无水大粒径砂卵石盾构综合施工技术

结合北京地铁10号线二期某区间选用的加泥式土压平衡盾构施工情况,着重从盾构选型、刀具优化、渣土改良等方面,分析和研究了在无水大粒径砂卵石地层中的盾构综合施工技术。结果表明,选用加泥式土压平衡盾构对无水大粒径砂卵石地层具有一定的适应性,且无水大粒径砂卵石地层采用敞开式或半敞开式盾构具有可行性。     

砂性土静止土压力计算探讨

关于静止土压力,在《铁路工程设计技术手册:路基》和《建筑边坡工程技术规范》(GB50330—2002)中,都有相关的办法和计算,但都是以"经验"为依据提出来的,且其计算图示为墙背垂直填土为水平的情况,由此可见前述规范中采用的方法和公式适用性较小,甚至不准确。基于库伦主动土压力计算理论,结合土体极限稳定边坡的条件,得出可能产生砂性土静止土压力的计算范围,从而建立砂性土静止土压力的计算公式,并通过应力圆加以论证。     

砂卵石地层盾构刀盘有限元分析

参照北京地铁某地段砂卵石地层盾构施工中使用的盾构机刀盘刀具结构,重建了刀盘刀具的三维实体模型;根据地层特性参数计算出了切刀、先行刀和周边刀的切削力以及地层对刀盘的压力和摩擦力,建立了盾构机刀盘的有限元计算模型;针对刀盘初始切削、掘进砂卵石地层和遇到大粒径卵石三种工况,分别分析刀盘刀具的受力特性,得出了应力应变分布规律,并结合工程实例提出刀盘结构的改进措施.     

成都地铁7号线火神区间盾构选型与关键参数计算分析

盾构选型的合理性和关键参数的准确确定是盾构法工程施工成败的关键。针对成都地铁7号线火车南站至神仙树区间地质和水文特征,结合盾构对不同地层的适应性比较,论证采用土压平衡盾构施工的可行性和必要性。同时就盾构施工可能出现的问题,对盾构各个系统进行选型分析。在盾构推进阻力和刀盘回转阻力计算方法基础上,结合实际的地质参数,计算出该区间内最大的推进阻力为10 659 k N,最大刀盘回转阻力矩为4 072 k N·m;选取合适的储备系数,确定盾构最大推力和刀盘装备扭矩的建议值分别为26 648 k N和6 108 k N·m。最后通过与实际值进行对比,验证了盾构推力和刀盘驱动扭矩理论选型值的准确性。     

真空预压法处理高液限黏土适用性模型试验研究

设计真空预压法处理高、低液限黏土的室内模型对比试验,研究真空预压法对某工程高液限黏土的适用性及其对高、低液限黏土两种土样的处理效果。结果表明:试验后各土样的含水率、孔隙比明显减小:密实性、强度明显提高;高液限土样的体积压缩率为47.4%,低液限土样的体积压缩率为22.9%。真空预压法适用处理本工程高液限黏土,处理效果明显。     

双电层对非饱和粘土渗透率的影响

为研究非饱和粘土中电荷对其渗透率的影响,首先阐述粘土双电层产生的机理,分析了双电层对粘土中极性液体流动产生电滞阻力的原因;然后利用物理化学中关于胶体动电性质的有关公式和达西定律,导出了受到电效应影响的水相渗透率公式,并结合已有的非饱和土渗透率公式,得到了考虑电效应影响的非饱和土的综合渗透率公式;最后以钠高岭土为例,分别计算出在温度为15℃、4种不同浓度的NaCl溶液考虑电效应影响的渗透率ke和不同饱和度下不考虑电效应的渗透率k*。计算结果表明:(1)在温度恒定的情况下,渗透液的浓度对ke影响很大,随着浓度的增大,ke近似线性减小;(2)渗透液的饱和度对k*影响显著,随着饱和度的减小,k*显著减小。因而,在溶液浓度较低和饱和度较低的情况下,非饱和土水的渗透应考虑电效应的影响;在饱和土中,电效应的影响很小,可以不予考虑。     

天津港易堵管黏土物理力学指标及应用

基于天津港地区大量的易堵管黏土标准贯入试验和室内土工试验资料,应用数理统计方法,对易堵管黏土标准贯入击数与物理力学指标间的相关关系进行研究分析。结果表明:经验公式的回归系数均在0.8以上,具有较高的可靠性。研究结果经过可靠性分析验证后,为易堵管黏土通过原位测试指标来计算黏土的物理力学指标提供了可行的方法,该方法节约疏浚工程勘察费用,给类似的疏浚工程以借鉴,具有较高的实际应用价值。     

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。     

淹没高压射流垂直切削硬质黏土数值与试验研究

针对淹没高压水射流对硬质黏土进行切削的问题,基于耦合的欧拉-拉格朗日方法,引入射流经过淹没水域发生速度衰减规律,建立有限元模型对切削效果进行分析研究,最后通过室内试验加以验证。该方法集合了欧拉算法和拉格朗日算法的优点,适用于射流和土体之间流固耦合的分析计算,其中,水体采用欧拉算法,土体采用拉格朗日算法,水土的接触面可被精确捕捉。数值结果显示,高压射流作用下,硬质黏土切削深度随切削速度的增大而减小,随射流压力的增大而增大。并与试验结果进行定量对比,两者较为吻合。该模型较好地模拟了淹没条件下高压射流对硬质黏土的切削过程,为解决这一问题提供了新的思路。     

反复湿化和动载作用下路基红黏土累积变形特性研究

针对南方湿热地区红黏土路基受干湿交替环境和行车荷载往复作用而出现过大附加沉降的问题,为揭示反复湿化和动载联合作用下路基红黏土的累积变形演变规律,采用喷雾加湿和暖风干燥的方法对压实红黏土试样进行定量增湿与脱湿,制备了4个不同湿化幅度和5种不同湿化次数的试样,并通过动三轴试验测试了湿化幅度、湿化次数和动应力幅值对累积变形的影响。研究结果表明:累积塑性应变随湿化幅度的增加呈非线性增大,存在临界湿化幅度为1.5%,超此幅值时累积应变成倍增加;试样经历初次湿化时,即从0次到1次,累积应变增幅较大,第2次和第3次时增幅放缓,而进行到第4次时,累积应变增幅又变大;动应力较小时,累积应变在较少振动次数下趋于稳定,而当动应力超过临界动应力水平,试样累积应变迅速增长直至破坏,且动应力对累积塑性应变的影响随着反复湿化幅度和次数的增加而增大;累积应变状态受湿化幅度、湿化次数和动应力幅值的耦合影响,从塑性安定型演变为增量破坏型,其典型滞回曲线形状由从疏到密变化到从密到疏,面积越来越大。最后基于试验加载结束时累积应变的幂函数变化规律,以湿化幅度、湿化次数和动应力幅值为变量,建立了动力湿化应变的预测模型,可用于实际工程常出现的稳定型累积应变状态的湿化变形预测。