综合管廊暗挖施工对地铁隧道影响的数值分析

以北京市通州综合管廊上穿地铁6号线暗挖施工为工程背景,采用ABAQUS软件对暗挖施工过程进行有限元建模,分析管廊开挖过程对隧道结构及周边土体的影响。数值模拟结果表明:在开挖过程中,由于隧道上覆土体的移除,隧道周围土体应力释放,隧道中段受到两侧和底部不平衡的土体压力作用,发生向上的竖向位移;同时,由于施工开挖导致土体拱效应破坏,上覆土体自重施加在管廊顶部,导致管廊与两条隧道相交正上方的土体变形较大,管廊顶板处变形较大。     

地震作用下常德地区民建路综合管廊抗震数值分析

文章以湖南省常德市经济开发区政德路、民建路综合管廊建设项目设计采购施工总承包(EPC)为依托,通过ABAQUS有限元模型建立了综合管廊三维有限元模型,土体本构采用修正的Davidenkov骨架曲线描述的应力-应变滞回曲线,边界采用远置边界,分析了地震作用下综合管廊的位移响应及应力响应情况。在地震动的作用下,土体在竖直方向上的沉降具有一定的不均匀性,且管廊为典型长直结构,这使得管廊在纵轴线方向易出现弯曲变形。结合米塞斯应力云图,认为管廊位移差较大的部位,其所受应力也较大。     

软土地基综合管廊关键节点应力影响因素分析

以湖南益阳市水网湖区综合管廊工程为例,结合益阳典型软土地质条件,对综合管廊关键节点的应力进行了分析。基于现场资料,采用有限差分软件FLAC~(3D)进行综合管廊及场地土体的数值模拟,在此基础上分析了在路堤荷载及车辆荷载作用下综合管廊埋深、沟底碎石垫层及沟背回填土密实度这三个因素对综合管廊关键节点应力的影响。结果表明,综合管廊的关键节点应力随管廊埋深的增加而变大,是否设置管底碎石垫层及沟背换填土体模量对综合管廊关键节点的应力变化影响不大。     

管廊渗漏对其变形及周边土沉降特性的影响研究

地下综合管廊接缝处在外部作用下会产生相对位移,进而引发渗漏与周边土体侵蚀,而变形与渗漏耦合会进一步形成恶性循环。目前关于不同管廊形式、不同埋深、土体侵蚀程度和渗透系数等因素对管廊长期整体变形性能影响的研究较少。通过提出的渗流-应力模型,综合考虑土体-结构整体受力性能,可以定量地估计管廊接缝渗漏引起的管廊变形和地面沉降。研究发现,渗漏范围及稳定时间、渗漏点数目和渗漏引起的地面沉降,随着管廊抗弯刚度的减小而提高,随着管廊埋深、土体侵蚀程度和土体渗透系数的减小而降低。     

海口市某地下综合管廊基坑监测分析

在地下综合管廊施工过程中,基坑跟踪监测是确保整个工程安全、顺利、保质完成的根本。结合管廊基坑的特点(钢板桩支护形式),对基坑水平竖向、轴力、深层土体位移、地面沉降和水位进行监测,并对结果进行了分析。结果表明以下几点:基坑变形主要出现在开挖过程中,从第二道支撑到基坑底深层土体水平位移变化量最大,坑外土体沉降也随基坑开挖剧烈下降,待基坑底板施工后趋于平稳。钢板桩支护下管廊基坑土体变形的特点是"上下两头小,中间凸",先支撑后开挖会减少此类土体的变形量。此成果可为相关管廊基坑施工提供参考。     

隔墙位置对综合管廊力学性能影响分析

在软土地基上兴建双舱矩形综合管廊,存在结构两侧不均匀沉降和应力集中的问题,文中基于广州大学城综合管廊工程,考虑综合管廊与周围土体的相互作用,利用有限元软件MIDAS/GTS分析隔墙位置对双舱矩形综合管廊力学性能的影响,研究表明:不同隔墙位置时综合管廊底板和顶板的竖向位移曲线基本一致,竖向位移最大值始终出现在小舱室边墙处;综合管廊结构两侧的沉降差异随隔墙距管廊中轴线距离的增大而增大;综合管廊顶板和底板上部的水平拉应力最大值分别出现在隔墙和大舱室底板中央附近,且均随隔墙距管廊中轴线距离的增大而增大。     

浅埋预制钢波纹管城市综合管廊抗震性能研究

针对浅埋预制钢波纹管城市综合管廊工程实例,利用时程分析法分析管廊抗震性能,并与振动台模型试验结果进行对比。研究结果表明,振动台试验与数值模拟得到的加速度时程吻合较好,加速度放大系数及傅里叶幅值谱规律一致,验证了有限元模型的合理性;在地震作用下,管廊结构和土体加速度傅里叶幅值谱几乎相同,管廊结构地震响应服从于周围土体的地震响应,结构和土体之间存在显著的相互作用;管廊结构自身应力较小,即使在地震烈度为9度罕遇地震激励下,最大应力也远低于屈服强度,处于弹性状态;管廊的存在影响了土压力的分布,上覆回填土在管廊肩部附近应力最大;设计时应考虑结构与土的相互作用,以管廊周围土体的破坏作为主要控制因素,并在施工时重视回填土的质量控制。     

地震作用下长沙黄江大道综合管廊抗震数值模拟

文章以湖南省长沙市黄江大道综合管廊建设项目为依托,基于大型商用有限元软件ABAQUS,建立了土-综合管廊三维精细化有限元模型。土体采用Davidenkov本构模型进行描述,地震动选用常用的EL-Centro波,通过观测综合管廊沿轴线方向相邻管环相对位移极值、位移云图以及不同观测点处的位移时程来分析地震作用下综合管廊的位移响应情况。结果表明:地震作用之下,在软硬土交界位置,由于土体刚度差异,引起软硬土层中的管廊结构所受周围土压力的围压约束不同,进而导致土-综合管廊相互作用较大。     

燃气爆炸荷载作用下综合管廊破坏历程研究

采用ANSYS/LS-DYNA软件,结合MAT_72R3和HJC两种混凝土本构模型,建立地下综合管廊(有3个舱,电力舱靠左侧,综合舱居中,燃气舱靠右侧)三维模型,对燃气爆炸荷载作用下管廊损伤破坏历程和周围土体动力响应进行了数值模拟。研究结果表明:地下综合管廊结构的损伤破坏历程是由燃气舱局部损伤破坏逐渐扩展至综合舱和电力舱,燃气舱主要向四周扩张;管廊各测点在爆炸荷载作用下产生的最大水平位移均大于最大竖向位移;在爆炸荷载作用下,管廊燃气舱顶板的振动现象明显且速度呈现周期性衰减变化;由于燃气舱直接承受爆炸荷载作用,最大速度发生在燃气舱右侧壁测点。建议工程实践中在燃气舱和其他舱室之间设置一定的缝隙,以阻碍爆炸应力波向其他舱室扩展,从而避免其他舱室进一步发生破坏。在实际设计管廊时,应增强管廊的抗滑移能力。     

不同建造方式管廊结构振动台模型试验研究

为探究地下综合管廊腋角高度、建造方式对管廊结构加速度、层间位移、钢筋应变影响,完成管廊模型地震响应振动台试验。设计4个相似比为1/6的管廊模型,在El Centro波作用下通过输入不同的频率、幅值,研究不同参数对管廊动力响应影响。研究结果表明:增大腋角高度对管廊结构加速度的作用易受到管廊结构本身及周围土体非线性的影响;腋角高度对装配式管廊影响大,增大相同腋角高度装配式管廊结构的层间位移降低30%～50%,而整浇式管廊降低10%～30%;在强震时建造形式对加速度及管廊顶板、底板的层间位移影响均较大;增加腋角高度,两种管廊钢筋应变均变小,装配式管廊变化大;装配式管廊钢筋应变大于整浇式管廊钢筋应变。     

阶梯型管廊非一致地震激励下的减震措施研究

基于有限元分析方法,建立管廊-土体结构相互作用的三维有限元模型;通过模态分析,得到了3种不同接头形式阶梯型地下综合管廊的自振频率和变形特征,验证了模型的合理性;研究了阶梯型地下综合管廊在小震非一致激励条件下,平口、企口和现浇3种不同的管廊接头在设置加腋及加腋和减震层共同作用下的动力响应。结果表明：加腋使管廊廊身和接头的应力水平降低幅度在10%左右,使3种接头形式管廊顶板轴线应力均降低了50%～70%;加腋高度由300 mm增加到600 mm时,平口式管廊接头处应力降低幅度增加了1倍左右,而对于企口式和现浇式接头的影响较小;设置加腋和减震层共同作用的阶梯型多仓管廊应力水平降低幅度约为20%,而对顶板轴线的位移和接头处相对位移几乎无任何影响;设置加腋和减震层共同作用对不同接头形式的管廊第一、第三主应力降低幅度的影响不同,现浇接头的降低幅度约为30%,平口接头降低幅度约为20%,企口式接头降低幅度不足10%。     

砂土中静压桩挤土效应的数值模拟

在ABAQUS数值模拟软件的基础上,对施工完成后静压桩在砂土中的挤土效应进行了有限元计算与分析。得出了桩在贯入后,桩周土体位移以及应力的状况,发现静压桩在沉桩完成时,桩周土体的位移场以及应力场均会发生一定的变化:距桩轴线3D范围内的表层土体有较大的隆起现象,深层土体会产生一定的水平和竖向位移;距离桩轴线D处的径向和竖向土体应力最大值均出现在桩尖处,越靠近桩尖,水平和竖直应力越大。     

基坑穿交既有管廊加固新方法及变形控制技术研究

以济南厚冲积粘土地层基坑开挖穿交既有市政管廊为背景,通过理论及数值计算得到管廊在无保护措施下的最大挠度值达57 mm,挠度值及主应力值均超出其安全范围。基于节省基坑空间、方便管廊维护,提出了在管廊底板位置处以围护桩为支撑点,整体浇筑框架梁的加固新方法,并在主梁上增设斜向拉筋优化加固措施,使得管廊最大竖向位移值减少至22.5 mm、最大主应力值减小至0.6 MPa,加固效果显著。基于管廊加固措施,研究了框架梁对各维护桩的影响效果及管廊与基坑穿交处土体变形规律,确定了危险桩的位置和管廊周边土体的危险部位,提出了危险围护桩变形加固措施及基坑土体危险处位移控制技术,对工程施工具有指导意义。     

单层土地基中静压桩连续贯入的数值模拟

在ABAQUS平台上利用位移贯入法,模拟了PHC管桩连续贯入的全过程,求得了贯入时桩侧土体位移变化以及应力变化,研究发现桩土之间的摩擦系数对桩侧土体应力场以及位移场的变化具有重要影响。     

静压桩在砂土沉桩过程中桩周土应力-位移场变化规律的颗粒流数值模拟

利用颗粒流理论及PFC2D程序,模拟静压桩的打入过程,分析了打入过程中土体颗粒的结构排列、桩周土体的位移和应力的变化,并绘出应力场和位移场的等值线图,根据应力-位移场将土体的运动分成三个区域。     

地震作用下跨地裂缝的地下综合管廊动力响应研究

以西安市幸福林带地下综合管廊项目为例,采用了Abaqus有限元软件对跨地裂缝的地下综合管廊结构进行动力时程分析,找出了跨地裂缝管廊结构在地震作用下的动力响应规律。结果表明:在地震作用下,跨地裂缝的管廊结构底板加速度响应和位移响应显著,应力集中现象更明显,易出现破坏,尤其是在地裂缝附近的管廊结构反应更加剧烈;处于场地上盘的管廊结构会发生沉降,处于场地下盘的管廊结构会出现脱空,管廊结构随着土体的变形而发生相应的变形;随着地震强度增大,管廊结构的竖向位移也随之增大,且低频成分较多的地震波对结构的破坏更严重。     

武九管廊顶进施工引起地表变形的数值计算与现场实测

顶管法施工避免了管廊施工对地面结构的直接影响,但管廊顶进施工对地表土体变形的影响却不能忽视。本文采用MIDAS/GTS软件对武九管廊和平大道段顶进施工引起的地表土体变形进行了有限元数值计算。研究结果表明:靠近始发井的土体直接产生沉降变形,且随着顶进距离的增加逐渐增大到最大值;远离始发井的土体则先发生抛物线形的隆起变形,在达到某一顶进距离时,土体变形由隆起转变为沉降,且随着顶进距离的增加沉降逐渐增大到最大值;地表土体在垂直于管廊轴线方向的变形呈现"U"型沉降变化曲线,在管廊轴线正上方沉降值最大。开展了武九管廊和平大道段顶管施工引起地表土体变形的现场监测,监测结果验证了地表土体变形有限元计算结果的正确性。     

不同压实度下能量桩的热力学效应

能量桩是1种新型桩基埋管地源热泵技术,在传递上部荷载的同时获取地热能源;但是目前对于桩土之间的相互作用以及桩体的热力学效应却研究较少。基于模型试验方法,采用打夯法和砂雨法,对饱和砂土中不同压实度下的桩体热力学效应和承载特性进行对比研究。试验测得桩体和桩周土体温度变化、桩周土体水平压力变化、桩体应变应力以及桩顶位移。结果表明,加热时,桩周土体会有水平土压力的增大,桩体内部会有压应力的产生,桩顶会产生向上的位移,并且压实度越大,桩周水平土压力越大,桩体应力越大,桩顶位移变化越小。     

竖向顶管施工对周围环境影响的数值模拟

研究综合管廊内向上顶进的竖向顶管施工对综合管廊及周围土体的影响。建立垂直向上顶进竖向顶管的三维有限元模型,考虑顶进距离、综合管廊埋置深度、土质条件的变化,分析竖向顶管施工对综合管廊及周围土体的受力和变形影响规律。研究结果表明,竖向顶管向上顶进距离越大,周围土体的变形越大,但最大地表沉降小于1mm,综合管廊的最大第一主应力也增大;随着作用在管廊内部找平层上的竖向荷载的增大,管廊最大剪应变减小;管廊埋深越大,土质条件越差,周围土体及综合管廊的受力和变形均越大。向上顶进竖向顶管施工方法对周围环境影响较小,具有较好的施工效益。     

横观各向同性土中深埋圆形隧道的应力和位移分析

基于Biot固结理论,得到在横观各向同性饱和土体中开挖圆形隧道引起的应力、位移及孔隙水压力在时间的拉普拉斯变换域中的解。运用拉普拉斯数值逆变换,得到数值计算结果,分析了隧道边界条件和土体的横观各向同性性质对应力、位移场的变化及孔隙水压力消散的影响。