基于有限元计算的软土路基填筑过程研究

基于某滨海地区高速公路软土路基的施工过程,采用有限元软件midas GTS建立数值计算模型,结合工程实测数据,对分阶段填筑过程的沉降变形规律进行了深入分析。结果表明,在路基分阶段填筑的过程中,填土加载引起土体内部超孔隙水压力的变化,进而从另一角度反应出土体固结的速率;随着分阶段填筑高度的增大,路基沉降量也随之增大;通过软件模拟不同的填筑高度,对填筑过程的沉降量进行预测,在此基础上对施工进度进行调整可缩短工期。     

高填方软土路基快速填筑沉降监测规律及FLAC3D模拟

以绵遂高速公路K18+230段的软基高填方路段为工程背景,采用现场监测与FLAC3D数值模拟相结合的方法,对软土地基快速填筑时的变形规律进行了研究。结果表明,高填方软土路基快速填筑易导致地基土体中产生超孔隙水压力,形成塑性区,沉降曲线发生突变,且地基水平位移较大;FLAC3D无渗流模式下,力学扰动引起的孔压模拟计算结果总体上能反映软土路基快速填筑时引起的超孔隙水压力及变形发展趋势,对软土路基高填方施工有一定指导意义。     

软土地区盾构施工引起的土体固结沉降数值分析

利用二维有限元软件,结合盾构隧道开挖后的土体初始超孔隙水压力理论计算方法,模拟了软土地区盾构隧道施工引起的土体工后固结沉降。算例分析结果表明:该模型能够较好地模拟地面固结沉降曲线,与实测值较吻合;通过隧道中心水平线处的超孔隙水压力值,随着离隧道中心的距离增大而急剧减小,超孔隙水压力最大值位于隧道起拱线处;固结沉降速率随时间增长而逐渐减小;隧道中心线上方土体产生向靠近隧道侧水平移动,而中心线下方土体则相反。     

铁路路基施工的渗流-应力耦合模型分析法

0引言铁路经过软土地基时,对于工后沉降有一定的要求。建立一个合理的技术标准,对于铁路的设计、施工、造价和使用等都有深远的影响。高速铁路对路基稳定和工后沉降的要求十分严格。由于我国尚无高速铁路的实践经验,而即将兴建的高速铁路地质情况复杂,有相当长的路段建筑在软土地基上,因此,基床的合理形式、技术标准和相应的施工工艺等问题,均需进行前期研究,从而为我国高速铁路的修建提供前期的技术准备。为此目的,选择了试验段进行路基填筑的模拟施工,同时进行全过程的跟踪观测和工后的路基沉降观测。另一方面,对软土地基上路基填筑施工过程进行数值模拟也是很有实际意义的,与观测手段相比,它可以提供更多的结果,如应力和孔隙压力     

吹填软土一维大变形自重固结的有限差分数值解

吹填软土发生自重固结的物理本质在于超孔隙水压力的消散与有效应力的增长,以往有关土体大变形自重固结问题的求解方法多基于Gibson大变形固结理论,未从物理本质上反映土体的固结过程。文章基于Gibson大变形固结理论的有关假定,推导建立以超孔隙水压力为变量的一维大变形自重固结控制方程,该方程的形式简单,系数的物理意义明确。结合吹填软土自重固结的边界条件及初始条件,采用修正隐式差分格式的有限差分法求解得到方程的有限差分数值解,该数值解能够求解任意e-σ′和e-k函数关系下吹填软土的自重固结过程。通过与Lee和Sills求得的解析解及SWC模型解对比,从超孔隙水压力、孔隙比及沉降3个方面对数值解的正确性进行验证。利用文章所提方法分析初始厚度、初始孔隙比及土粒比重对自重固结性状的影响。分析表明,土体自重固结过程中的沉降固结度始终大于孔压固结度,初始厚度对孔压固结度的影响更大,初始孔隙比及土粒比重对沉降固结度的影响更大。     

某地铁车站深基坑施工期周围土体地表沉降监测与数值分析

以某地铁车站深基坑工程为研究背景,介绍了该工程周边环境、结构型式及拟建场区的地质条件;根据该工程特点将该工程分为四个典型工况,并根据各个工况结束时测得的基坑周围土体沉降结果,分析了该基坑在开挖过程中土体沉降规律;通过建立三维模型对基坑开挖过程中周围土体沉降情况进行了数值模拟,并将计算结果与实测结果进行对比分析,最终得到基坑开挖过程中周围土体沉降规律及影响范围.本文的研究成果可作为深基坑设计与制定施工方案的科学依据.     

基于监测数据的加筋高填路堤分层填筑变形特性分析

在高填路堤建设中,铺设土工格栅对沉降的影响一直是关注热点之一。结合云罗高速公路高填路堤建设,本文采用数值方法模拟了分层填筑路堤施工过程的沉降规律,并结合监测数据,探讨了高填路堤加筋土在沉降控制方面的基本规律。结果表明:高填路堤填土过程中,土工格栅使土体位移重新分布。水平位移和垂直位移均减小了,这在一定程度上防止了不均匀沉降,且土工格栅对水平位移的影响随着填土厚度的增加而加大。同时,在典型路堤加筋土分层填筑过程中,单向土工格栅降低水平位移幅度为8.74%,而降低沉降幅度为3.82%。在分层填筑过程中,筋材有效地控制了路堤的不均匀沉降,使路堤最大沉降值降低,且监测点的水平位移最大降幅分别为8.62%、8.38%和4.16%。     

分段线性差分一维大变形电渗固结模型

经典固结理论假设土体的物理、力学和电学特性均匀稳定,给出的解答往往忽略实际电渗固结中土体属性的动态变化。本文采用欧拉坐标系,建立一种分段线性一维大变形电渗固结模型ECS1。该模型考虑土体孔隙比、渗透、电势随固结进程的非线性变化,可分析电渗过程中土体超静孔隙水压力、沉降与固结、电势以及电阻的动态变化。通过算例验证及阐述该模型的特点,结合算例,给出了非线性大变形情况下的电渗固结数值解,求解或分析的对象包括渗流量、沉降量与固结度、孔压与电势分布,以及不同电势梯度对固结的影响。     

黏土中隧道开挖引起的地表及地表以下土体长期 沉降计算方法

基于 Mair 提出的隧道开挖引起的土体瞬时沉降的理论以及进行的有限元数值模拟结果,推出地表及地表以下不同深度土体长期沉降的计算方法。首先模拟了 Ong 的离心机试验以验证数值模型的合理性,然后对隧道开挖引起的不同深度处土体长期沉降问题进行了模拟研究,建立了长期和瞬时情况下地层损失率之间的关系,并推导出长期情况下各深度处沉降槽宽度系数和最大沉降值的计算式,从而可确定沉降槽的形状。经与现场实测资料和数值模拟结果对比,验证了方法的合理性,可作为实际工程的借鉴。     

台华高速公路路堤失稳原因分析与对策

台华高速公路采用干振碎石桩进行软土地基处理,在路堤填筑过程中发生了地基失稳滑移.通过数值方法对路堤填筑过程中地基沉降、超静孔隙水压力及地基塑性区的发展变化进行了模拟计算,并结合现场补勘数据,分析了引起路堤失稳滑移的原因.在此基础上,提出刚性桩地基处理加固方案.数值计算及现场勘查结果表明,在强度较低的软土中采用干振碎石桩进行地基处理是不成功的,施工不仅没有形成完整的碎石桩体,还因扰动降低了原状地基土强度,路堤填筑速度过快则直接导致了地基滑移破坏;当采用刚性桩加固软基时,桩间土仅承担小部分路堤荷载,而大部分路堤荷载由桩承担并传递给深层承载力较高的土层,因此路堤的稳定性高、沉降小,可实现快速填筑.数值分析及现场刚性桩试验段测试结果均表明：刚性桩方案可以满足路堤填筑要求.     

基坑降水引起的邻近地下管线破坏预测技术研究

结合工程实例建立三维数值分析模型,考虑降水过程中土体、邻近管线二者之间的相互作用,模拟基坑降水后的地下水位分布状态以及由于水位降低导致的地下管线不均匀沉降情况;将数值模拟结果和现场实测结果进行对比,验证了数值模拟分析模型及参数的适用性。以地下管线沉降梯度为关键参数,利用Powell优化算法建立管线破坏程度与沉降梯度之间的函数关系,从而能够在降水方案编制阶段预测邻近地下管线的损伤程度。     

盾构开挖冻结法加固隧道的地表沉降对比分析

针对盾构法开挖掘进隧道引起的地表沉降问题,以上海14号线隧道上行线盾构隧道建设工程(武定路—静安寺区间)为背景,基于Peck经典沉降公式计算出地表沉降曲线,结合ANSYS有限元软件数值模拟盾构隧道的循环开挖,分别研究在未冻结加固土体和冻结加固土体条件下的地表沉降规律,并对解析计算、数值模拟和工程监测数据进行了对比分析,得出了三种地表沉降曲线变化规律一致的结论,并验证了冻结法加固土体减小沉降的有效性和数值模拟软件的可行性。     

泥炭质土层盾构施工扰动引起隧道长期沉降的研究

为了研究泥炭质土层盾构施工扰动引起隧道的长期沉降问题,将隧道周围土体视为连续、均质、各向同性的饱和黏弹性介质,采用五元件模型描述泥炭质土的流变特性,耦合Terzaghi-Rendulic二维固结理论,建立了隧道衬砌在完全不透水的情况下,盾构施工扰动引起周围土体超孔隙水压力消散的控制方程。采用分离变量法、保角映射、Laplace变换及逆变换等数学方法对该控制方程进行求解,得到了隧道周围土体超孔隙水压力消散的解析解,最后对土体的竖向应变进行积分获得了隧道长期沉降的计算公式。结合一工程算例分析了昆明泥炭质土层超孔隙水压力消散及隧道长期沉降的变化规律,研究结果表明:与上海软黏土相比,在初始阶段泥炭质土层中超孔隙水压力的消散速度较快,然后迅速变缓并趋于稳定。泥炭质土层中隧道的长期沉降持续时间更长且沉降量更大,在900 d的时间内隧道沉降趋于稳定,其累积沉降量约高达150 mm。此外,昆明泥炭质土的流变特性显著,如将土体中超孔隙水压力消散90%作为主固结沉降的完成时刻,则土体次固结沉降约占隧道总沉降量的36%,是隧道长期沉降中不可忽视的一个重要组成部分。     

MJS工法群桩施工对周边土体影响实测分析

结合苏州某基坑工程,现场实测并分析了坑内土体,全方位高压喷射工法（以下简称MJS工法）群桩加固施工引起的土体孔隙水压力、土压力、深层土体水平位移、分层沉降、地表沉降等的变化规律。结果表明MJS工法桩施工时,引起的超孔隙水压力和土压力增量总体较小且随与施工桩的距离增加而减小;MJS工法桩群桩实行跳打施工,可降低和防止施工对周边环境影响的群桩效应。     

超静孔隙水压力线性分布条件下土体固结系数的确定

针对超静孔隙水压力线性分布提出了诊断曲线法，它可以根据实测沉降同时计算土体的固结系数、最终沉降量以及土层顶部与底部的超孔隙水压力之比。为了方便计算固结系数和最终沉降量，还提出了简化计算公式。提出的计算方法和公式适用于任意孔压线性分布形式和排水条件（单面或双面排水）。得到了单面排水且孔隙水压力线性分布条件下孔压消散和土体瞬时沉降解答，并在诊断曲线法的发展中得到应用。用诊断曲线法确定土体的各项参数，并不需要完整的沉降观测数据，只要沉降起始阶段数据充分就可以了。     

真空预压和堆载预压加固软基性能对比分析

在中国沿海地区,预压法已经成为一种处理软基的常用方法。结合真空预压和堆载预压加固软土的现场试验,通过三维有限元分析进行加固过程中软土的性能评价。在数值模拟中,地基土采用莫尔-库伦强度破坏准则。塑料排水板采用实体单元进行单独建模,并保证与实际的塑料排水板有相等的截面积。通过数值分析获得的沉降、分层沉降、水平位移和超孔隙水压力与现场数据进行对比,研究了两种预压方式下地基土的性能特点。结果表明,真空预压可以有效地减少地基上的不均匀沉降。在真空预压的影响下,加固区外土体的土压力系数在主动土压力系数K_a与静止土压力系数K_0之间;而在堆载预压的影响下,加固区外土体的土压力系数在被动土压力系数K_p与静止土压力系数K_0之间。     

漩流井开挖对周围建筑及地表沉降影响分析

为了研究漩流井开挖过程中地表及建筑物位移变化规律,利用岩土工程有限元分析软件对漩流井基坑开挖和支护过程进行了模拟,分析了开挖过程中土体位移场的变化规律并与实测沉降值进行比较。研究表明,基坑开挖建筑物的沉降实测结果与数值模拟沉降趋势基本一致,模拟值较实测值偏大。     

基于透明土孔隙介质双渗流模型试验研究

对土体内部渗流可视化研究,透明土材料可以作为的重要研究手段之一,能实现的岩土体内部渗流直接观测研究。利用透明土技术,建立双重孔隙型介质渗流物理模型,利用有限差分软件FLAC3D建立双重孔隙型介质结构三维数值分析模型,进行测量数据和数值模拟计算对比分析。模型试验结果和模拟结果表明,基于透明体的双渗透实验能实现渗流的可视化,以及FLAC3D数值模拟结果与实验所测的流速曲线拟合良好。     

可液化地基单桩基础离心机模型试验的三维数值分析

文章通过三维水土耦合动-静一体有限元程序DBLEAVES对饱和砂土地基（Dr=40%）单桩基础的离心机模型试验进行模型试验相对应的原型三维有限元数值模拟和分析。对比分析小震（峰值加速度0.08g）和大震（峰值加速度0.47g）情况下的土体加速度、超静孔隙水压、沉降位移以及桩身弯矩等变化规律。其中,地基土的性质采用应力诱导各向异性的交变移动弹塑性模型模拟,基桩采用弹性梁单元模型模拟。结果表明：①超静孔隙水压会“隔断”振动波的传递,当土体接近完全液化时,土表面峰值加速度会明显小于输入波峰值加速度,而当超静孔隙水压比较小时,土表面加速度相对于输入波则可能会放大;②地震时所达到的最大超静孔隙水压比是地基土沉降量的主要因素之一,且一大部分沉降发生在震后的孔压消散期;③数值模拟与模型试验结果的对比分析表明,交变移动模型可以较好地反映土体在交变荷载下的动力响应特性,验证了所采用的DBLEAVES程序和有限元方法的有效性。     

考虑饱和度变化的一维电渗固结模型

现有电渗固结理论和数值模型通常基于饱和土假设,与实际情况有差距。基于分段线性差分法,建立一种考虑饱和度变化的一维电渗固结模型UEC1。该模型考虑了土体电渗固结过程中饱和度的变化及土性参数的非线性关系,并编制了FORTRAN计算程序。UEC1在考虑饱和度变化情况下的计算结果与实测结果吻合。结合算例,给出了考虑饱和度变化情况下的电渗固结数值解,分析了固结过程中孔隙水压、孔隙气压、饱和度及沉降量随时间的变化规律,其中残余饱和度对土体电渗固结沉降量的影响显著。