飞机荷载引起的软土地基沉降变形规律研究

在深厚软弱土层上修建的机场,飞机荷载引起的沉降不能忽视。本文以浦东机场一、二、三跑道通航后近14年的道面沉降观测数据为基础,建立了简化的飞机荷载引起沉降的分析模型,对不同地质条件、不同地基处理方式下由飞机荷载引起软土地基沉降变形的规律进行分析。研究发现,飞机荷载引起的沉降量随通航时间的增加逐渐增大,但其在工后沉降中所占比例逐渐减小,目前浦东机场3条跑道飞机荷载引起的沉降量均在12cm以内。     

大面积堆载条件下相邻荷影响问题

结合上海浦东国际机场场道工程软土地基处理方案研究,通过其地面沉降与分层沉降的长期观测资料,以及附加应力计算结果,对大面积堆载试验现场相邻荷载的影响作用进行多方面分析,以探讨其规律和对地基沉降计算的影响.     

机场场道软土地基处理工程的监测分析

根据宁波栎社国际机场三期扩建工程机场场道软土地基处理现场监测及检测结果,对机场场道堆载预压加固施工全过程中地基土体的孔压变化、地表和分层沉降、地表和深层土体水平位移进行了分析。结果表明堆载预压能较好促进场道地基孔隙水压力的消散,提升土体固结度,并能提前大幅消除软基沉降量,减少了工后沉降的风险。研究有效地验证了堆载预压技术的处理效果,能较好地指导软土地基施工,并为同类工程提供参考经验。     

飞机动荷载作用下场道地基沉降

地基沉降问题是软土地基上修建跑道的关键问题,上海浦东机场对修建在软土地基上的跑道进行了长期道面沉降观测。通过对浦东机场两条跑道道面沉降观测资料的分析,提出了采用通航以来跑道横断面上10 m线测点与30 m线测点之间的差异沉降近似确定飞机动载沉降的方法,并分析了飞机动载沉降在时间及空间上的变化规律。认为动载沉降在通航初期2～3年增加较大、之后增加缓慢,动载沉降占总沉降的份额随着时间的延续不断增大,一跑道通航10年后,该份额平均约为10%左右。截止2009年4月,浦东机场一、二跑道以均匀沉降为主,差异沉降较小。     

交通荷载作用下软土地基沉降分析

对软土地基在静力荷载作用下的沉降特性,交通荷载作用下软土的动力特性以及交通荷载作用下软土地基的沉降组成进行了分析,对工程实际有一定的借鉴作用。     

循环荷载下软土地基固结沉降分析

软土地基在车辆长期作用下会产生较大的工后沉降,研究软土地基在车辆循环荷载下的变形及应力等特征,对控制工后沉降处理软土地基具有一定意义。以处于软土地基的某公路为例,应用ABAQUS建立饱和软土地基修正剑桥模型,不同时段通行车辆为循环荷载,得到公路在循环荷载下变形、应力、孔压等分布特性。结果表明,高峰通行时间越长地基的变形量越大,地基顶部孔压较底部孔压消散快,达到完全固结需要相当长的时间。     

快速地铁列车荷载下软土地基沉降数值模拟研究

地铁列车荷载作用下软土地基会产生沉降,如工后沉降和不均匀沉降等,影响其使用性能和使用寿命。为研究不同速度地铁列车荷载作用下软土地基的沉降特性,采用有限元软件ABAQUS建立三维动力有限元模型,对比分析了常规时速(80 km/h)和较快时速(120 km/h)下土体的沉降规律,并结合理论经验修改公式预测地铁运营工后沉降量。研究结果表明:列车运行速度越大,隧道下卧土体的波动越大,沉降曲线轮轨分布现象越明显,地表沉降槽的横向影响范围也越大,约为隧道轴线两侧各4.5倍隧道直径,但其工后沉降随地铁行车速度的增大而减小;在快速地铁列车荷载作用下土体竖向沉降的影响范围为3倍隧道直径;线路运营后一年沉降量约为57mm,占累积沉降量的30%,20年后的累计沉降量约为190 mm。     

温州机场一期跑道地基长期沉降分析和探讨

本文以温州机场一期跑道20多年来地基沉降实测数据为基础，结合机场周边的工程活动对地基工后沉降的影响因素进行分析，得出抽取地下水对软土地基沉降影响较大，并通过工后固结沉降实测值与理论计算值进行对比，验证工后固结沉降理论计算准确性，为类似工程提供参考。     

软基础夯堆载预压处理质量的试验观测及数值模拟研究

前言 福州国际机场地处闽江入海口南部,地基主要由浅部(H＜9.0m)细砂及深部(H＞9.0～40m)淤泥质粘土组成.据详勘资料,深部软土层在工程设计荷载作用下,将产生20cm以上的固结沉降.若这一结论可靠,则机场场道在使用期间产生的不均匀沉降无法满足设计技术控制标准.因而必须对深部软土层进行加固处理.     

民用机场软土地基堆载预压分层加载施工

上海浦东国际机场新建滑行道及机坪等施工区域软土地基,在工程荷载作用下的沉降变形较大;设计堆载预压法处理软土地基,减小工后沉降及不均匀沉降。首先介绍施工区域的工程地质概况、设计概况和工期要求,确定了堆载预压施工分级加载的方法。然后计算了堆载预压荷载并进行数据分析,得到如下结论：分级加载计算结果偏保守,预留了一定的安全储备;应合理考虑(2)1层粉质黏土的作用,适当提高第一级加载的高度;在分级堆载容许范围内加载不会破坏原有软土地基;应结合工程实际,确定各级荷载的沉降稳定标准及下一级荷载的加载时间;对堆载体水平位移较大的部位,应加强坡脚位移的监测,避免边坡局部失稳。     

飞机移动荷载下层状路基应力路径特性研究

为研究飞机移动荷载作用下跑道地基受力特性及土体单元经历的应力路径,采用积分变换和传递矩阵法推导了层状地基各应力分量的半解析解,将道路面层-基层-地基视作多层跑道结构体系,将飞机荷载考虑为作用于跑道上的多个移动轮载的叠加,分析了不同移动轮组荷载组合形式下地基内部土单元的偏应力大小、主应力方向的变化规律,揭示了偏应力路径的基本特性;进一步探讨了跑道不同功能区土单元应力路径的差异性,发现不同功能区域土单元应力路径曲线有显著差异,呈现为全心形-上半心形及下半心形的形态,并开展动态空心扭剪试验观察了三种应力路径下土体累计变形的差异性,从而揭示了跑道差异沉降产生的内在机理。     

飞机主起落架移动荷载作用下道基动力响应分析

飞机起降过程中主起落架移动荷载引起的跑道道基土体循环动应力是导致跑道沉降和差异沉降的主要原因。采用移动荷载作用下跑道动力响应半解析有限单元法,基于叠加原理分析了B747-400和A380-800客机主起落架轮组移动荷载作用下道基土体动应力响应规律。分析结果表明:在B747-400和A380-800客机主起落架移动荷载作用下,道基浅层土体竖向正应力沿横向呈倒锅底型分布,荷载影响深度可达13 m;主起落架机轮分布对浅层道基土体竖向正应力影响较大,对深层土体影响不大;飞机移动速度对浅层道基土体竖向正应力分布影响较小,但对深层土体影响较明显,当飞机滑行速度达到60~80 m/s时,荷载影响深度达静力分析时的1.5~1.7倍;采用柔性道面板时,浅层土体竖向正应力较刚性道面结构时增加约50%,荷载影响深度增加约10%。     

飞机移动荷载作用下跑道地基响应范围变化规律

针对目前机场场道工程设计中未考虑飞机移动荷载特性、道面结构及地基土特性与土基影响深度之间关系的状况,基于国际平整度指数IRI的飞机移动荷载计算理论和层状弹性体系理论,构建了考虑道面结构—土基—飞机移动荷载的动力分析模型。系统分析了不同道面结构和不同机型在土基顶面产生的最大附加动应力分布规律,获得了飞机移动过程中最大附加动应力横向影响范围及随深度的变化规律。研究结果为机场场道工程设计及优化提供了理论依据和参考。     

基于上覆机场跑道安全的盾构隧道拱顶沉降控制基准研究

针对下穿机场跑道盾构隧道施工中的跑道沉降监测和预警的问题,运用力学方法分析了机场跑道结构的受力及变形特征,结合Peck沉降槽修正计算公式和材料力学第一强度理论,提出了跑道下部土体沉降槽限值和拱顶控制基准值的计算方法和流程。研究表明机场混凝土跑道面层同下部土层刚度差异较大,可将跑道面层简化为弹性地基梁,得到机场跑道的弯矩、挠度、剪力最大值计算公式;由于跑道面刚度较大,借鉴建筑物刚度对Peck公式修正的方法考虑跑道面刚度对Peck理论计算公式影响并修正,结合第一强度理论提出跑道下部土体与拱顶变形控制基准值的计算方法和流程。基于仙霞西路下穿虹桥机场绕滑道工程,按照计算流程计算得到了跑道下部土体沉降槽限值为5.74 mm;根据跑道沉降与拱顶沉降的关系,进而得到隧道拱顶沉降控制基准值下限值为17.39 mm、上限值为13.67 mm。     

飞机荷载作用下非均匀道基动力响应分析

针对山区机场道基沿跑道方向挖填交替的特点,通过沿跑道横向Fourier变换,提出适用于飞机移动荷载作用下山区机场跑道动力响应分析的半解析有限单元法,导出相应的有限元列式,编制有限元分析程序,通过算例验证方法及程序的正确性。分析单轮荷载移动速度、机场道面结构形式以及挖填交替非均匀道基形式对道基土体动应力的影响。结果表明：道基土体动应力路径呈蛋形,各动应力分量的峰值小于单轮静压力的2%;随着荷载移动速度加快,土体动应力路径逆时针偏转,动应力峰值和影响深度明显增加;与刚性道面结构相比,柔性道面结构下土体动应力沿跑道纵向和横向衰减快,但动应力峰值和影响深度更大;挖填交替界面附近土体动应力集中,集中系数达约1.4。     

扁铲侧胀试验计算地基变形及原型试验研究

直接依据扁铲侧胀原位测试成果,提出地基变形计算方法,并结合某国际机场特大面积堆载预压工程原型试验,在长期沉降、深层土体水平位移、孔隙水压力、土压力、分层沉降等监测资料的基础上,验证方法的合理性,为扁铲侧胀试验计算地基变形提供参考依据。     

复杂荷载作用下填埋场HDPE土工膜受拉计算

采用FLAC程序对典型荷载作用下城市垃圾填埋场HDPE土工膜的受力状况进行了计算分析。3种荷载条件包括:36 m高垃圾堆体自重荷载(分层填埋);下卧软弱黏土层不均匀沉降引起的荷载;地震引起的动力荷载。计算结果显示:①土工膜内的拉应力随着垃圾土分层填埋、基础不均匀沉降、地震荷载的作用而积累;②基础不均匀沉陷是影响衬垫层土工膜局部拉应力的主要因素;③中等强度水平的地震动输入(例如,峰值加速度为0.25g)可使覆盖层土工膜端部锚固位置拉应力超过极限拉应力。     

地铁车站开挖引起地表沉降分析方法的对比研究

 地铁隧道开挖过程引起的地表沉降会对周围环境造成一定的影响。结合青岛地铁车站开挖引起地表沉降过大的问题,首先,以该车站地表沉降实测数据为基础,利用Peck方法得到车站开挖引起的沉降槽宽度、地层损失率,拟合地表沉降槽曲线。并对该地铁车站开挖引起的地表沉降槽宽度的计算表达式给出建议。其次,利用随机介质理论方法反分析地铁车站初步开挖引起的地表移动参数,包括沉降槽影响范围以及断面收缩率,并利用所得的参数对该车站的进一步开挖进行地表沉降预测。最后,在将Peck方法和随机介质理论方法对比分析的基础上,得到2种方法对于地表沉降影响范围计算结果的差异;为了进一步验证该结论的正确性,利用反分析的方法得到我国部分城市隧道开挖引起的地表移动参数,并将开挖地层影响角换算为沉降槽宽度与现有的计算结果进行对比分析。     

列车交通荷载作用下地基土单元体的应力路径

为研究列车交通荷载作用下地基内部动应力特征以及土体单元经历的应力路径,基于2.5维有限元数值方法建立轨道-路堤-地基耦合分析模型,其中轨道在轮轴荷载作用下的弯曲变形用欧拉梁来描述,而列车荷载被简化为作用于轨道上的单个或多个移动轮轴荷载,通过基于半解析的方法推导得到了地基中的动应力解答。剖析列车轮轴荷载作用过程中地基内部土单元体经历的应力路径和其中的主应力轴旋转现象;发现当列车速度低于地基剪切波速时,不同速度的荷载作用下不同地基深度处的土单元应力路径曲线形状都很相似;而当荷载速度增大到接近或者超过地基剪切波速时,土单元应力路径曲线和应力分布均发生很大改变。分析结果为研究交通荷载作用下软土的动力特性及地基长期附加沉降提供了基础。