粉质黏土地层隧道盾构施工渣土改良剂试验

研究目的:盾构掘进过程中,渣土的流动性、止水性、流塑性是盾构掘进效率及盾构机使用寿命影响的主要影响指标,因此对不同地层渣土性质的改良以满足施工要求极其重要。本文针对成都地区粉质黏土地层盾构施工,研发适用于粉质黏土地层专用渣土改良剂分散型泡沫剂。通过室内对渣土容重、流动度、黏附性等的测定,筛选出最好的改良剂配方。对成都地铁7号线盾构区间强风化泥岩地层渣土进行改良试验,分析不同泡沫剂对现场盾构掘进参数、泡沫消泡量、渣土性状的影响。研究结论:(1)通过配比试验及发泡效果检测,得到了多组泡沫稳定性和同类产品性能相当甚至更优的基准泡沫剂,泡沫半衰期在20 min左右,5 min消泡率在3%以内,完全满足盾构施工要求5 min内消泡不大于5%的指标;(2)针对粉质黏土地层特点,研制了分散型泡沫剂S53-JSSA-6(DCA),通过室内渣土改良试验,验证了其对粉质黏土的改良效果,加入分散型泡沫剂后较大程度地降低了粉质黏土的黏附性,可降低盾构在粉质黏土地层的结泥饼风险;(3)分散型泡沫剂DCA在强风化泥岩地层的应用试验表明,分散型泡沫剂的产品性能能达到巴斯夫同类泡沫剂,完全满足现场强风化泥岩地层的盾构施工要求;(4)本试验结果可为粉质黏土地层盾构隧道施工渣土改良研究问题提供参考。     

风化泥岩地层隧道围岩稳定及质量控制

泥岩地层具有饱水软化、脱水风化开裂的工程特性,在泥岩地层进行隧道施工极易引发围岩失稳,给施工进度和施工安全带来极大挑战。本文首先通过单轴和三轴等室内力学试验获取泥岩的物理力学参数,再对现场采用的红外探水和TST超前地质预报监测方案和实用性进行分析;然后基于泥岩力学试验结果和支护结构对泥岩隧道开挖围岩稳定性进行数值模拟,并分析管棚对围岩稳定的控制效果;最后结合围岩压力和钢架应变监测结果对现场围岩稳定进行验证与评价。结果表明,围岩压力值稳定在20.50 kPa附近,而钢架应变则保持在260左右,现场采取的泥岩地层控制措施有效。研究结果可为泥岩及类似地层的隧道围岩稳定控制技术提供参考。     

地面堆载作用下盾构隧道管片开裂行为分析

针对盾构隧道管片的非线性响应提出一种基于地层结构法的数值模拟手段,考虑土体、混凝土、钢筋和接触的非线性力学行为,将能够准确描述混凝土受拉压与剪切行为的总应变开裂模型赋予衬砌管片。针对实际工程的数值计算结果能够与隧道沉降及实际裂纹开展特征吻合,验证了该数值分析模型的有效性。引入最大裂缝宽度、开裂因子和开裂率等指标评价及预测衬砌开裂行为。研究结果表明:堆载作用下管环的主要损伤区扩展,深度增加,并萌生出宏观裂纹。基于对上、下行线开裂行为的对比分析可知堆载高度和堆载偏移距离对管片开裂行为有重要影响。     

切线模量法确定强夯地基承载力的现场试验研究

平板载荷试验是检验强夯加固填土地基承载力的重要手段,基于平板载荷试验的切线模量法以安全系数和允许沉降两个控制因素结合Terzaghi极限承载力理论可计算不同沉降要求的地基承载力。为了验证切线模量法计算强夯地基承载力的可行性和优越性,对现场填土地基进行强夯加固后进行平板载荷试验和超重型动力触探试验,以三组平板载荷试验9个试验点的测试结果为基础,反演该地基土性参数并通过切线模量法绘制p-s曲线,发现切线模量法计算的p-s曲线与现场p-s曲线能够很好的吻合,故可用切线模量法计算基础中心不同沉降量所对应的地基承载力,且能够弥补平板载荷试验和动力触探测试方法的不足,故为浅基础的设计提供了一条新的途径。     

大面积堆土荷载对既有高铁桥梁桩基承载性能影响分析

大面积堆载造成的土体沉降是影响既有高铁桥梁桩基承载性能的主要原因。以合安高速铁路某桥梁桩基周边堆载为案例,采用FLAC~(3D)有限差分数值计算方法,计算堆土高度、堆土距离、单侧和双侧土体堆载等工况下高速铁路桥墩顶位移。通过计算分析,揭示双侧堆载比单侧堆载对既有高铁桥梁桩基承载性能影响更大的规律,并提出临界堆土距离参考值。     

郑徐客运专线深厚层黏性土地基沉降预测分析

郑徐客运专线位于黄淮冲积平原区,沿线广为厚层或巨厚层的第四系地层覆盖,表层的软土和松软土厚度巨大,路基工程工后沉降控制极为困难。以DK319松软土路基工点为背景,采用有限元数值模拟方法系统,分析了渗透系数、堆载时间、加固桩长等因素对路基沉降特性的影响;在此基础上分析了设计桩长条件下,在不考虑堆载、考虑堆载3个月、考虑堆载6个月三种工况下,路堤最终沉降量及达到工后沉降控制标准所需的时间。     

堆填工程对既有铁路路基的预变形影响研究

研究目的:随着铁路开发,在既有铁路侧进行堆载的工程日益增多,对既有铁路结构势必产生一定的变形影响,因此在既有铁路路基边进行弃土堆填时,需预估堆填工程对既有铁路路基的变形影响,以确保铁路安全。本文通过分析坡体稳定性、不同堆载高度、不同堆载间距以及堆载分级级数对既有路基变形的影响,以期减小堆载对既有铁路路基的影响。研究结论:(1)在堆填土方量一定的前提下,分级堆载比不分级堆载对既有路基的变形影响较小;(2)在堆填高度一定时,三级堆载比二级堆载对既有路基的变形影响较小,分级荷载不同间距对既有路基的影响不是线性关系;(3)分级荷载大小相等时,堆载间距是影响既有路基变形的关键因素;(4)该研究成果可为其他类似高铁侧堆载减小对既有铁路的影响提供参考。     

客运专线无碴轨道红层泥岩改良土路基离心模型试验研究

红层泥岩是一种特殊岩土,其工程性质不能满足无碴轨道路堤填料要求,需对其改良。模型中的路堤采用4%的水泥进行改良、含水量为8.66%、压实度达到95%,通过红层泥岩路堤离心模型试验,得到施工期沉降、工后沉降与时间的关系,并与非改良红层泥岩的离心模型试验结果进行对比,从而确定红层泥岩路堤填筑施工参数;并分别对2种填料路堤进行数值模拟,对比试验和数值模拟的结果。研究表明:以改良红层泥岩为路堤填料可以使路堤沉降减小,满足了无碴轨道对路基填料的要求,数值模拟结果与试验结果基本相符。     

交通荷载作用下水中悬浮隧道动力响应分析

采用移动振动荷载模拟悬浮隧道中的交通荷载,并结合数值模拟分析和正交试验,分析了各计算参数对悬浮隧道跨中竖向振动位移的影响。数值计算结果表明,车辆轮载、路面不平度、行驶速度的变化对跨中竖向振动位移影响较小,但波流作用的影响较大;正交试验结果表明,各因素对跨中竖向振动位移的影响程度从大到小依次为波流作用、车辆轮载、路面不平度、行驶速度,与数值计算结果一致。     

地面堆载对临近高速铁路桥墩沉降影响分析

以京沪高速铁路某桥梁段落一侧土体堆载为背景,采用有限元软件ABAQUS建立三维数值分析模型,分析临近高铁土体堆载对桥梁墩柱沉降变形的影响,得到临近高铁堆载对既有结构沉降的影响规律。数值模拟结果与现场实测数据的对比分析表明,在地质条件多为粉土、黏土的情况下,临近高铁桥梁一侧20 m外堆载29 600 m~3的土方,将会对既有高铁桥梁下部结构产生约4.5 mm的沉降影响。当既有高铁附近有堆载情况发生时,应根据现场情况及时进行安全评估分析,确定堆载的安全范围,避免危及铁路运营安全。     

120 000 kN钻孔灌注桩静载荷试验

采用自平衡试桩法对润扬长江公路大桥南塔120 000kN(桩径2.8 m)特大吨位钻孔灌注桩进行了静载荷试验,同时进行了2根1.2 m模拟桩静载荷试验.根据现场试桩资料,分析了桩的荷载传递机理,将试验结果转化为传统堆载试验曲线,原型桩与模拟桩转换结果相吻合.     

地面堆卸载作用对铁路桥墩沉降的影响分析

邻近堆卸载会对桥梁桩基造成不利影响,严重时将影响铁路的运行质量和安全,本文以一受邻近煤矿开采影响产生偏移的大桥为例予以分析。实测桥梁周边山体卸载引起的地基推移和桥梁桩基的变形,以此为基础建立有限元模型进行多角度数值分析,得出地基推移、对称堆载、不对称堆载及不同堆载高度对桩基沉降、变形和最大主应力的影响。计算结果表明,以混凝土允许主拉应力为控制指标,该桥梁桩基均匀堆载高度最大不能超过13 m,不对称堆载高度最大不能超过7 m。研究结果为维护整治提供了技术支持。     

MSS32-900型移动模架堆载预压与预拱度设置

为了控制移动模架制梁的线形并检验其安全性能,以东南沿海温福铁路客运专线应用的MSS32-900型下行式移动模架为试验对象,采用现场堆载预压试验方法模拟施工工况,测试移动模架的挠度变形规律。得出梁底模跨中的预拱度值与堆载预压、预应力张拉及混凝土收缩徐变、残余徐变拱度值之间的关系和预拱度设置的计算公式。对试验数据和理论计算值进行比较分析和进一步验证,并介绍了现场堆载预压流程及注意事项。     

地面堆载引起的邻近地铁隧道变形分析

为研究地面堆载引起的地铁隧道变形,首先采用Boussinesq基本解计算地面堆载作用在隧道上的竖向附加应力,再将隧道简化为搁置在利夫金地基上的Timoshenko长梁,考虑土介质的连续性和隧道剪切效应,给出地面堆载引起的邻近地铁隧道变形的计算公式,然后将公式计算值与使用EulerBernoulli梁模型计算结果和工程实测数据进行对比,最后对隧道变形影响因素进行了分析。结果表明:使用Euler-Bernoulli梁模型计算明显高估了隧道沉降量和内力,本文计算方法结果更精确;相对于堆载宽度,堆载长度的变化对隧道变形的影响更显著;距地面堆载中心的水平距离较小时浅埋地铁隧道沉降较大;隧道沉降量随地面堆载密度增大而逐渐增大,但堆载对隧道的影响范围不受其影响。     

隧道穿越红黏土接触带初期支护优化研究

研究目的:不同岩性接触带地质条件复杂,围岩软硬不均,隧道变形与常规地层隧道有所不同。本文以贾塬隧道穿越红黏土与砂岩夹泥岩接触带地段为依托,建立相应数值模拟分析模型,对初支厚度、拱架间距、锚杆长度和间距在控制围岩变形和初支应力方面的效果进行分析。研究结论:(1)隧道穿越红黏土与砂岩夹泥岩接触带时,开挖扰动引起的洞周变形占总变形量较大;(2)初期支护厚度和钢拱架间距两个参数对隧道变形和初支应力控制效果明显;(3)边墙锚杆的长度和间距对隧道变形影响不明显;(4)该成果可为隧道穿越不同岩性接触带时的支护参数优化提供参考。     

考虑松动区高度影响的城市深埋隧道松动土压力研究

传统的太沙基松动土压力理论是基于浅埋地层这一基本假定建立的，其对于城市深埋地层不具备适用性。在深埋土质隧道土拱效应完全发挥情况下，考虑主应力轴旋转修正无黏性土侧压力系数计算方法；基于有限差分数值平台开展不同埋深、不同内摩擦角下的有限元模拟确定深埋黏性土层的破坏模式。给出考虑主应力轴旋转和内摩擦角对松动区高度影响的深埋无黏性土、黏性土地层的松动土压力计算公式，以实现对城市深埋土质隧道上覆土压力的准确计算。修正公式计算结果与文献、数值模拟结果对比分析结果表明：在深埋情况下，无黏性土层松动土压力修正公式计算结果与文献结果吻合良好；土体强度参数会对黏性土松动区高度造成影响，即随着内摩擦角的增大，松动区高度不断减小；黏性土层松动土压力修正公式计算结果与数值模拟结果吻合良好。     

横卧式框架反力墙结构性能试验研究与数值模拟

阐述横卧式框架反力墙结构试验研究与有限元数值模拟,分析横卧式框架反力墙试验设计及制作、加载方案及量测系统,以及中间反力墩的载荷-位移试验结果;从模型建立、钢筋和混凝土相关参数计算、计算与试验结果比较方面进行有限元数值模拟分析;提出计算与试验结果揭示的结构破坏形态为斜剪切破坏和斜拉破坏,引入的损伤变量可揭示混凝土的性能劣化,计算结果对设计有参考价值等结论。     

季节冻土地区强风化砂泥岩隧道边墙开裂原因分析及整治对策研究

采用理论分析、数值计算、室内及现场试验等方法,结合准格尔至朔州铁路梁家坪2号隧道的工程实际,对季节冻土地区强风化砂泥岩季节性冻胀对隧道结构的影响进行了研究。该隧道边墙纵向开裂是由于隧道含水围岩的季节性冻胀所致,对此提出了锚固、注浆、挂网喷混凝土的衬砌开裂整治措施,并指出了现行规范中的不足,即应根据含水围岩冻胀率和围岩冻结深度来综合确定是否考虑冻胀力。     

湿陷性黄土地区桥梁深桩基施工技术优化

以西北地区某铁路专用线大桥为例,通过该桥桥址处湿陷性黄土深桩基施工技术研究,以机械钻进黄土裂隙地层、强风化泥岩、砂岩夹泥岩层、流砂层等不良地质积累施工数据和参数,总结黄土地区桩基施工经验和技术参数,大大提高了同类地质条件下桩基的施工效率.     

小半径曲线叠落盾构隧道下穿京沪高铁隔离桩设置参数研究

基于济南轨道交通R1线工程小半径曲线盾构隧道下穿京沪高铁,采取数值模拟手段研究隔离桩桩长、桩间距等不同设置参数下,对既有高铁桥梁结构的保护效果。计算结果表明:增加隔离桩桩长可以提高保护效果,反之降低;隔离桩桩间距增加,保护效果有所降低。通过计算分析,隔离桩采用桩间距1.2 m、桩长39 m(桩端位于隧道底部以下4 m)较为合理。采用室内模型试验针对桩间距1.2 m、桩长39 m隔离桩设计方案进行验证,试验结果表明:盾构隧道所下穿的两侧承台沉降变形均较小,承台沉降最大值仅0.5 mm,隔离桩设置可有效减少盾构施工对高铁桥桩影响。现场全自动化监测结果显示,承台沉降及水平位移的最大值均未超过0.4 mm,小于控制值1.0 mm。现场监测结果与数值模拟、模型试验结果比较一致,验证了数值模拟和室内模型实验结果的可靠性。