圆形基坑敞开式降水引起的地面沉降

无帷幕降水是空旷场地上基坑工程常采取的工程措施,许多基坑平面形状和抽水井分布都可以近似为圆形,将以上工程问题模型化为圆形基坑无帷幕降水,研究其引起的地面沉降,既是基础性理论研究,又具有工程应用价值。基于竖向分层、水平微分的思想,选取柱坐标应用土体一维压缩变形本构关系,建立单层偏微分控制方程和多层偏微分方程组,通过研究确定了圆坑井流降深函数,经求解获得上述方程组的理论解析解,解析解显示地面沉降值与井距的对数值呈线性关系。选取经典理论解和公开文献中相关实测数据验证了以上研究成果。所揭示的圆形基坑无帷幕降水引起的地面沉降值与井距值的半对数线性关系规律,可近似用于接近圆形的不规则基坑情况,具有广泛的工程应用价值。     

考虑基桩自重作用的桩身轴力计算方法及其应用研究

通过考虑基桩自重影响,改进了基于佐藤悟双折线模型,提出一种考虑基桩自重的轴力改进计算方法,首先修正可以考虑基桩自重的荷载传递微分方程,推导出适用于任意桩周土体沉降曲线的桩侧摩阻力解析解;然后引入荷载作用下土体沉降弹性解,改进佐藤悟双折线桩侧摩阻力应力传递函数,进而提出可以考虑基桩自重的桩身轴力计算公式。同时,结合太焦(太原—焦作)高速铁路CFG桩工程实践进行CFG桩侧摩阻力现场原位测试试验,开展考虑基桩自重影响的桩身轴力计算方法应用研究;通过桩身轴力与侧摩阻力实测结果、未考虑自重的计算结果和考虑自重改进后的计算结果之间对比分析,论证考虑基桩自重作用的桩身轴力计算方法可行性。应用结果表明:改进后的计算结果与工程实测结果更加吻合,考虑基桩自重的桩身轴力计算方法可以获得更高的计算精度。     

考虑地下水位下降的刚性桩复合地基沉降模型

研究目的:地下水位降低同区域性沉降直接相关,为研究区域沉降地区的高速铁路路基沉降控制问题,对地下水位降低情况下的刚性桩复合地基桩土作用发展变化规律展开研究就显得尤为重要。基于桩土荷载传递和桩侧土体极限抗剪强度理论,本文建立考虑地下水位降低影响的刚性桩复合地基沉降计算模型,根据沉降模型关于不同初始地下水位及不同深度地下水位降低情形的计算结果,确定地下水位降低引起的刚性桩复合地基沉降变形以及桩侧摩阻力分布特征。研究结论:(1)初始地下水位对桩土沉降变形的影响随地下水位深度的增加而减小,且总体处于较低水平;(2)地下水位降低幅度和水位线位置均影响桩土沉降变形,浅层地下水位变化将引起更严重的地基沉降变形;(3)地下水位降低引起桩土附加沉降的作用机理类似于大面积堆载,并将引起桩顶附近桩侧负摩阻力的增加;(4)本研究成果可为地下水开采诱发区域性地面沉降地区的刚性桩负荷地基设计提供参考,也可为高铁路基沉降控制提供可靠的设计计算依据。     

考虑复合地基侧摩阻力作用下土中竖向应力解

为了估算新建路基对既有路基影响,以半无限体内Mindlin应力方程解为计算基础,假设复合地基为一个加固整体,对复合地基侧壁摩阻力进行积分,推导复合地基侧摩阻力在土体中引起的附加应力的解析表达式,计算在复合地基作用下距填筑坡脚处一点的土竖向附加应力。     

地铁荷载作用下叠交隧道长期沉降的半解析法

将软土中隧道结构的长期沉降分为三部分:一是隧道底部土体蠕变变形引起的沉降;二是交通荷载长期循环作用引起土体累积变形产生的沉降;三是交通荷载引起土体累积孔压的消散产生的再固结变形导致的沉降。采用Mesri蠕变模型,可考虑土应力历史循环累积变形和累积孔压模型,并通过三维有限元数值模拟,获得相应模型中的应力计算参数,同时利用软土三轴试验研究结果获得相应模型的试验常数,运用分层总和法计算隧道沉降,提出一套叠交隧道长期沉降的预测方法,并对上海西藏南路隧道与地铁8号线叠交段长期沉降进行计算预测,计算结果接近于地铁实测长期沉降规律。     

桩板结构路基沉降计算方法及对既有桩基侧摩阻力的影响

基于Boussinesq理论推导了桩板结构路基沉降计算解析解,采用佐藤悟双折线模型构建了既有桩基荷载传递函数,分析了荷载传递函数对既有高速铁路桥梁桩基侧摩阻力的影响。以桩板结构路基下穿高速铁路桥梁工程为例,分别采用理论方法和FLAC 3D数值计算得到了桩板结构路基沉降变形规律和既有桥梁桩基侧摩阻力分布特点。将解析解与数值计算结果进行对比,二者接近,说明本文提出的桩板结构路基沉降计算解析解和桩基荷载传递函数可行。     

高速铁路中低压缩性土路基沉降计算与分析

高速铁路路基沉降计算与分析是路基设计及评估的重要环节。为准确计算高速铁路中低压缩性土路基沉降，从中低压缩性土的工程特性出发，基于考虑时间效应的压缩层厚度计算方法和分层连续加载下地基沉降计算理论，建立更适应于高铁路基荷载特征的高铁中低压缩性土路基沉降计算方法。利用吉珲铁路珲春试验工点得到的地基土物理和力学指标，计算路堤分级堆载条件下，不同埋深处上层硬塑粉质黏土和下层全风化泥质粉砂岩地基的时效变形规律。结果表明，在路基填筑过程中，基底附加应力计算方法获取的基底附加应力与实测值较为吻合。进一步对比理论与现场实测结果发现，截至第700天，地基总沉降的计算误差约2 mm;地基分层沉降的理论值与计算值误差在±5%以内，验证了计算方法的可靠性和准确性；针对考虑时间效应的压缩层厚度计算确定的地基压缩层厚度，其随路基填筑高度呈线性正相关。上述方法不仅为合理选择并优化高速铁路中低压缩性土的地基加固措施及方案提供了关键的技术支撑，也为精确计算和预测工后沉降提供了保障。     

刚度差异桩组合桩网结构路基承载特性

刚度差异桩组合桩网结构路基因具有工后沉降小、经济效益好的优点而被广泛应用于铁道工程。与传统桩承结构路基相比,该结构桩土协同工作规律更为复杂,为研究其承载特性和土体沉降变化规律,通过室内模型试验和数值计算分析刚度差异桩组合桩网结构路基在静力荷载下的桩身应力、桩土应力比、格栅应力、桩侧摩阻力和土体沉降变化特点。结果表明：刚、柔性桩的承载力主要由侧摩阻力提供;刚性桩的桩土应力比随上部荷载增加呈先增长后稳定趋势,荷载在路基中沿中心桩体向边缘桩体传递,并沿路堤行车方向朝路堤横断面方向扩散;土工格栅和碎石加筋垫层共同工作,协调荷载进行再分配,均衡路基应力分布;路基中心排桩沿横断面方向的土体沉降近似呈盆状分布,刚性桩控制路基土体变形和沉降的性状明显优于柔性桩;选择性布置刚度较大长桩可减小路基沉降量。     

基于荷载传递理论的刚性桩复合地基沉降计算

研究目的:软土地区高速铁路路基地基处理一般采用刚性桩复合地基结构,但目前考虑桩土协同工作的刚性桩复合地基沉降计算方法仍存在不足。本文通过荷载传递理论描述桩与桩间土之间荷载转移规律,由最小二乘法拟合桩间土表面荷载引起的加固区附加应力抛物分布方程,尝试建立刚性桩加固区沉降计算模型,为刚性桩复合地基沉降变形验算及桩体平面设计提供理论依据。研究结论:(1)刚性桩加固区桩与桩间土之间存在荷载相互转移现象,桩侧同时分布正负摩阻力;(2)桩间土表面荷载引起的加固区附加应力为非线性分布,可采用五点最小二乘法拟合其抛物分布方程;(3)沉降模型关于京沪高铁试验段刚性桩复合地基沉降计算结果与实测值接近,计算偏差约15%;(4)Randolph理论关于桩侧和桩端刚度系数取值方法使桩土沉降差计算结果偏大,刚度系数取值的合理性需进一步研究总结。     

考虑摩阻效应的弹性地基梁幂级数解

基于Winkler地基模型,假定地基梁与地基土体间的摩阻力沿有限梁长呈线性分布,考虑弹性地基梁与地基土体之间的水平摩阻效应,建立集中荷载作用下地基梁挠曲变形及内力计算模型和相应的变形控制微分方程.采用幂级数法,分别给出计算弹性地基梁竖向挠曲变形、转角、弯矩、剪力的幂级数半解析解.将本文方法与传统弹性地基梁法进行比较以验证本文方法的可行性,并进一步分析梁土间摩阻效应对弹性地基梁位移及内力的影响.分析结果表明,梁土接触面上的摩阻力对地基梁的位移及内力有一定程度影响,且地基土越坚硬,梁土接触面越粗糙,该摩阻效应对梁位移及内力的影响也就越大.     

卤水井开采对铁路桥梁群桩的影响分析

为研究卤水井开采对德州—大家洼铁路沿线桥梁安全性的影响,在现场监测数据的基础上,采用有限差分软件FLAC3D建立多口卤水井开采条件下带承台群桩的三维计算模型,分析井内不同地下水位降时的桩土沉降特性及各单桩的内力分布规律。结果表明:随着地下水位的下降,地面沉降范围逐渐增大且呈漏斗状分布,沉降漏斗的中心位于群井的中心,地面沉降范围在距群井中心100m内;群桩沉降主要发生在地下水位从-9m下降至-33.1m的过程中,此阶段群桩沉降量占工后总沉量的64.7%;随着地下水位的下降,各桩的轴力沿桩身先增大后减小,桩身上部负摩阻力的作用区域逐渐增大,且负摩阻力沿桩身先增大后减小,各桩最大轴力所在截面和中性点不断下移;在相同的地下水位降条件下,各桩轴力和负摩阻力的大小顺序为角桩侧桩近井中桩中桩;抽水结束且群桩沉降达到稳定后,角桩桩底侧面受到的正摩阻力最大,为75kPa。     

类矩形盾构隧道开挖引发土体沉降解析解研究

类矩形盾构隧道施工可能会导致明显的土体沉降,并进一步影响周围既有建筑物的安全。基于Verruijt解和积分法推导得到类矩形盾构隧道开挖作用下的土体响应解析解,并充分考虑土体等量径向收缩、类矩形隧道竖向、水平向以及旋转位移4个变形分量的影响,以全面描述复杂施工或地层情况下类矩形盾构开挖引发的土体位移模式。利用实际工程实测数据验证解析解的有效性,并通过参数分析研究各个变形参数对地表土体沉降的影响。研究结果表明,解析理论计算结果与实测数据较为吻合,可较好地评估类矩形盾构引发的土体沉降,类矩形隧道的水平位移和旋转位移会使地表沉降呈现非对称形态,并会使最大地表沉降增大。     

挡墙后土体应力状态与主动土压力计算分析

为探究土压力理论中挡墙背后土体所处的应力状态,完善对于土体力学条件的考虑,在相关研究成果的基础上,提出在主动土压力条件下,滑移面上土体单元达到极限应力状态时,墙土界面和土楔体内部单元未达到极限应力状态的观点。采用非极限参数对土体的非极限应力状态进行描述,基于二维微分方程对问题进行求解。通过一定假设得到挡墙上土压力和滑裂面上土反力的分布,并进一步考虑滑楔体整体的静力平衡条件和力矩平衡条件,反向求解平面滑移边界的倾角和表征墙背土体非极限状态的参数,从而得到考虑土体非完全极限应力状态,并符合所有力学条件的主动土压力解答。通过实例验证理论的可靠性与合理性,并分析土体内摩擦角与外摩擦角对于土压力分布及有关参数的影响。理论分析结果表明,极限应力状态仅出现在滑裂面上,位于墙面和土楔内部的土体均未完全达到极限状态,而将土体近似视作极限状态并不会对土压力计算结果产生很大影响。相同参数条件下,理论计算滑移面倾角要大于朗肯解和库伦解。内摩擦角和外摩擦角对于土压力分布、合力作用点位置、应力状态参数、土体主应力偏转角度等均会产生不同程度的影响。     

宁波站深基坑施工中便桥立柱的隆沉研究

在宁波火车站深基坑开挖过程中,穿越深基坑的运营铁路便桥出现了钢格构立柱(断面尺寸600 mm×600mm)隆起的现象。本文通过对引起立柱隆起原因的分析,利用土力学布辛纳斯克解(Boussinesq1885)建立桩基摩阻力和桩底反力的关系,计算出开挖前后摩阻力的变化值,同时计算出桩基在桩底以下各土层中产生的附加应力;利用分层总合法计算出桩底位移变形,再计算出桩顶的竖向位移,加入钢格构立柱的热胀冷缩变形,得到立柱最终隆沉值。施工过程中,采取对钢格构柱浇水降温和加快底板浇筑的措施,确保基坑开挖和既有线铁路运行的安全。     

基于能量原理的预应力锚杆复合土钉支护体系的应力分析

基于能量原理建立预应力锚杆复合土钉支护体系的简化力学模型,分别对土体、土钉、锚杆应力—应变规律进行了分析。首先,对于土体,主要考虑基坑开挖产生的塑性变形,包括体应变与剪应变;其次,对于土钉,根据潜在滑移面界定的主动区与被动区,由剪应力及相对位移分别求解能量方程;再次,对于锚杆,在介绍承载机理与侧阻力计算模型的基础上,推导了锚固体单元的能量方程;最后,考虑土钉与锚杆的相互作用,假定预应力的影响范围,估算了预应力水平分力及竖向分力对滑移面任一点土体产生的附加应力。研究结果可以为该类工程设计提供较好的理论依据。     

基于能量原理的预应力锚杆复合土钉支护体系的应力分析北大核心

基于能量原理建立预应力锚杆复合土钉支护体系的简化力学模型,分别对土体、土钉、锚杆应力—应变规律进行了分析。首先,对于土体,主要考虑基坑开挖产生的塑性变形,包括体应变与剪应变;其次,对于土钉,根据潜在滑移面界定的主动区与被动区,由剪应力及相对位移分别求解能量方程;再次,对于锚杆,在介绍承载机理与侧阻力计算模型的基础上,推导了锚固体单元的能量方程;最后,考虑土钉与锚杆的相互作用,假定预应力的影响范围,估算了预应力水平分力及竖向分力对滑移面任一点土体产生的附加应力。研究结果可以为该类工程设计提供较好的理论依据。     

粉质黏土地层盾构施工地表沉降关键参数分析与预测

基于常州地铁土压平衡盾构穿越典型粉质黏土地层59个地表沉降监测断面实测数据的统计结果,分析了Peck公式用于预测常州地铁土压平衡盾构施工引起的地表横向沉降槽的适用性,得出了预测常州地区典型地层中盾构施工引起的地表沉降基本参数的取值范围.即:地层损失率取0.10％～0.75％,沉降槽宽度参数取0.3～0.7.基于盾构机对土体作用的力学模型,得到了盾构掘进时的地层位移场的解析解,并与监测数据对比,给出了相关参数的取值方法.应用给出的计算参数,可以较好地预测常州地铁施工过程中及施工后引起的地表沉降.     

基于桩土相对位移特征的深厚湿陷性黄土地区桩基承载力计算方法

湿陷性黄土地层桩基中性点不易准确把握，会导致部分工程实测负摩阻力高于规范参考值。针对这一问题，本文基于现场浸水试验，提出一种依据湿陷性土层厚度确定桩基负摩阻力分布新方法——相对位移法，并进行了验证。结果表明：浸水试验场地累计沉降随着深度的增大而减小，深度为0～15 m时土体湿陷较为充分，15 m处接近饱和自重应力界限，15 m以下土层湿陷不充分，土中竖向应力增长幅度较小，22 m以下土层基本不发生湿陷；经验参数法与相对位移法计算得到的桩基承载力分别为2 926.5、3 251.6 kN，相对位移法得到的桩基承载力更能反映桩基承实际载能力，用于深厚湿陷性黄土地区桩基设计能兼顾安全性与经济性。     

闭合型地下连续墙竖向承载性状分析

研究目的:采用数值计算的方法,考虑土芯的承载作用,对闭合型地下连续墙基础的沉降特性、内外侧摩阻力、端阻力、土芯顶部反力及其荷载分担比特性进行分析和研究,并探讨基础的荷载传递特性。研究结论:闭合型地下连续墙基础呈整体沉降形式;墙内土芯中上部土体其沉降与墙身基本同步;土芯底部附近的土体以压缩变形为主;基础的竖向承载力由其沉降控制,且具有"端承摩擦墙"的承载特性;墙身内、外侧摩阻力的发挥过程和机制不同,墙身外侧土体以剪切变形为主,其外侧摩阻力由上向下发挥;而内侧摩阻力,只有当土芯底部受到足够大的反力时,土芯才会产生相对于墙壁向上的压缩变形而使其内侧摩阻力由下而上逐渐发挥出来。墙身内侧摩阻力、外侧摩阻力和端阻力存在异步发挥现象,外侧摩阻力先于端阻力发挥,而内侧摩阻力最后发挥,且内侧摩阻力沿深度具幂函数分布形式。     

天津地铁盾构隧道施工地层及结构变形特性分析

基于土压平衡盾构隧道关键施工要素分析,提出1种可进行渗流—应力耦合分析的精细化数值模拟方法。依托天津地铁6号线天托站—一中心医院站区间盾构隧道工程,模拟分析关键施工参数对地层及结构变形的影响规律,并通过实测数据验证模拟结果的合理性。结果表明:通过向盾壳单元施加恒定节点速度模拟盾壳—土体摩擦作用,能够反映盾壳—土体界面的真实剪应力状态,避免盾壳姿态发生倾斜引起附加土体位移;通过向等代层单元施加单元流量边界(流入)模拟同步注浆过程,能够反映浆液引起地层孔压边界的改变;开挖面支护压力的增大可一定程度减小地层沉降和管片环椭圆化变形;盾壳—土体摩擦力的增大将显著增大刀盘前方地层的隆起、盾尾后方地层的沉降、地层沿隧道轴向和横向的水平位移以及管片环椭圆化变形;同步注浆量的增大可有效减小地层沉降、地层沿隧道轴向的水平位移以及管片环椭圆化变形。现场实测数据与数值模拟结果具有很好的一致性,验证了数值模拟方法的合理性。