近接地铁隧道的基坑开挖土体扰动影响测试研究

近接地铁隧道的软土基坑开挖会对周边土体产生扰动,其应力状态和力学性质将发生变化,进而影响邻近隧道的变形和稳定。为此,本文在现有施工扰动评价方法的基础上,以近接宁波轨道交通3号线某区间盾构隧道的JD08地块基坑工程为例,采用现场原位测试方法,研究了基坑开挖前、开挖后周边土体的变形、水土压力和静力触探指标变化,分析了基坑开挖对周边土体的扰动作用以及扰动度分布规律,结果表明：近基坑侧的测点的锥尖阻力衰减(扰动度)主要分布在20%～40%之间;邻近地铁隧道侧的测点的锥尖阻力衰减总体上小于20%,基坑开挖卸荷影响较小。本基坑所采用的地连墙支护有效减小了基坑开挖对周边地层的扰动,确保了邻近地铁隧道的安全和稳定。     

上海软土基坑变形土体扰动机理及室内试验研究

随着基坑工程规模的增大,复杂性的增加,基坑坑外影响范围和变形量逐渐增大,传统土力学和基坑开挖变形理论已经难以满足工程计算预测需要。深大基坑出现变形较大的原因被归结于施工对周围土体的扰动影响。选取上海软土地区典型基坑工程,对基坑开挖前后的土体进行取样,对比了施工扰动前后的坑外土体性质。发现上海地区④层土在基坑开挖前后,差异明显。因此,针对④层土进行了模拟基坑开挖应力路径的侧向、轴向卸荷室内试验。最后,结合室内试验结果和基坑开挖过程中的实测数据,对上海地区基坑的变形特性和坑外土体扰动变形机理进行了分析和探讨。发现软土地区基坑坑外土体扰动后的固结压缩是造成坑外地表沉降变形的一个重要原因,且坑外沉降曲线可用正态分布函数较好地拟合。     

基础施工的环境影响监测限值分析

基础施工中的桩基施工和基坑施工对周围土体环境将产生影响，一方面沉桩将挤密周围土体，造成地面隆起；另外一方面，基坑开挖将导致地面下陷。传统上，基础施工对环境影响的监测取值往往是根据经验来判定，但在某些情况下这种方法是不安全的，或者由于过分严格造成了经济上的不合理。本文将对如何选取限值从理论的角度加以探讨，由于打桩和基坑开挖对周围土体的影响相互抵消，所以，当计算基坑开挖所得的绝对值远远小于打桩影响值时，可以不再考虑基坑开挖对周围环境的影响。     

局部超载与基坑变形相互影响的初步研究

依据布西奈斯克解分析计算了超载引起的土体附加应力,并分析了其作用在基坑围护结构时,相对于土体侧应力的影响比例,指出基坑开挖引起周围土体的扰动,作用在扰动土体的超载将会产生额外的沉降,同时探讨了土体扰动下的超载沉降,为类似问题的进一步研究提供了理论基础。     

基坑软土强度变化特征及坑底施工安全控制

以试验为基础，分析了软土地区深基坑开挖时，坑底被动区土体强度变化特征及坑底土体御荷后滞留对其强度的影响，并结合工程通过分析施工阶段坑底土体暴露及扰动等不利因素对围护墙体安全度的影响，提出了应对坑底施工的安全控制，其结果对基坑工程的施工具有参考价值。     

基坑软土强度变化特征及坑底施工安全控制

以试验为基础 ,分析了软土地区深基坑开挖时 ,坑底被动区土体强度变化特征及坑底土体卸荷后滞留对其强度的影响。并结合工程通过分析施工阶段坑底土体暴露及扰动等不利因素对围护墙体安全度的影响 ,提出了应对坑底施工的安全控制 ,其结果对基坑工程的施工具有参考价值     

受施工振动土体的工程性质研究

 博士学位论文摘要　结合兰州地区黄土的特点, 分析总结了不同施工活动对土体扰动的影响因素, 系统研究了受施工振动土体的工程性质, 获得以下主要成果:(1) 受施工活动的扰动影响, 引起土体应力状态、应力路径的改变, 土体的孔隙比、含水量及压密固结状态发生变化, 某些施工方法还可能引起土体成分的混合置换、化学成分的改变, 这些主要指标的变异将影响土体强度、变形特性的改变。对密实度相同的土体, 随含水量增加, 土体峰值强度降低; 对含水量相同的土体, 随密实度增加, 其峰值强度增加。(2) 三轴加载试验表明, 在较小的侧压力作用下, 含水量较低或密实度较大的土体, 随着荷载的增加, 其体积应变表现为剪胀性, 其余表现为剪缩性。不同的卸载应力路径, 其破坏形式不同, 孔隙比的变化规律也不同, 对以侧向卸载为主, 其e 随卸载过程不断减小, 破坏形式为压缩破坏; 对竖向与侧向卸载比例相同的应力路径, 卸载过程中e 保持不变; 对以侧压加载为主, 其e 随加载过程不断增大, 破坏形式为挤长破坏。不同应力路径下应力2应变曲线差别很大, 就破坏时的轴向应变而言, 挤长破坏要比压缩破坏小很多, 约为1ö 3～ 1ö 2。对于同一种破坏形式(如挤长破坏) , 其抗剪强度指标基本接近; 若对于不同的破坏形式, 其抗剪强度指标不同, 挤长破坏的粘聚力c 比压缩破坏低15% 左右, 挤长破坏的内摩擦角U比压缩破坏低21% 左右, 因此采用常规加载强度变形数据代替卸载问题是偏于危险的。(3) 黄土受卸载扰动后的应力2应变曲线呈双曲线, 具有良好的归一化特性; 其初始的变形模量比常规加载情形高得多。(4) 基坑开挖卸载作用产生对周围土体的扰动, 侧向扰动范围约为开挖深度的113 倍, 在基坑底部的竖向扰动范围约为开挖深度的3 倍。(5) 强夯施工对土体产生的扰动范围可分为强扰动区、中扰动区、被动扰动区及弱扰动区, 在强夯作用的强扰动区, 士体的密实度、比贯入阻力、承载力、锤击数等有大幅度提高; 在中扰动区, 也有一定提高。(6) 提出了考虑建筑物附近地面最大水平加速度、最大水平速度、振幅及建筑物强度刚度等因素的强夯所引起的扰动影响系数, 可用来衡量强夯振动对建筑物扰动程度。推导了在非饱和黄土中打桩扰动的小孔扩张理论公式, 根据模型试验实测资料, 初步划分为受打桩扰动影响周围土体的强、中、弱、非扰动区及桩底扰动增强区与桩周地表隆起区。(7) 土体受加筋扰动作用后表现明显的各向异性, 土工合成材料加筋土表现为应变软化特性, 推导了加筋土挡墙正交各向异性基数解及土工合成材料加筋土应变软化的本构方程。加筋土挡墙的模型试验与数值分析结果表明, 采用合适的加筋方案, 加筋扰动作用导致加筋土挡土的面板只承受很小土压力, 荷载通过筋条位力来平衡。(8) 提出了在p 2q2e 坐标系中建立破坏曲面以描述扰动的概念, 建立了以平均应力、偏应力及孔隙比增量相对值的扰动度公式, 可用于衡量受不同施工扰动影响对周围土体的扰动程度。     

围护墙后开挖对基坑变形影响的数值分析

以西江引水盾构一标盾构吊出井和阀门井深基坑工程为分析对象,考虑土体的小应变刚度特性,建立三维有限元分析模型,探讨围护墙后开挖对基坑的变形影响。通过计算结果和实测数据的对比分析,表明部分围护墙后开挖卸载,造成支撑两端产生不平衡力,使开挖一侧的墙体回弹而减小水平位移,而对侧墙体水平位移继续增大,墙后土体沉降也随之增大。墙后的局部开挖卸载还能引起支撑两端墙体最大位移向相反方向移动,产生错动趋势。而开挖卸载的同时在墙后适当增加支撑可调整墙体的位移增量,有助于减少对基坑的扰动。所获得的结论对于既有基坑墙后开挖工程的设计和施工具有重要的参考价值。     

微扰动注浆工艺在地铁保护中的应用

大型的房屋建设、基坑开挖工程等,常会扰动施工区域周围土体,导致原有地下构筑物发生位移及变形。如何减少建筑施工对地下构筑物的影响是当前地下空间开发中亟需解决的问题。以杭州某建筑工程建设过程中对邻近地铁产生的变形影响为背景,介绍了微扰动注浆施工流程及参数选择。结果表明,该工艺可以有效加固隧道体周围土体,改善隧道变形情况,对地铁隧道的维保有重要意义。     

基于多功能CPTU测试的基坑开挖扰动深度确定方法

基坑开挖卸荷扰动区深度的确定是基坑设计的重要指标。现有的关于扰动区深度的确定大都采用室内试验方法,无法反映土体的原位应力状态。基于多功能孔压静力触探(CPTU)原位测试,对南京、无锡、常州3个基坑工程进行开挖前、后的原位测试,分析了开挖卸荷对锥尖阻力q_t、侧壁摩阻力f_s、摩阻比R_f、电阻率ρ的影响;进一步结合室内卸荷回弹试验,提出了基于原位测试的基坑开挖扰动深度确定方法。结果表明,对于粉土和粉砂地基,开挖卸荷会使锥尖阻力和侧壁摩阻力降低,且随着土体埋深增加,其影响程度逐渐减小;对摩阻比和电阻率影响则较小;基坑开挖扰动区深度为CPTU锥尖阻力qt衰减20%时对应的深度距坑底开挖面的距离。     

高应力软岩近距离巷道工程的掘进扰动与稳定性

针对高应力近距离巷道工程的开挖掘进及稳定性问题,进行了理论分析、数值计算及现场监测等一系列研究。首先,在某矿山深部巷道工程的地质与施工条件基础上,采用理论方法分析了掘进爆破扰动应力传播规律及其对邻近巷道或硐室围岩稳定性的影响,并给出了扰动波在岩体中的衰减方程。然后,根据相关理论,采用FLAC软件进行了一次爆破掘进长度和开挖工序等掘进方案的数值分析,结果表明：在动荷载（爆破掘进）作用下,由施工巷道开挖时所产生的变形会直接影响到邻近硐室或巷道周边岩体,应力释放区域较大；当一次爆破掘进长度较小时,由于整段巷道的扰动次数较多而会引起变形增大,但初始速度较小,则反之。最后,采用监测的方式,对施工巷道进行了开挖扰动分析,结果表明：相距为20 m左右的两条巷道,开挖爆破扰动程度较大区域在后掘巷道掘进工作面的前后10～20 m范围之内,而对本条巷道扰动程度较大范围一般距掘进工作面25 m左右；并按照扰动程度大小可分为破坏区、影响程度较大区和影响程度较小区,破坏区和影响区一般位于掘进面30 m以内。     

雅砻江官地水电站料场边坡开挖扰动及其影响因素

 对雅砻江官地水电站竹子坝料场开挖高边坡稳定性及其影响因素进行深入研究;在对边坡失稳破坏模式及岩体力学参数进行分析的基础上,对典型代表性的坡段开挖过程进行非线性有限元模拟,得到边坡应力、位移及其塑性应变等开挖扰动特征及其断层、结构面参数、锚固措施等的影响效应,并对边坡施工过程中及长期稳定性的加固方案提出建议。研究结果表明,采用分步开挖、逐级加固的施工方案对确保边坡的稳定性是有效的,锚固支护不仅可以有效地约束变形,而且还能控制一定方向上的开挖卸荷强度,从而有效降低边坡岩体因开挖卸荷引起的强度损伤或破裂失稳。根据上述研究成果,提出在实际工程应用中进行开挖施工与加固优化的建议;作为重大水电工程的案例研究,所得结论也可对铁路、公路建设中的开挖边坡和矿山的露天矿边坡的治理工程提供一定的参考。     

Evaluating rock mass disturbance within open-pit excavations using seismic methods: A case study from the Hinkley Point C nuclear power station

Understanding rock strength is essential when undertaking major excavation projects,as accurate assessments ensure both safe and cost-effective engineered slopes.Balancing the cost-safety trade-off becomes more imperative during the construction of critical infrastructure such as nuclear power stations,where key components are built within relatively deep excavations.Designing these engineered slopes is reliant on rock strength models,which are generally parameterised using estimates of rock properties(e.g.unconfined compressive strength,rock disturbance) measured prior to the commencement of works.However,the physical process of excavation weakens the remaining rock mass.Therefore,the model also requires an adjustment for the anticipated rock disturbance.In practice,this parameter is difficult to quantify and as a result it is often poorly constrained.This can have a significant impact on the final design and cost of excavation.We present results from passive and active seismic surveys,which image the extent and degree of disturbance within recently excavated slopes at the construction site of Hinkley Point C nuclear power station.Results from active seismic surveys indicate that the disturbance is primarily confined to 0.5 m from the excavated face.In conjunction,passive monitoring is used to detected seismic events corresponding to fracturing on the cm-scale and event locations are in agreement with 0.5 m of disturbance into the rock face.This suggests rock disturbance at this site is relatively low and occurred during and immediately after the excavation.A ratio of seismic velocities recorded before and after excavations are used to determine the disturbance parameter required for the Hoek-Brown rock failure criterion,and we assess that rock disturbance is low with the magnitude of the disturbance diminishing more quickly than expected into the excavated slope.Seismic methods provide a low-cost and quick method to assess excavation related rock mass disturbance,which can lead to cost reductions in large excavation projects.     

动力扰动下深部高应力矿柱力学响应研究

对深部矿柱在承受高静载应力时的动力扰动力学模型进行应力波传播力学响应分析，采用FLAC^3D有限差分程序对深部开采圆形矿柱进行高应力下动力扰动数值计算。研究高径比为4的圆形矿柱在承受不同静载作用时对动力扰动的力学响应特性，通过改变矿柱所受静载应力的大小，来考察承压不同的矿柱对外界动力扰动的响应情况；通过改变扰动应力波峰值的大小，来考察动力扰动强度的变化对承受高应力矿柱稳定性的影响。矿柱的数值分析结果表明：承受高应力的岩体，随着所受初始静载应力的增大，外界的动力扰动对其影响就越明显；承受高静载应力的矿柱，较小的动力扰动可能会使其发生塑性破坏而导致深部开采时的“多米诺骨牌”效应。     

土岩质基坑土层开挖稳定性计算

重庆地区土岩基坑随处可见,在涉及这类基坑的稳定性计算时,设计者往往强调的是整个基坑开挖面岩土体的稳定性,却忽视了基坑岩层以上土体的稳定性。针对此种情况,推导出了这类地质条件下的基坑在采取垂直开挖或放坡时,上层土体沿某一平面滑动的稳定性计算模式,并提出了土岩交界处以上土体稳定性的判别标准,以及可以采取的相应施工措施。通过工程实例与理论计算的对比分析,证明了此种判别标准和施工措施不仅能保证基坑的稳定性,同时也有利于降低工程造价,为今后类似工程提供有益的借鉴。     

基坑开挖对地铁车站影响的计算模式分析

城市建设的发展,不可避免地会在地铁沿线产生深基坑工程问题。因对土体与结构相互作用的不同认识,对基坑开挖对既有车站影响的有两种计算模式。在对这两种计算模式分析的基础上,提出一种合理简单的基坑开挖对既有车站影响的计算方法。     

基于Hoek-Brown准则的开挖扰动引起围岩变形特性研究

 Hoek-Brown经验准则(2002版)考虑施工扰动对岩体参数劣化效应,并提出扰动系数D,但仅为粗略定性化描述。现应用声波测试法获得的岩体波速降l对扰动系数D进行优化处理,并将优化后的Hoek-Brown经验准则运用于开挖扰动引起岩体弹塑性变形特征方程的求解研究,进而可实现较精确表示围岩塑性圈半径。为验证该理论的合理性,综合运用声波测试法、位移监测法等监测手段及有限元数值模拟法予以对比分析。此外,考虑开挖扰动变形特征场地效应,提出可拟合不同岩性、不同开挖方式的变形与开挖扰动经验公式。工程实例计算结果表明：对Hoek-Brown经验准则(2002版)扰动系数D的优化合理,用其可计算开挖扰动引起的围岩弹塑性变形特征值。并可准确求得塑性圈半径值,同时,拟合得到变形与开挖扰动经验公式可满足不同工程需要,具有一定合理性。所获结果可为Hoek-Brown经验准则(2002版)及地下洞室开挖扰动引起岩体变形特性研究提供一定方法参考。     

双向水泥土搅拌桩施工扰动试验分析

通过对水泥土搅拌桩施工过程和施工结束后,桩周土体中产生的超静孔隙水压力的测试,并运用固结度指标对比分析了双向水泥土搅拌桩和常规水泥土搅拌桩施工工艺施工对桩周土体的影响,分析了施工结束后桩周土体强度随时间的变化趋势。论证了双向水泥土搅拌桩施工工艺较常规水泥土搅拌桩施工工艺能够大幅度降低对桩周土体的扰动,以及施工结束后桩周土体强度恢复速度亦明显提高。     

深基坑动态施工中的变形及内力预报

本文根据深基坑动态施工及分布开挖特点,用杆系有限元模拟分析基坑分步开挖及支护结构设计计算过程,分析各节点(每米)土体两侧土压力分布,并预报各施工阶段土体变形,内力及支撑轴力。