盾构隧道纵向地震响应的多尺度分析方法

针对目前盾构隧道抗震设计仅限于横断面分析,缺乏有效的纵向地震响应分析方法的问题,提出了一种用于模拟盾构隧道纵向地震响应的宏-细观多尺度分析方法,其中宏观等效模型用于描述盾构隧道结构整体的地震响应特性,细观精细化模型用于捕捉结构关键断面接头处的变形响应。宏观等效模型采用黏弹性地基梁来模拟,即将盾构隧道沿纵向简化为作用在黏弹性地基上的三维梁单元,且充分考虑了由于环缝影响引起的梁纵向等效刚度折减以及隧道内部结构对纵向等效刚度的附加效应。基于宏观等效模型的地震响应规律分析,确定出盾构隧道沿线的最不利断面位置,从而将这些关键区段替换为考虑隧道环缝接头的细观精细化模型,即采用沿环向分布的轴向拉压弹簧和切向剪切弹簧来真实模拟地震作用下的环缝张开量和错位量等变形,克服了传统连续均质化模型无法反映环缝变形量的不足。最后,将该多尺度分析方法成功应用于世界首个特高压GIL电力盾构隧道,为实际重大工程的结构纵向抗震设计和安全性评价提供了科学依据和技术手段。     

考虑土拱效应的双向增强复合地基沉降计算

深入分析路堤中心线一个桩中心距范围内路堤填土—加筋垫层—复合地基的相互作用,借助"自然平衡拱"理论分析路堤填土中的土拱效应,将双向增强复合地基中的桩、桩间土视为不同刚度的弹簧体系,土工加筋垫层视为置于弹性地基上的Timoshenko梁,梁上作用经土拱效应调整的路堤荷载,梁下作用桩、桩间土提供的竖向反力,基于弹性地基梁理论提出了考虑土拱作用的双向增强复合地基的沉降计算新方法,结合工程实例验证了本文沉降计算方法的可行性。     

超长异形深基坑施工对紧邻运营线路水平位移影响分析

以滨海快线福州火车站基坑工程为背景，对紧邻既有隧道水平位移的实测数据展开细致分析，并结合弹性地基梁理论，探讨超长异形深基坑分坑施工对紧邻既有隧道水平位移的影响规律。实测结果表明：随着基坑的开挖卸荷，既有隧道整体发生朝向基坑侧的水平位移，水平位移曲线呈现多峰形态，且各峰值均大致位于各分坑的中部。同时，受到既有隧道平面线形影响，分坑施工过程中，其水平位移曲线出现局部反弹效应。进一步地，将隧道简化为搁置于Winkler弹性地基梁上的Timoshenko梁，通过两阶段分析法计算既有隧道水平位移的近似理论解，与现场实测水平位移的变化规律基本吻合，但量值上略小于实测值。     

下穿盾构隧道施工对铁路的影响研究

盾构隧道开挖对邻近建筑物的扰动是必然存在的,此类问题已得到了愈来愈广泛的关注。以佛山市三水区下穿盾构隧道工程为依托,利用数值摸拟法,计算分析了近距离下穿盾构隧道施工对既有铁路的影响规律。基于弹性地基梁理论,将盾构开挖影响等效成一位移,推导了盾构隧道开挖引起的既有铁路竖向位移理论计算公式。分析结果表明:盾构隧道开挖引起的轨道沉降近似呈正态分布曲线,主要影响范围为隧道轴线两侧约2.5倍隧道直径范围内,与Peck估算公式计算所得影响范围一致,且其分布规律与实测结果吻合。对比数值与理论计算结果表明,采用弹性地基梁法可以有效地计算既有铁路受下穿盾构开挖影响后的位移。     

弹塑性地基梁在ABAQUS中的开发与应用

在Winker弹性地基梁的理论上,考虑地基土体的弹塑性性质、地基弹簧受拉脱开、多结点曲形地基梁单元,在ABAQUS二次开发平台UEL上开发了弹塑性地基梁的单元子程序.以实际P-s曲线出发,导出地基土体的一维弹塑性本构关系,用于计算弹塑性地基梁的基床系数.通过算例验证,对比解析解与数值解,验证了所编制单元子程序的正确性....     

隧道支护管棚作用的力学模型

在分析隧道围岩作用于衬砌结构原理的基础上,从结构力学角度出发,采用弹性地基梁理论建立了隧道支护管棚作用的力学模型,并结合具体工程进行了推广应用。为隧道支护受力分析提供了一种新途径。     

关于沉管隧道地基反力的探讨

介绍了沉管隧道地基反力按粘弹性地基上的弹性梁假定进行计算的初步探讨。     

狮子洋隧道洞口列车振动流固耦合分析

根据车辆-轨道耦合模型，采用弹性地基梁板模型，得到列车轨下激振力。按广深港高速铁路狮子洋盾构隧道洞口资料，建立精细的三维数值模型，通过FLAC3D软件对列车荷载引发的隧道动力响应进行了数值模拟，分析了列车振动作用下狮子洋隧道洞口水-土耦合规律。结果表明:在列车振动荷载作用下，孔隙水压力增长区域位于隧道周边的一定范围，主要分布在隧道底部地层, 在左右两隧道之间的隧道下方地层，超孔隙水压力值最大；地层受振位移响应等值线呈倒钟状分布，隧道上方影响范围大，且衰减缓慢，隧道下方影响范围小，且衰减迅速；管片左侧近域地层位移响应最大，列车振动对相邻隧道附近地层的影响不明显，其位移值远远小于左侧的地层位移。     

基于弹性地基梁理论的隧道纵向变形分析

随着国内外盾构隧道的大量建设和运营,盾构隧道纵向不均匀沉降问题日益凸现,从而引发隧道渗水漏泥、结构局部破坏等现象。文中对隧道产生纵向不均匀沉降的原因进行了分析。针对影响隧道沉降的各个因素,采用等效轴向刚度模型,并应用弹性地基梁理论进行计算分析,得出相应的沉降曲线,为软土盾构隧道纵向设计提供理论支持。     

浅埋大直径盾构隧道施工期衬砌上浮及地表隆起的模型研究

为解决大直径盾构隧道施工过程中出现的浅覆土段隧道衬砌上浮与地表隆起问题，以上海虹梅南路越江隧道工程为背景，对该问题开展理论研究。将引起隧道上浮的上浮力作用分解为基于浆液时变性的静态上浮力和由注浆压力产生的动态上浮力；分别定义上浮力分布段及浆液凝固段的等效地层弹簧刚度系数，基于Winkler地基梁理论建立衬砌上浮模型；由衬砌上浮位移量计算开挖面上部土体的挤压宽度，土体经挤压隆起引起地层“反向损失”，继而求解隧道轴线上方地表横断面隆起曲线及沿隧道长度方向地表位移曲线。结果表明： 1)模型计算所得地表横断面的隆起曲线呈正态分布，与实测数据吻合较好；2)沿隧道长度方向地表位移计算值能够较准确地预测地表最大上浮位移，且在地表上浮位移隆起量减少前与实测数据吻合较好；3)地表隆起位移只在盾尾离开后一段时间内存在，其值先增大后减小，最终趋于0。     

正常固结土层盾构隧道开挖对既有桥梁桩基的影响

研究了正常固结土中盾构施工对桩基的影响。将土体损失率与有限元模型相结合,建立了12个模型,分析了不同土体参数、损失率、不同埋深以及不同隧道开挖边界距离下土体的水平位移变形规律,并通过不同位置深度位移与隧道径向压缩量的关系,建立了盾构施工引发土体位移的预测模型。该模型弥补了常用的Winkler弹性地基梁模型未考虑地基土体抗剪作用以及空间效应的缺陷。此外,结合预测模型建立了简化地基梁模型,通过与理论分析数据以及实际工程数据对比,验证了模型的有效性,可为盾构临近桥梁桩基施工分析计算提供简便算法,为桩基保护措施的采取提供依据。     

深基坑支护结构考虑桩-土相互作用的弹性地基梁法

为解决深基坑支护结构设计中土压力与支护结构变形的非线性相关问题,提出了一种竖向弹性地基梁模型。明确了土弹簧刚度和支撑刚度的计算方法,阐述了考虑桩-土相互作用的弹性地基梁法的计算流程,并提出土弹簧压力不得大于被动土压力这一关键指标。工程实例对比分析表明,本方法适应性广、准确性高,可以更好地满足工程建设要求。     

防水失效的盾构隧道管片环收敛变形控制标准研究

盾构隧道日常健康监测中,弹性橡胶密封垫工作性态难以直接快速评估,针对该问题,提出以隧道收敛变形为监测指标,采用数值模拟方法计算得到防水标准条件下的弹性密封垫极限松弛量,并结合接头刚度的迭代算法由管片环梁-线性弹簧模型确定弹性橡胶密封垫极限松弛量对应的管片环收敛变形量。由考虑地层差异设置的5种工况计算结果认为:埋深土层土体特性差异对防水失效的上海地铁通缝拼装式盾构隧道管片环收敛变形量影响不大,其控制标准可定为管片环外径D的3.5‰。     

客运专线双块式轨枕堆放受力简化计算法

为研究堆放状态下双块式轨枕桁架钢筋受力,先将堆放状态下的双块式轨枕简化为简支梁,再以桁架腹筋的抗弯刚度作为地基弹簧刚度,基于点支撑弹性地基梁理论计算桁架纵筋的受力,提出了堆放状态下双块式轨枕桁架钢筋受力简便计算法;将文中简化算法与有限元计算结果进行了对比,两者吻合较好,其桁架腹筋的受力对双块式轨枕堆放的层数起控制作用,按算例以6层为宜。     

盾构管片纵向接缝位置对结构内力和变形的影响分析

根据盾构隧道管片衬砌之间的连接特性、衬砌结构与土层之间的相互作用性质，提出了基于弹性地基理论的盾构隧道管片衬砌结构的梁-弹性铰-地基系统模型，并研制了相应的有限元分析程序FHEF，该模型能直接计算出盾构隧道管片衬砌结枸的轴力、剪力、弯矩和变形，将计算结果直接用于工程设计。依据二维计算模型，就盾构隧道管片衬砌结构纵向接缝不同位置对衬砌结构的内力影响进行了详细计算分析，计算结果表明，纵向接缝的不同位置对结构的内力和变形不容忽视，工程设计时应从结构设计和防水设计等多个角度来确定纵向接缝的设置，从而指导工程实践。     

考虑衬砌渗透性的盾构下穿既有隧道纵向结构错台变形研究

目前针对盾构开挖下穿既有隧道的解析理论研究一般基于Winkler地基模型,且未考虑既有隧道衬砌渗透特性,常常忽视地基剪切变形和既有隧道渗漏水的影响。基于体现土体剪切特性的Pasternak地基模型,首先计算了既有隧道渗漏水影响下盾构开挖在既有隧道轴线处产生的附加荷载。在此基础上,通过能量变分法建立由抗拉弹簧及剪切弹簧共同连接相邻管片环的既有隧道变形模型,获取隧道纵向结构剪切错台响应规律。选取多个工程实例,将理论解析结果与现场实测数据进行对比后发现,考虑地基剪切变形及既有隧道渗漏影响的理论解析结果更加贴近实测数据。此外,针对既有隧道异常渗漏区间渗漏程度、异常渗漏范围、异常渗漏位置进行了影响因素分析,并依据环间错台量及环间转角对既有隧道进行安全等级评估。通过参数分析发现：随着异常渗漏区间衬砌渗漏程度的增大,既有隧道纵向结构变形显著增大,当异常渗漏区间衬砌-土体相对渗透系数为0.1时,已有小范围环间错台量及转角被纳入安全评估等级Ⅲ;随着异常渗漏范围的扩大,既有隧道纵向结构变形增大,更大范围的环间错台量及转角达到安全评估等级Ⅲ;异常渗漏位置向远离新建隧道中心轴线方向发生偏移,既有隧道纵向变形逐渐减小,纵向结构变形峰值沿异常渗漏位置偏移方向发生偏移。     

双向增强复合地基桩土应力比计算

基于水平增强体与桩间土共同作用机理,将土工合成材料视为弹性地基上的薄膜,桩间土体则视为具有一定刚度的弹簧系列,引入弹性地基上大挠度薄膜理论,推导了在路堤荷载作用下筋材挠曲函数,进而得到双向增强复合地基桩土应力比计算公式,结合算例进一步分析了筋材变形的主要影响因素及其变化规律,算例分析结果表明该计算方法是合理的,可为工程实际提供理论参考。     

沉管隧道纵向静力计算问题探讨

为进一步综合分析长距离沉管隧道纵向内力和变形,保障其接头水密性,讨论了沉管隧道结构纵向静力分析计算模型和应考虑的一些问题,包括接头受力机制、GINA止水带选型和水密性检算,以及纵向沉降差与纵向弯矩和剪力的关系等。总结了简单而高效的弹性地基梁纵向计算模型及其接头模拟方法;提出使用地层-结构模式和强制位移法的三维壳体模型作进一步的补充细化分析;指出隧道纵向沉降曲线的曲率及曲率变化率分别影响着结构的纵向弯矩和剪力;给出接头的止水带选型及水密性验算工作如何与隧道结构纵向计算相互结合。     

考虑注浆填充率的大直径盾构管片上浮解析解与应用

大直径盾构隧道管片上浮问题是目前隧道建设难点。以大直径盾构隧道施工阶段管片上浮问题为背景,研究硬岩地层大直径盾构管片上浮影响因素,并考虑管片壁后同步注浆的填充效果,深入探究大直径管片上浮规律,为盾构施工速度和注浆效果的控制提供参考依据。根据硬岩地层大直径盾构注浆填充率不足的特点,从管片横向受力角度建立单环管片上浮计算公式。基于弹性地基梁理论建立隧道纵向上浮分析模型,通过梁的挠曲线微分方程并结合边界条件与变形协调方程,推导出考虑浆液填充率和时效性的管片上浮变形及内力的简易解析解,进而采用总量法获得了隧道纵向多环累计上浮量。结合工程实例进行了参数敏感性分析,研究结果表明：隧道管片上浮解析解的计算结果与实际工程监测数据吻合良好,能够有效揭示隧道上浮过程中的变形规律、管片弯矩和剪力变化特征;上浮规律表现为激增段、缓降段和平稳段;浆液填充率、时效性和地基基床系数对大直径盾构上浮比较敏感,盾体间隙的增大易导致填充率不足,同步注浆应严格控制注浆压力和注浆量;浆液初凝时间和掘进速度直接决定单次注浆影响范围和上浮力大小。研究结果可用于盾构隧道管片上浮及变形预测,在掘进过程中可根据影响因素与上浮关系进一步调整施工参数,对大直径盾构隧道设计与施工具有一定指导意义。     

预应力锚杆格构梁的锚固力计算方法研究

根据弹性地基梁的计算理论，分析在锚固力作用下，预应力锚杆格构梁的合理计算模式及其竖梁与横梁的受力情况，从而确定格构梁的合理结构型式和间距。