动荷载对竖向排列地下硐室群稳定性影响分析

运用FLAC3D,系统研究动荷载振幅、频率以及工程因素对竖向排列地下硐室群稳定性的影响,并实例分析地下硐室群在爆破震动作用下的稳定性。研究结果表明,振幅对地下硐室群稳定性的影响最明显,隔板对动荷载具有放大效应,当振幅等于0.5 m.s-1时,放大系数为1.35,放大系数随动荷载振幅的增大而增大;围岩塑性区面积也随振幅增大而增大。隔板位移量随频率的增大先减小后增大,50 Hz的高频动荷载对地下硐室群稳定性最不利;隔板最大位移量随硐室间距的增大而减小,随上方硐室跨度的增加而增大,硐室间距越大,上方硐室的跨度越小,对地下硐室群稳定性越有利。动荷载作用下地下硐室群围岩出现较大的应力集中,但最大拉应力小于岩体的抗拉强度,地下硐室群围岩不会出现拉裂破坏。结合工程实例,分析爆破震动作用下地下硐室群的稳定性,分析结果表明,沿硐室群轴线方向,洞口位移量最大,中间部分的位移量最小,这与实际监测结果一致。     

京张高铁八达岭长城站耐久性设计方法及措施

为了提高隧道及地下工程的耐久性,降低地下工程运营期维修养护的成本,采用系统分析法研究地下工程的耐久性机理,提出地下工程结构耐久性的计算模型及其定量化设计方法。隧道结构的耐久性取决于初期支护和二衬承载力的衰减,初期支护承载力的衰减将引起二衬荷载的增大,隧道结构耐久性的安全系数可采用二衬承载力与其荷载的比例来表示,当二衬荷载增长曲线与其承载力衰减曲线相交时,隧道结构达到承载力极限状态,此时也即为隧道耐久性的设计使用年限。八达岭长城站支护体系设计中,采用围岩长期自承载的设计理念,利用长寿命初期支护加固围岩,形成持久的围岩自承载拱,长期承担全部围岩荷载,二衬作为安全储备。同时,增加锚杆注浆保护层的厚度和密实度、设置居中定位器来提高锚杆的耐久性,采用分段高压注浆来提高锚索的耐久性,采用中低热水泥、Ⅰ级粉煤灰、多级配整形骨料、控制入模温度、优化配合比、进行保湿保温养护等措施提高二衬混凝土的耐久性,形成长寿命支护结构体系。     

基于概率神经网络和层次分析法的硐室群施工风险评估

地下硐室群施工风险研究尚处于起步阶段,为快速准确评判风险因素,预防施工安全事故,利用概率神经网络(PNN)和层次分析法(AHP)建立风险评估模型,并研发硐室群施工风险评估软件。通过统计分析硐室群施工风险因素,设置工程地质、自然、设计施工和管理4个一级风险因素,23个风险控制指标,建立针对硐室群施工的风险指标体系。收集典型样本数据后,基于PNN对施工风险等级进行评判,同时采用AHP定量分析风险因素权重,迅速捕捉风险点,采取风险控制措施并优化施工方案。运用研发软件对重庆轨道交通18号线歇台子站硐室群施工进行风险评价,得到风险概率等级为Ⅳ,在施工过程中需要重点监测和控制地下水、围岩等级和支护及时性等带来的影响,实例评价结果与现场情况相吻合,验证了该评估软件的有效性和实用性。研究表明：针对硐室群施工建立的指标体系和评估方法能有效预测风险级别,实时指导施工过程,确保地下硐室群施工安全。     

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。     

深基坑双排桩结构受力变形机理及其计算模型研究

近年来,为了适应国内城市地下工程建设蓬勃发展带来的地下工程密集化、复杂化等方面的需要,深基坑开挖时双排桩围护结构因具有侧向刚度大、控制变形能力强、施工快速等特点在各种大型深基坑工程中得到了较为广泛的推广和应用。但实际设计过程中,由于该结构的变形机理与计算模型尚未有统一的理论,其设计方法比较杂乱,存在一定程度的保守设计。依托南京梅子洲青奥城地下空间工程及其现场监测数据,采用有限元计算模型对近年来在地下工程中逐渐得到推广使用的双排桩围护结构的变形机理、土压力分布规律等进行探讨和研究;在此基础上,结合与目前广为应用的理正双排桩模型和新规范双排桩模型的对比分析,研究并提出更吻合实际的、精确反映结构变形和力学特性的双排桩围护结构的修正设计计算模型,该模型架构清晰,准确性高,贴近实际工程设计,可以大力推广应用于双排桩结构的计算分析。     

地下工程混凝土结构自防水技术

通过对地铁地下车站混凝土结构防水技术的研究,分析了混凝土自防水在设计方面应遵循的原则,总结了混凝土自防水的施工技术要点,指出地下工程防水的根本在于混凝土结构的自防水。     

等截面抗拔桩在地铁车站抗浮中的应用

地下地铁车站的抗浮是目前地铁工程建设中一个经常面临的问题,通常采用的措施是使用抗拔桩。由于目前对抗拔桩的抗拔承载机理缺乏深入了解,设计计算理论尚不成熟,且没有现成的规范作为设计依据,因而在一定程度上影响了抗拔桩技术的推广应用。本文就等截面抗拔桩的破坏机理及其在地铁车站抗浮应用中的一些问题进行了探讨。     

高速铁路连续梁-拱桥拱梁竖向刚度比分析

研究目的:在梁-拱组合体系桥梁设计中,拱梁刚度比对整体结构的受力和变形、动力特性、稳定性以及施工方法有较大影响,设计中应根据具体情况,合理选择拱梁的相对刚度,以达到最优的结构体系.已有梁-拱组合体系结构性能研究中,拱梁刚度比一般认为是拱肋和主梁构件抗弯刚度的比值,这种计算方法只是简单地将拱和梁的抗弯能力进行比对,并不能...     

满足特殊承载冲击要求的司机室钢结构设计及仿真计算

为满足司机室的特殊承载及冲击要求,文章以某蓄电池工程车为研究对象,介绍了司机室钢结构的设计特点,并根据设计模型进行静强度及碰撞冲击的有限元仿真计算。计算结果表明,司机室钢结构的静强度和抗冲击能力均满足设计要求。     

硬岩地层浅埋暗挖隧道成拱效应分析

研究目的:随城市化进程步伐的加速,浅埋暗挖法地铁隧道修建作为发展地下交通的重要手段。为研究浅埋暗挖隧道成拱效应,本文以青岛地铁工程的修建为研究对象,通过复变函数法弹性解析解及围岩应力和位移解析解计算围岩压力反推拱顶可承载厚度;通过拱盖变形量反推隧道拱盖承受的上覆荷载,进而说明在浅埋隧道也存在"成拱效应"。本文采用理论推导和数值模拟方法对浅埋暗挖隧道成拱效应进行模拟分析,并结合某车站现场实测数据进行说明。研究结论:(1)浅埋暗挖隧道围岩自身能承担上覆地层80%多的荷载,证明硬岩地层浅埋暗挖大跨车站也存在显著的自成拱效应,在设计与施工中需重点考虑;(2)硬岩浅埋隧道在一定覆岩厚度条件下存在成拱效应,围岩承受了大部分载荷,初支承受的荷载很少,印证浅埋大跨车站成拱效应存在;(3)本文研究结果可为今后硬岩地区浅埋暗挖隧道施工提供理论参考依据,并为类似隧道工程的施工与设计提供参考。     

超大断面地铁车站暗挖方法数值模拟优化

超大断面地铁车站暗挖法方案的比选应统筹工程地质条件,周边环境要求以及初始地应力等因素,目前尚未有全面考虑以上因素的优化设计理论。结合青岛地铁2号线环城南路站暗挖工程,基于弹塑性力学理论,对两种开挖方法下围岩应力场、位移场进行有限元计算,以围岩塑性区面积、地表沉降以及洞内收敛变形为优化评价指标对计算结果进行优化分析。分析结果表明:基于弹塑性力学理论的有限元方法能够较为准确地反映工程实际情况;对超大断面硐室开挖采用多开挖面,可以实现及时初支并封闭围岩的开挖方案,与传统的双侧壁导坑法相比,可以有效减小围岩塑性区分布,降低地表沉降量和洞内围岩收敛变形。优化结果对类似超大断面硐室施工具有一定参考价值。     

曲线梁-斜跨拱组合钢桥结构分析与试验研究

针对某50 m跨曲线钢箱梁与60 m跨斜跨钢箱拱组合桥进行空间受力分析,并进行成桥的静载与动载试验.采用ANSYS程序建立全桥的空间有限元模型,并配合自编程序分析组合结构在设计荷载下的受力特征及拱、梁承载状况.根据桥跨结构的受力特性,对钢箱梁和钢箱拱的最不利弯矩截面进行静载试验,测试梁与拱的应力及位移,并进行拉索索力测试.静载试验结果表明,桥跨结构实际受力状况与计算模式相符较好;静载下钢箱梁、拱的实测应力相对较低;静载下几何位移基本小于计算值,说明实际桥跨结构安全储备很大.同时采用脉动法进行自振特性测试,并进行行车、跳车激振试验.动力试验表明,桥跨结构动力特性良好.     

连拱隧道地形偏压临界覆土厚度的研究

对于偏压连拱隧道,最新公路隧道设计规范虽然在其附录中给出了偏压隧道衬砌荷栽的计算方法,但没有指出何种情况下按偏压隧道衬砌荷栽计算.借鉴铁路隧道设计规范的经验,应用比尔鲍曼理论求得塌落拱曲线方程,然后用作图法在连拱隧道外侧作一个切线与以地形的坡度求出的塌落拱曲线方程的切线相平行,两平行线的距离即为连拱隧道地形偏压临界覆盖厚度.这为偏压连拱隧道设计提供了依据,很有实际意义.     

京张高铁八达岭长城站大跨度深埋三连拱隧道设计及施工方法研究

目前三连拱隧道衬砌荷载尚无成熟的计算方法且类似工程施工经验相对较少,以京张高铁八达岭长城站为例,研究在V级围岩地质条件下,大跨度深埋三连拱隧道设计计算方法及合理的施工工序。依据普氏平衡拱理论并借鉴双连拱隧道围岩荷载计算方法,提出深埋三连拱隧道围岩荷载模型,通过建立有限元模型,分析三连拱隧道的合理施工工序。研究表明:三连拱隧道围岩压力可以看作拱部松散土压力及中隔墙所承受的压力之和;三连拱施工工序推荐采用先侧洞后中洞的工序,对于施工过程中保持围岩及支护结构体系的稳定较为有利;通过右洞围岩压力计算结果与现场检测结果对比分析,围岩压力最大相对误差在10%以内,全施工阶段监测情况一切正常,验证了解析法计算结果的合理性及施工工序的优越性。     

钢管砼梁拱组合结构拱肋受力行为分析

以宜万铁路宜昌长江大桥为工程背景,通过有限元计算,分析了钢管混凝土拱肋施工阶段主梁控制截面受力情况,还对目前国内三种主要钢管混凝土规程进行了比较分析。通过分析比较,发现在拱肋施工的各工况中,钢管拼装和吊杆张拉对结构的受力影响较大。对钢管混凝土梁拱组合结构的设计计算,宜采用把钢管转化为混凝土的理论计算,以其他的理论的计算作为参考,以期使结构设计更加合理。     

既有隧道上方挖方承载拱效应模型试验研究

设计室内模型试验,改变模型中既有隧道的围岩级别和衬砌刚度,采用在既有隧道上方挖方的方式,考察挖方过程中既有隧道围岩压力、衬砌变形和结构内力的变化规律,研究既有隧道的承载拱效应。结果表明:衬砌刚度较大时Ⅴ级和Ⅵ级围岩的承载拱外边界分别位于覆跨比1.3～1.6和1.6～2.2范围内,衬砌刚度较小时Ⅴ级和Ⅵ级围岩的承载拱外边界分别位于覆跨比1.6～1.9和1.9～2.5范围内;衬砌刚度越大承载拱范围越小,围岩级别越差承载拱范围越大;在既有深埋隧道上方不断挖方时,会逐渐对承载拱产生影响,使既有隧道经历无影响(覆跨比大于2.9)、弱影响(覆跨比处于1.4～2.9)和强影响(覆跨比小于1.4)3个阶段;既有隧道上方挖方过程中,拱顶相对其他部位受影响最大。研究成果可为类似近接隧道工程的设计和施工提供借鉴与参考。     

软岩边坡椅式桩板结构受力变形机理数值计算分析

椅式桩板结构是岩质陡坡地段的一种新型支挡结构,可严格控制路基沉降、保证路基稳定性,尤其适用于山区陡坡路基,但目前对其工作机理的认识尚不够深入。本文结合某软岩陡坡路基支挡工程,针对椅式桩板结构的工作机理进行了数值计算分析,并与理论计算结果进行对比。计算结果表明:数值计算结果与理论计算结果吻合良好;软岩边坡椅式桩板结构支挡路基的变形以沉降为主;挡土板与承载板上土压力沿纵向呈漏斗型分布,形成了以椅式桩与基岩为拱脚的空间土拱效应;当岩体弹性模量大于20 GPa时可不考虑岩体对结构变形的影响,可将其按线弹性材料进行考虑。     

地下圆形隧道自由变形法的力法推导及例证

自由变形法是地下压力拱(隧道衬砌)结构内力计算的基本方法之一,适用于淤泥、流沙、完全塑形或软土介质等理想松软地层的水下隧道或软塑土层压力拱的内力计算。本文推导出整体圆形衬砌自由变形法内力计算的力法过程及其严格理论解,为后续发展的弹性抗力、椭圆变形、弹性铰等同类方法提供对比参考,以明确公式计算的理论来源,便于理论拓展。通过实例对比地铁浅埋衬砌压力拱自由变形法的理论计算、实测与数值模拟。结果显示,该方法进行整体式衬砌的内力计算过程明确,其理论结果可应用于狮子洋半岩半土复合地层及南京地铁砂性土及黏性土层衬砌计算,可为类似工程设计必要的理论包络值提供参考,具有一定的工程实用性。     

地下工程建设对城市地下水环境的影响分析

研究目的:研究地下工程在施工和运营的过程中对地下水环境的影响,为地下工程的建设规划及地下水环境保护提供科学依据.研究结果:在总结地下工程建设对地下水环境影响基础上,以西安市城市轨道交通2号线为例,利用经验公式计算施工期车站基坑降水对地下水的影响,并采用数值模拟的方法预测地铁运营后对地下水流场的影响.地铁施工期的基坑降水只发生在张家堡站,中心水位下降6.3 m,降水量为10 454.15 m3/d,影响半径441 m,对地下水流将产生一定的影响;地铁建成运营以后的地铁线路阻挡了地下水的径流,造成"迎水面"水位壅高,"背水面"水位降低,通过模拟水位变幅在0～1.7m.     

基于解析法和数值法反演哈尔滨漫滩区水文地质参数

含水层水文地质参数反演的准确性直接关系到水文地质条件判别的合理性,影响地下工程地下水控制的方案设计、施工安全及造价.目前并无完全适用的解析法来计算水文地质参数.以哈尔滨地铁4号线一期第1标段漫滩区科技五街站抽水场地的抽水试验数据为基础,采用稳定井流Dupuit计算公式、非稳定流Theis计算公式和水位恢复法等解析法,计算出漫滩区浅层含水层渗透系数为35.9～71.3 m/d,平均值为54.1 m/d.利用FEFLOW软件建立了抽水试验场地地下水流数值模型,对水文地质参数进行反演,得到渗透系数为44.5 m/d.结果 表明,通过数值模拟的水文地质参数反演结果与多种解析法计算的结果接近,进一步验证了水文地质参数取值的可靠度.