验分析了盾构开挖过程中开挖面前方土体土压力的变化规律和支护应力与地表沉降的关系。给出了主被动破坏的极限支护应力值以及施工参考范围，这对黏土地层盾构开挖面稳定性控制至关重要。     

黄土高边坡开挖过程中的稳定性分析

根据甘肃兰州南坡坪—恩寺段K0+400~K1+498黄土高边坡地质地形特征，运用有限元软件对边坡支护和未支护工况进行数值模拟，对比分析两种工况下边坡的变形形态，塑性区的分布以及边坡稳定性。分析结果表明:未支护开挖和及时支护开挖各级测点的水平位移增量值变化趋势基本一致，产生的水平位移均指向坡外，坡面中部水平位移最大，坡顶水平位移最小；在竖向变形中，支护和未支护两种工况都表现出高测点比低测点变形大，最大竖向变形出现在坡顶，每级开挖都出现卸载回弹现象。综上说明，支护措施可有效减少水平和竖向变形，维持坡体稳定。     

不同基坑开挖顺序下地铁变形特性数值分析

为了研究深大基坑开挖对临近地铁变形的影响，以天津某基坑为研究对象，运用PLAXIS3D数值分析软件，模拟分析了三种开挖工况下地铁变形特性。结果表明:深大基坑开挖导致的地铁车站及隧道水平位移大于竖向位移，但竖向位移的不均匀变化是导致车站及隧道开裂的主要原因；不同的卸载路径会导致不同的地铁变形特性，按照由远及近的开挖原则，选择合理的基坑开挖顺序，可以有效地减少地铁变形。     

泥水盾构隧道开挖面被动破坏研究进展

泥水盾构施工过程中,压力舱内泥浆压力梯度很难与地层土水压力梯度保持一致,尤其是大断面时,其顶部泥浆压力显著大于地层土水压力,致使开挖面面临严峻的被动破坏风险,因此有必要对盾构隧道开挖面被动破坏的研究进展进行总结和分析,指出泥水盾构砂土地层开挖面被动破坏研究中存在的问题。从极限分析法等理论研究、数值模拟及模型试验3个方面总结盾构隧道开挖面被动破坏研究进展,并分析研究中存在的问题。主要结论如下： 1）目前缺少砂土地层中泥浆冲破泥膜、发生劈裂破坏及其对开挖面稳定性影响的相关研究; 2）受到试验条件的限制,尚未开展大直径开挖面被动破坏,尤其是气压支护-带压开舱等危险工况下开挖面稳定的离心模型试验; 3）离心模型试验采用刚性板模拟盾构开挖面,与土体实际的受力和变形情况存在较大的差异。最后,对今后的主要研究方向提出建议。     

扬州瘦西湖隧道全黏土地层泥水盾构施工开挖面稳定性研究

扬州瘦西湖隧道地处全黏土地层,在该类地层中使用泥水盾构施工的案例较少,全黏土地层在盾构施工下的土体力学性质与变形规律尚未得到充分研究。为了解决全黏土地层在盾构施工下开挖面稳定性与各项盾构参数之间的关系问题,采用室内试验与计算模拟相结合的方法对瘦西湖隧道泥水盾构施工停机状态下的开挖面稳定性进行研究分析。研究结果表明:1)盾构停机时,随着停机时间的增长,泥水不断浸入开挖面前方土体,开挖面附近土体应力表现出一定的拱效应,导致开挖面稳定性不断降低;2)在泥水浸润时间相同的条件下,随膨胀土膨胀力取值的增高,开挖面极限支护压力呈现增长趋势;3)根据开挖面失稳原因,提出了开挖面稳定性控制措施,并通过模型计算进行验证。     

高水位条件下盾构隧道开挖面稳定性数值模拟

通过考虑渗流影响的三维有限元数值模拟,对高水压条件下盾构隧道开挖面稳定性进行研究,获得开挖面破坏模式和极限支护压力。研究结果表明：开挖面前方土体破坏面倾角随水位增高而逐趋平缓,总极限支护压力与水位高度呈非线性关系,且其斜率随水位增高而增大;在水位高度一定时,隧道埋深越小,渗流力对开挖面破坏模式和极限支护压力的影响越大。     

水利工程中双排钢板桩支护结构性状研究

某水闸基坑工程中采用带拉杆的双排钢板桩结构解决单排钢板桩支护位移过大问题。运用有限元软件模拟排间距及被动区土体加固长度对支护结构及周边管道位移的影响,结果表明,双排钢板桩支护结构前、后排桩及桩间管道水平位移均随排间距的增大而减小,桩间管道竖向位移随排间距的增大先增大、后减小,竖向位移最大时对应的排间距与桩间土体破坏面宽度有关。支护结构及管道位移均随土体加固长度的增大而减小。通过设置合适的排间距及土体加固长度,基坑开挖变形满足规范要求并可限制桩间管道位移,供类似工程设计参考。     

桩撑支护软土深基坑大变形固结有限元分析

结合广州某桩撑深基坑支护工程,运用ABAQUS有限元软件,对基坑进行考虑渗流作用的大变形固结研究,分析了基坑开挖过程中,支护桩桩身和坑后土体的水平位移、坑底隆起量、周边地表沉降量、支撑轴力及支护桩弯矩等的变化规律.结果表明:大变形固结有限元分析得到的桩身水平位移等变形值与实测结果吻合较好,由于考虑了渗流作用模拟值略大于实测值;大、小变形分析得到的支护桩桩身弯矩结果比较接近,二者相差0.1 %左右;支撑轴力的大变形模拟结果与实测结果相差不大,轴力的变化规律和开挖过程相吻合.大变形固结分析,能很好地模拟基坑开挖过程中土体和支护结构的真实性状.     

基于FDM-DEM耦合的盾构开挖面前方土体三维位移特性研究

盾构隧道施工本质上是在三维空间中利用机械实现动态掘进的过程。为了研究盾构施工对开挖面前方土体的位移影响，基于有限差分法(FDM)与离散单元法(DEM)开展了多组三维连续-离散耦合数值计算，并结合现场监测，提出相应的施工建议。首先，基于弹性力学的Mindlin解，综合考虑盾构顶推力、辐条式刀盘摩阻力和盾壳摩擦力对土体位移的共同作用；基于三维镜像法和球孔收缩问题推导了地层损失引起的三维土体位移场表达式，建立了开挖面前方土体三维位移完整解析公式；其次，为了同时满足工程分析尺度和反映土体细观力学特性需要，引入新版连续-离散耦合技术。依托工程实例，通过三维单剪模拟试验与室内直剪试验对离散域内的颗粒细观参数进行验证。最后，基于三维位移解析解和连续-离散耦合模型分析了开挖面前方土体位移特性及不同盾构顶推力、刀盘转速和推进速度下的三维土体位移特征。结果表明：三维位移解析解和连续-离散耦合的计算结果均与实测值匹配程度较好；在盾构掘进过程中，地表沉降量逐步增大，盾构开挖面通过后沉降量得到暂时控制；顶推力过大容易使开挖面前方H/4～5H/4范围内地表出现局部隆起现象；刀盘转速的提高会加大地表沉降量，使沉降槽...     

基于FLAC3D的高速公路高边坡合理开挖施工工艺研究

为了合理的确定实例边坡开挖施工工艺,分别设定不同开挖级数和开挖深度工况,采用FLAC3D软件对该边坡在不同开挖工况下的变形情况和安全系数进行数值模拟,得到：①边坡的安全系数在每一级开挖过程中逐渐减小,因此要尽量减少对边坡的扰动;②边坡每级开挖深度为15 m时边坡的稳定性最好,开挖深度过小会对原始边坡形成持续扰动,而过大则容易形成剪切破坏贯通区,2种情况都不利于该边坡的稳定。     

类土质公路边坡开挖扰动破坏过程的研究

基于云南省某类土质公路边坡的开挖工程实例,利用有限差分软件Flac3D对其施工过程进行了数值模拟,围绕开挖对边坡的扰动效应进行了深入详细的研究.通过研究表明:开挖对边坡位移场的扰动较大,特别是第五步开挖对位移场的扰动最大;开挖对边坡应力场的扰动较小;开挖对地震裂缝的扰动明显;由于扰动作用,地震裂缝右侧靠近临空面的地表产...     

基坑开挖对邻近地铁隧道的影响研究

随着城市建设的发展,城市轨道交通网络逐渐完善,地铁隧道在其正常运营阶段不可避免地要受到各种新建工程活动的影响,其中包括基坑工程。文中以上海地铁二号线南侧越洋广场项目基坑工程为背景,采用三维快速拉格朗日法,对基坑开挖过程进行数值模拟,结果表明,在基坑开挖过程中,基坑周围土体变形以竖向位移为主,地铁隧道的变形以水平位移为主。同时,对基坑底部土体进行预加固措施,可明显减小基坑开挖对地铁隧道的影响。     

成都市凯德商用天府项目基坑开挖对桥梁桩基的影响研究

采用大型通用有限元软件ANSYS对成都市凯德商用天府项目基坑及其周边桥体桩基础进行三维数值仿真分析,研究了有限元模拟的几个关键问题,并对基坑开挖过程进行模拟。结果表明:基坑开挖完成后,桥梁桩基最大水平位移2.80 mm,最大竖向位移1.00 mm,最大压应力7.88 MPa;基坑中心土体上拱8.91 mm,桩基周围靠基坑侧土体下陷最大值4.53 mm;桥梁桩基和土体的各项指标均在限值之内,在监控状态下可继续进行基坑开挖。     

软弱围岩大断面隧道相向施工围岩稳定性分析与掌子面加固研究

相向施工的软弱围岩隧道临近贯通时,两开挖面的扰动区将会叠加,围岩应力及变形异常复杂,存在掌子面大变形和失稳问题。结合狮子垄隧道,采用数值手段分别对单向、相向施工时的隧道围岩应力与位移场进行研究,分析临近贯通时围岩的稳定性。结果表明,相向施工时,随着掌子面前方土体长度的减小,围岩塑性区明显增大,变形加剧,拱效应逐渐减弱,稳定性大大降低;两开挖面间存在极限距离,当2个掌子面距离小于该值时,围岩大范围临近塑性破坏,必须采取有效应对措施,方可保证隧道施工安全。在对掌子面加固、提高初支强度等措施效果分析的基础上,采用竹锚管注浆对狮子垄隧道贯通段掌子面进行加固,并提高初支强度,保证了该软弱围岩大断面隧道顺利安全贯通。     

非平衡荷载下地铁车站深基坑支撑结构力学特性研究

以杭州某地铁车站深基坑为工程背景,运用PLAXIS 3D对非平衡荷载作用下支撑受力特性进行三维数值模拟研究。结果表明:随着基坑开挖深度的增加,支撑最大轴力先增大后趋于稳定且有变小的趋势,支撑最大剪力和最大弯矩逐渐增大且增加幅度逐渐减小,支撑变形先减小后增加;基坑内土体竖向位移先增大后减小;应注意第三阶段土体稳定性及开挖后期工程安全性问题。     

路堑高边坡开挖支护对变形及稳定性影响

运用有限元软件建立高边坡数值模型,并分别模拟逐级开挖边坡无支护开挖和及时支护开挖两种方法,针对不同开挖过程中边坡变形及稳定性变化规律进行对比分析,研究表明:采用未支护边坡开挖形式,边坡安全系数整体呈下降趋势,水平和竖直位移均呈增大趋势,塑性区出现较大变形,边坡稳定性较低;采用及时支护开挖形式,边坡安全系数较高,边坡变形量较小,边坡稳定性较强;及时支护边坡开挖可以降低边坡变形和提高稳定性。     

高地应力条件下深埋隧道开挖方式数值优选及工程应用

针对高地应力条件下隧道全断面施工过程中出现的挤压掉块、支护结构扭曲破坏等现象,拟采取上下台阶法或下导洞超前开挖法进行施工,现利用有限差分软件FLAC3D模拟分析了全断面法、下导洞超前开挖法、上下台阶法3种开挖方案,对比分析位移场、塑性区和应力场的分布特征,结果表明： 综合考虑位移场、塑性区及应力场分布等关键特征,推荐采用上下台阶法进行现场施工,采用该方法施工后开挖面稳定性得到明显改善,且现场监测数据与数值计算结果较为吻合。     

盾构隧道穿越软硬不均地层时掌子面稳定性分析

在盾构隧道施工中，由于地层条件以及盾构掘进参数设置的多变性，使盾构给予开挖面的支护压力有较大的波动。针对广东肇庆市盾构隧道穿越软硬不均地层的施工，运用数值模拟研究由于开挖面支护压力变化而引起的地层变形规律、开挖面失稳后的破坏状态，并最终确定使开挖面保持稳定的极限支护压力。