可液化土层对地下结构地震影响的振动台试验

针对目前地铁区间隧道建设中常见的单层双跨断面形式结构,开展结构整体位于可液化土层、结构底部存在可液化土层、结构位于非液化土层3组振动台试验,分析地基土加速度、孔隙水压力和结构位移之间的关系. 结果表明,地基土加速度放大系数沿埋深受地震动、地震动峰值、场地的影响展现出不同的变化规律;紧邻结构两侧位置处土体不易液化;结构底部0~45度范围内土体容易液化;液化程度最严重区域分布在结构水平两侧一定距离处和结构底部两侧位置;超孔压比数值分布大小同地震波自身Arias强度有很好的对应关系.     

地震作用下可液化饱和自由场地动力响应

针对既定埋深条件下的可液化自由场地在地震作用下动力响应问题,基于OpenSEES计算程序和有效应力动力分析方法,通过建立自由可液化饱和场地数值计算模型进行了耦合动力响应分析.计算结果表明:可液化场地β谱曲线卓越平台随埋深的增加而逐渐变窄,场地土层存在典型的高频滤波、低频放大效应;随着土层埋深和土层密实度增加,砂土层内的液化趋势明显减弱;饱和砂土和黏土层在地震作用下会分别发生剪缩效应和循环软化效应,进而使得土体产生不可恢复的残余变形及地表震陷.     

水下盾构隧道联络通道地震响应分析

基于有效应力动力分析法,建立广深港客运专线狮子洋水下盾构隧道主隧道、联络横通道及地层相互作用的三维模型,采用Byrne模型描述地层的动力特性,对模型分别输入横向和纵向地震波,研究主隧道结构及主隧道与联络横通道交叉部位的动力响应特征,重点分析了两种地震波对地层孔隙水压力以及隧道交叉结构受力变形的不同影响.计算结果表明:在纵横地震波作用下,地层孔隙水压力变化规律基本相同,隧道顶部地面粉细砂层发生液化,但对隧道结构影响较小;地震波入射方向对结构振动响应影响显著,横向激振对交叉结构受力变形的影响大于纵向激振;两种地震作用下结构所受的最大压、拉应力未超过强度容许值,结构抗震满足要求.由于地震作用过程中,隧道顶部土层有效应力降低较大,为防止主体结构上浮,建议对该土层进行加固处理.     

公路隧道正交下穿边坡与软弱夹层围岩稳定性分析

为分析山岭地区公路隧道-正交体系下，围岩内含软弱夹层导致施工过程易发生衬砌变形开裂甚至隧道塌方等问题，以某隧道边坡拟扩建公路为工程背景，基于抗拉剪强度折减法理论，采用FLAC^3D有限差分软件，研究不同边坡坡度和隧道埋深对该隧道-边坡围岩稳定性和安全系数的变化规律。结果表明：随着边坡坡度的不断增大，围岩最大剪切应变数值和分布范围逐渐增大，塑性区范围不断增大，围岩稳定性安全系数不断减小。随着隧道埋深的增大，围岩最大剪切应变数值先增大再减小后增大，但剪切应变范围不断增大，塑性区范围不断增大，围岩稳定性安全系数呈现先减小再增大。当无软弱夹层时计算的安全系数最大，当存在软弱夹层时，采用非同步折减法理论计算的安全系数比同步折减法较高。     

盾构下穿施工对既有城市道路沉降影响研究

以合肥市地铁建设四号线天水路站-翠柏路站盾构区间为工程背景,研究盾构下穿对既有城市道路造成的影响。运用MidasGTSNX建立数值分析模型,研究隧道埋深和开挖距离对道路沉降的影响。结果显示：先开挖左线时,沉降在开挖第五到第十环过程中发生突变;埋深在2D以内时,随着开挖的进行,沉降曲线从“单谷”转为“双谷”,但沉降峰值始终保持在左线隧道中心线附近;埋深超过2D,双线隧道的相互作用可以忽略,全线贯通时的沉降峰值出现在双线隧道中心线上方;埋深始终与影响范围成正比,与影响程度成反比。合理安排这两种因素能够有效控制道路沉降,保证施工安全。     

软土地层浅埋盾构施工的精细化数值模拟

为研究盾构隧道浅埋施工过程中多种因素对地层的扰动影响,基于有限差分平台建立模拟盾构动态开挖的精细化数值模型,考虑刀盘摩擦力、开挖面支护力、盾尾注浆压力和盾壳摩擦力对周围土层的综合作用,并将盾尾注浆时压力消散和浆液凝固的对应关系分阶段、分区域赋值,实现了对施工过程的精细模拟。利用厦门地铁1.0D埋深盾构隧道工程现场监测结果对数值模型进行验证,计算并总结了浅埋开挖引起软土地层的扰动变形规律,进而研究了各施工因素对扰动效果的影响。结果表明：软土地层盾构施工过程中,以刀盘顶推作用为主的机械开挖使前方土体径向扩张,开挖空间上方土体隆起,两侧土体外移;盾尾注浆阶段,在开挖空间两侧各1.0D范围内形成沉降槽,且随注浆压力消散逐步加深,隧道侧面土体水平位移在注浆层凝固期间,出现近场回弹和远场扩张现象;刀盘驶过目标断面3.0D后地层变形趋于稳定。刀盘摩擦力和盾壳摩擦力的增大会进一步加剧地层扰动变形,而开挖面支护力及盾尾注浆压力增大时,地表沉降有所减缓,侧面水平位移显著增加。因此,施工参数的选取应考虑对隧道周边地层扰动程度的均衡。     

城市地铁TBM隧道掘进诱发既有建筑物变形的空间属性效应

针对城市地铁全断面硬岩隧道掘进机(tunnel boring machine, TBM)隧道掘进诱发既有建筑物沉降变形的问题,考虑隧道下穿城市建筑物群实际工况的复杂性,以青岛地铁1号线小北区间段硬岩地层TBM隧道掘进下穿既有建筑物群为实际工程背景,采用数值计算分析方法,建立TBM隧道掘进连续下穿多座既有建筑物的三维力学计算模型,综合研究TBM隧道单洞掘进对单一建筑物变形的空间属性效应;从工程建设实际出发,系统研究空间属性对于TBM隧道双洞掘进连续下穿多座紧邻既有建筑物过程中诱发地层与既有建筑物的应力应变状态。研究结果表明:隧道埋深越浅,则建筑物受隧道开挖的沉降速率越大;在双线隧道开挖中,埋深越浅,建筑物受横向距离较近的隧道开挖影响占比越大,隧道埋深越大受双隧道叠加影响越大。隧道下穿不规则建筑物时对建筑物转角处以及在大尺寸建筑物附近的小型建筑物影响较大,在实际施工中需要进行监测。     

土压平衡盾构隧道施工引起的地层损失及影响因素

收集中国已有地表沉降监测数据及土体损失率统计分析数据,结合长株潭城际高铁Ⅱ标树木岭盾构隧道进口树木林车站区间16个监测断面数据及其详细地层信息,分析土压平衡盾构隧道施工引起的地层损失规律影响因素。分析表明,土压平衡盾构隧道施工引起的土体损失率的累积概率较好的服从对数正态分布;土体损失率随着埋深或深径比的增大,呈现逐渐减小并趋于稳定的趋势,且两者关系可近似采用幂函数拟合;当H大于20 m或H/D大于3.25时,土体损失率基本稳定在0.75%附近,且对应地层信息表明盾构隧道施工时其上覆岩层呈现拱效应,说明盾构隧道施工中其顶部土层成拱效应可较好的控制土体损失;土体损失率或名义土体损失率随着盾构开挖通过时间的增加而逐渐增大,且趋于稳定,说明固结变形对名义土体损失率的影响较大,最大可达瞬时沉降所引起土体损失率的4.58倍。     

地面荷载作用盾构隧道纵向力学行为

基于弹性地基梁理论建立了地面荷载作用下的盾构隧道结构的纵向内力模型,该模型可以预测出地面集中荷载或均布荷载作用时地下盾构隧道产生的纵向附加沉降变形和内力,并且计算结果与有限元计算结果相吻合。同时对不同软土的基床系数、埋深和刚度对盾构隧道的纵向力学行为进行了分析。结果表明:在地面荷载作用下,盾构隧道的埋深、软土的基床系数对盾构隧道的力学行为影响较大。在地面荷载作用下,如果盾构隧道的埋深较小或者土层强度很弱,会导致盾构隧道产生较大的附加沉降变形和内力,甚至使结构破坏。因此在设计中应尽量避免软土层中浅埋盾构隧道情况的发生,必要时应该对软土地层土进行地基加固处理。     

对《建筑抗震设计规范》中地震液化判别公式的讨论

根据地震液化理论和前人对地震液化调查的研究成果,对《建筑抗震设计规范》等规范中地震液化判别公式存在的标贯点埋深对液化的影响问题进行了分析和讨论;指出了判别公式中临界击数(Ncr)与标贯点埋深(ds)成线性增大的关系与工程实际不符,并结合工程实例加以验证,对工程实践具有指导意义。     

复合地层TBM隧道管片受力特征

在复合地层中, 全断面硬岩隧道掘进机(tunnel boring machine, TBM)在施工时由于隧道埋深较大, 开挖后的隧道周围土体应力重分布, 导致周围岩石会产生向洞内挤压而使管片受到破坏。利用大型有限元数值软件ANSYS和有限差分软件FLAC^3D对下穿地层段进行模拟, 综合分析隧道施工管片的应力、应变等, 提出合理的监测方法和保护措施。研究表明: 在仅考虑双隧道施工后地层应力重分布对衬砌管片的影响时建议双隧道同时施工, 管片位移受隧道施工的方向影响较小; 在施工过程中双隧道管片两相邻侧会发生较大水平位移, 必要时需要对管片内侧进行监测和加固等措施。     

盾构隧道在不同施工工况中地表变形的模拟研究

为研究盾构隧道在不同施工工况中地表及自身的变形规律,本文建立了盾构隧道的有限元模型,对盾构隧道在不同施工工况下的开挖进行了模拟计算,即采用不同掘进顶推力施工时的地表沉降、隧道不同埋深情况下施工时地表沉降、开挖完成后地表作用大面积荷载情况下的地表沉降,以及隧道修建完成后地下水位变化后对盾构隧道变形等不同工况的模拟计算．结果表明：盾构的顶推力会导致其前方一定范围的地表土发生向上的隆起,并且顶推力越大,隆起变形和范围均较大．在相同顶推力作用下,埋深较大的隧道地表点的隆起变形和范围较小．地下水位上升会导致地表浅层土体发生回弹变形,并且下方有盾构隧道的地表的回弹值要比下方没有盾构隧道的地表的回弹值小;当地下水位从盾构隧道拱底逐渐升高到中心处和拱顶时,盾构隧道结构会出现竖向和侧向变形,并且水位越高,变形量也越大．     

越江隧道抗震稳定性计算

根据越江工程场地地震安全性评价报告和地质调查报告，在室内动力试验的基础上，采用有限元有效应力动力分析法，研究了隧道结构的动力响应和地基土的液化情况，利用拟静力法对隧道抗滑稳定性进行了校核，得出了该隧道抗震稳定性满足要求的结论，并提出了能进一步增强隧道抗震性能的建议。     

隐伏断层错动对盾构隧道影响的模型试验研究

为了探究隐伏断层错动下盾构隧道结构受力特点及地层破坏模式,基于盾构隧道纵向等效连续化模型,开展隐伏断层错动对盾构隧道影响的模型试验. 研究隧道结构纵向受力特征、环缝接头张开量与断层错动的关系,采用数值模拟手段验证模型试验结果的合理性. 试验及数值计算结果表明,隐伏断层错动下隧道结构纵向受力变化明显,断层错动对隧道结构纵向受力的影响范围小于60 m. 在断层顶部投影面附近的盾构管片环缝存在明显的张拉变形,在正断层错动下盾构环缝接头更容易产生张拉大变形. 正断层错动工况下的隧道结构纵向呈偏心受拉状态,逆断层错动工况下的隧道结构纵向呈偏心受压状态. 在正断层错动下地层发生明显的剪切变形,呈现倒三角形剪切变形扩展规律,地表产生横向贯穿裂缝,逆断层错动下的地层剪切变形相对较弱.     

隧洞破坏机理及深浅埋分界标准

通过模型试验与数值分析方法将隧洞破裂面与稳定性引入到定量分析,采用有限元强度折减法,求得围岩破裂面的位置及围岩的稳定安全系数.研究表明,浅埋拱形隧洞破坏来自拱顶,深埋隧洞来自侧壁.通过从浅埋到深埋的数值分析,研究隧洞从浅埋到深埋的破坏过程.结果表明:对于矩形隧洞,当埋深小时逐渐形成浅埋压力拱,当到达某一埋深时,浅埋压力拱消失,同时深埋压力拱(普氏压力拱)出现,可以确定深、浅埋的分界线,当埋深增大至某一深度时,破坏从拱顶转向侧壁;对于拱形隧洞,当埋深小时出现浅埋压力拱,但不出现深埋压力拱,当达到一定埋深后,破坏从拱顶转向侧壁,可以确定深、浅埋的分界线.深、浅埋的分界线主要取决于洞跨与洞形,与围岩强度关系不大,浅埋时围岩可以是稳定的.