复合地层下盾构施工模态系统刀盘荷载及振动特性研究

基于苏埃通道盾构工程和盾构及掘进技术国家重点实验室的盾构施工模态系统的刀盘实体,利用JHC本构模型对岩体进行仿真,通过显示动力学软件LS-DYNA对不同模式下的滚刀群切削复合地层进行数值模拟,并结合滚刀、刀盘的力学分析及傅立叶变换函数,得到滚刀和刀盘的三向荷载-时间历程曲线及荷载的频谱图。通过分析荷载曲线及频谱图可知:1)在荷载特性方面,切削过程中滚刀和刀盘荷载均具有突变性、随机性和冲击性;当滚刀运动经过软硬岩层交界面时,滚刀切点荷载发生突变,有可能发生剧烈震荡。2)在振动特性方面,刀盘荷载的频率主要集中在0~5 Hz,属于典型的低频振动,并与滚刀的频率分布一致;软岩及硬岩仅对滚刀荷载的幅值产生影响,对其频率分布影响有限。结合刀盘在软硬不均地层条件下静力学的分析结果,确定刀盘在不均匀受力状态下的最大应力、应变位置,为苏埃通道滚刀破岩物理模型试验刀盘测试系统的构建提供了依据。     

软土地层土压平衡式盾构盾尾有限元分析及优化对策

盾构在施工时,盾尾往往要承受大量的水土压力和自重载荷,这些载荷作用在盾尾产生一定的形变量。当形变量超过设计要求时,会造成一定的工程事故。针对软土地层中盾构的工况进行分析,确定盾构掘进过程中盾尾所受载荷。建立三维有限元模型,然后进行计算分析。根据分析结果对盾尾结构进行改进:盾尾采用6点注浆法代替传统的4点注浆法,并对有限元软件进行分析计算,对比6点注浆法和4点注浆法盾尾的分析结果。结果表明,6点注浆法能很好地减少盾尾的形变量,提高了盾构施工质量。     

基于磨损比耗指数的滚刀磨损定量预测方法

为定量预测盾构掘进复合地层时不同刀位的滚刀磨损量,以滚刀磨损的逐刀量测及相应的破岩体积的分层统计为基础,将位置各异的滚刀磨损比耗指数(SWI)——滚刀磨损增加量与破岩体积之比,按滚刀掘进地层进行分类统计,得到以掘进参数为自变量、适用于4种均质地层的SWI回归方程。将SWI回归方程与磨损量的分层求和法相结合,提出基于磨损比耗指数的复合地层滚刀磨损的定量预测方法。研究表明:1)磨损比耗指数同时考虑磨损量与滚刀安装位置、掘进距离的关系,物理意义明确;2)SWI回归方程预测精度较高,可为刀圈极限磨损预测提供掘进参数预警值。通过分析方程系数与岩性的相关性,提出在不同地层中有利于减缓滚刀磨损的掘进参数调整方法。实测结果表明,复合地层滚刀磨损定量预测方法在磨损量预测,尤其是滚刀寿命预测中具有较高的精度。     

富水砂卵石地层矩形顶管机的研究及应用——结合成都川大下穿人民南路人行通道工程

以成都川大下穿人民南路人行通道矩形顶管项目为依托,对富水砂卵石地层矩形顶管机关键技术进行研究。1)为探索同平面多刀盘联合开挖矩形断面技术,采用ANSYS Workbench有限元仿真分析方法对刀盘结构进行优化,得出:刀盘采用箱体式4辐条结构外加大圆环支撑形式,可满足强度需求的同时有效提高刀盘开口率。2)研究针对大粒径卵石的双螺旋输送机排渣技术,利用ANSYS仿真分析对螺旋叶片厚度进行优化,通过工业性试验表明:大直径、大节距螺旋叶片设计可有效提高卵石地层的排渣效果,实现450 mm粒径卵石的顺利排出。3)采用正交试验对掘进过程中渣土改良工艺进行研究,获得适应该地层的渣土改良方案。     

基于流-固耦合的盾构隧道开挖面稳定性研究

利用FLAC3D建立三维数值模型,对考虑完全流-固耦合效应的盾构隧道开挖面失稳过程进行模拟和验证,并进一步分析水位高度、渗流时间对开挖面变形、地表沉降和孔隙水压力的影响。研究表明:开挖面变形随支护压力比的减小经历3个阶段的变化,且与土体塑性区的发展密切相关;相比于无水状态,考虑流-固耦合效应的开挖面稳定性显著降低,随水位的升高、渗流时间的增大,开挖面发生失稳破坏的支护压力比明显增大;支护压力比(表征支护压力)的减小将导致开挖面前方一定范围的孔隙水压力减小,靠近开挖面的孔隙水压力受扰动程度加剧,形成"漏斗状"的影响区;开挖面失稳导致土体位移场延伸至地表,引起地表产生明显的沉降变形,在不同的变形阶段开挖面中心点位移与最大地表沉降分别呈抛物线相关和线性相关。     

基于三维蠕变模型的基坑开挖长时位移预测

针对流变性软土地层大型深基坑开挖扰动位移的时效特性及长时位移的预测计算,开展系统研究。提出了融合基坑开挖卸载弹塑性动态位移、土体蠕变位移及其相互作用模式的长时位移计算概念化本构模型并建立了相应力学表达式;分析了软土蠕变模型的适用性并推导了长时位移计算关键参数--蠕变位移时效系数的计算公式。基于FEM与地层蠕变模型的时间增量法,建立了基坑开挖卸载位移和土体蠕变位移相结合的基坑开挖长时位移统一计算方法。研究成果适用于软土地层任意形式基坑工程设计阶段、施工阶段、基坑挖方完成等土体扰动长时位移的预测计算。工程实例的比较分析表明,计算方法具有良好的可靠性和工程适用性。     

圆桩支护排水系统组合结构在复理石边坡支护中的应用

为解决在建黑山南北高速公路复理石边坡牵引式工程滑坡、滑塌问题,提出采用钻孔灌注桩预支护后开挖实施桩间支护,建立完善桩间排水系统的新型圆桩支护排水方案,并详细介绍了悬臂式桩支护、锚拉式桩支护、承台式双排桩支护的工程应用及选取代表段采用有限元强度折减法进行分析.结果表明:圆桩支护排水系统组合结构优势明显,能较好地解决复理石...     

超深地下连续墙槽壁位移及泥浆配制技术研究

依托昆明地铁#4线火车北站基坑工程,对超深地下连续墙成槽施工进行数值模拟,探讨了不同成槽顺序与泥浆重度下槽壁位移与地表沉降变化规律.研究结果表明:泥浆重度是成槽稳定的关键因素,而成槽顺序对周围土层位移影响较小;采用聚丙烯酸钠代替传统CMC作增黏剂配制新型环保聚合物泥浆,通过现场泥浆配置试验方法,确定了泥浆配比合理参数;...     

煤系地层陡坡路基失稳机理及处治方案研究

文中结合贵州省贵安新区某道路工程,对煤系地层陡坡路基失稳机理进行分析,认为滑带的形成及路基的加载是边坡失稳的主要原因.根据滑坡推力计算结果,采用以抗滑桩支挡为主体,辅以截排水系统、挡墙、浆砌片石护面墙的边坡处治方案.抗滑桩按抵挡住全部下滑力进行设计,通过Geo-Studio软件对抗滑桩的治理效果进行数值模拟,结果显示坡...     

多孔无桥台斜腿刚架桥的设铰问题

多孔无桥台斜腿刚架桥是一种高次超静定结构,温变、收缩、桥墩变位等常常成为控制结构设计的重要因素,为了解决这一问题,结合具体工程实践,提出了多孔无桥台斜腿刚架桥的设铰方法,并对设铰前后多孔无桥台斜腿刚架桥的内力进行了分析,得出了合理的设铰位置。