基于颗粒流椭球体理论的隧道极限松动区与松动土压力

砂土地层中隧道所受土压力与土拱效应及松动区的发展密切相关,而砂土地层拱效应大小又与砂土颗粒流动规律相关。基于颗粒流椭球体理论,提出了砂土中隧道松动区的计算方法,并对Terzaghi松动土压力计算公式进行了改进。研究表明：与Terzaghi土柱理论假定的直立滑动面不同,基于颗粒流的砂土隧道松动区为细长的椭圆或该椭圆的一部分,且其形状及大小随偏心率、松动系数而变化,即随砂土颗粒形状、级配、密实度等地层特性而变化;松动区竖直滑移面上的侧压系数是小于Terzaghi的建议值。最后,通过与相关文献的离心模型试验结果进行了对比分析,验证了该方法的合理性,该成果可用于砂性地层中深埋地下管道和隧道的垂直土压力的计算。     

盾构管片接头简化数值模拟方法

由管片组装的盾构隧道衬砌环刚度分布不均,其薄弱环节为管片接头处。管片接头刚度的合理确定对于盾构隧道施工全过程模拟的合理性、地表沉降槽的确定以及土体损失的准确估算至关重要。根据管片接头受力特点及其构造,考虑对管片接头及其附近区域进行刚度修正,而管片其余区域保持原刚度不变,提出管片接头简化数值模拟方法——局部刚度修正法。基于圣维南原理和变刚度梁理论,推导了确定接头刚度的公式,并给出了相关参数的确定方法。结合室内盾构管片接头足尺试验成果,对不同荷载作用下管片接头的变形情况进行了数值模拟及对比分析。研究成果为盾构三维施工全过程的精细化数值模拟分析奠定了基础。     

中掘预应力管桩挤土效应试验研究

为了克服预应力管桩施工挤土带来的不利影响,研究开发了可以在施工过程中边取土边沉桩的新型中掘管桩,该桩在施工过程中具有机械化程度高、环境污染少等特点。为验证中掘桩在施工过程中的挤土效应,通过现场对比试验,先后量测锤击桩、中掘桩和钻孔灌注桩在沉桩过程中土体的水平位移及孔隙水压力变化情况,研究分析了软土地区单桩沉桩过程中沿水平方向及深度方向的挤土规律,对中掘管桩沉桩的挤土效应进行对比分析。试验结果表明：锤击桩在沉桩过程中对桩周土体产生明显的挤土效应,且挤土效应在水平方向及深度方向都有明显的规律性及土层差异性。而新型中掘管桩在沉桩后,桩周土体仅有少量的水平位移,孔隙水压力无明显增长,不会对周边环境造成特别大的影响,具有良好的推广和应用前景。     

超载作用下软土盾构隧道横向变形机理及控制指标研究

隧道横向变形直接关系到结构安全,首先采用数值模拟方法研究了地面压载、土体侧向压力系数和土体抗力系数对隧道横向变形发展的影响,研究了隧道横向变形随压载的变化发展规律,建立了隧道直径变化和混凝土受力、螺栓受力以及接头张开量之间的关系,提出了以隧道直径变化作为隧道横向结构性态发展的判定指标;根据隧道横向变形发展规律,利用隧道结构变形发展过程中的结构几何特征,建立了隧道变形量发展的几何简易分析方法,利用该方法直接测量隧道直径变化就可以判定隧道变形状态,为隧道结构安全评价提供了十分简单有效的手段。     

港珠澳大桥沉管隧道1/4足尺节段浇筑试验分析

港珠澳大桥沉管隧道是我国首次采取工厂化预制沉管管节,混凝土沉管管节在预制过程中的裂缝控制是工程中要解决的难题之一,必须在沉管预制施工前进行足尺节段浇筑试验,验证混凝土原材料、配合比、施工工艺以及裂缝控制措施的可行性及可靠性.在试浇块试验、数值模拟研究和局部块体试验的基础上,开展沉管1/4足尺节段浇筑试验,进一步调整配合比,优化施工工艺,发现各施工工艺存在的问题,最后通过温度、应变监测得到了沉管节段温度场和应变场的发展规律,为管节正式预制提供指导.     

基于影像源法的基坑开挖引起的土体水平位移预测

基坑开挖将使土体产生附加水平位移,过大的水平位移会使邻近地下结构物受到破坏。基于影像源法,并充分发挥基坑围护结构易于实测的优势,推导了在基坑开挖下的坑外土体水平位移半解析式,分析中,通过定义土体的不均匀收敛系数,考虑了当前研究中大都忽略的土体收敛非均匀性,与实际情况更接近。同工程实测数据的对比验证了所提方法的准确性。进一步参数分析表明:不考虑土体收敛非均匀性的坑外土体水平位移计算值同实测相比,会低估上部土体水平位移,高估下部土体水平位移,因而同实测出现一定偏差,且当土体愈靠近基坑,偏差愈明显,可见考虑土体的非均匀收敛愈有必要。计算发现,当不均匀系数介于3～6时,计算结果同实测吻合较好。本文研究成果可为预测基坑开挖诱发土体水平位移提供一种新的探究思路。     

砂土中扩底应力对深埋扩底抗拔桩承载力的影响

采用极限平衡法计算深埋扩底抗拔桩的承载力,需要确定破坏面的形状参数和应力条件。针对已有模型试验的研究结果,结合不同桩长扩底抗拔桩统一破坏模式,对上述问题进行了初步探讨。基于应力莫尔圆研究认为,仅考虑自重应力条件得到的破坏面法向应力明显小于扩底附近的实际破坏面应力条件,导致破坏面影响高度计算结果偏大。基于模型试验的试验结果,对扩底应力的增强系数进行了反算,该值在1.3到2.7之间,比被动土压力系数3.4要小,对扩底角度变化不敏感。只是初步的机理探讨,考虑到深埋扩底桩的埋深影响,该问题值得进一步深入研究。     

地面出入式盾构法隧道新技术大型模型试验与工程应用研究

地面出入式盾构法克服传统盾构法需要在两端修建始发和接收工作井的弊端,实现地表出发和地表接收的全过程盾构施工新技术。采用大型模型试验、数值仿真和工程验证手段,系统研究地面出入式盾构法隧道新技术掘进的关键问题,揭示地面出入式盾构法穿越不同阶段的地表沉降规律;依托地面出入式盾构法首次在我国南京城际快速轨道秣将区间隧道工程的示范应用,探索分析该新方法在工程中主要施工参数的合理选择和有效的控制技术;模型试验、数值仿真结果与工程实测结果获得一致的规律,可为该新方法的进一步推广应用打下坚实基础。     

黄河冲积平原地区超大型深基坑开挖现场监测分析

介绍了黄河冲积平原地区某开挖范围为271 m×192 m,开挖深度为18.7～19.5 m,采用土钉、预应力锚索加钻孔灌注桩作为支护结构的超大型深基坑开挖现场监测实例,研究了超大型深基坑开挖过程中围护结构变形、地表沉降、锚索轴力的变化规律。研究表明：围护桩水平位移随开挖深度的增加而增大,围护桩最大水平位移随开挖深度的增加逐渐向深部发展。基坑外纵向地表沉降大致呈马鞍形分布,地表沉降最大值位于基坑中部附近,基坑角部沉降约为基坑中部沉降的33.9%,纵向沉降影响范围大于基坑开挖范围。基坑分层开挖过程中锚索轴力随开挖深度的变化而动态调整,下层锚索施工完成后,上层锚索的锚固力先减小后缓慢增长并最终趋于稳定。锚索钻孔和高压注浆施工过程中对周围已有锚索的扰动影响不容忽视。     

堰塞湖坝体动力特性及加速度分布规律大型振动台模型试验研究

 2008年汶川八级地震形成了至少257个堰塞坝,主震后发生的大量余震可能会影响堰塞坝的动力安全状态。堰塞坝体的动力特性参数(包括自振频率和阻尼比等)和加速度分布规律是堰塞坝地震安全研究的基础内容。通过大型振动台模型试验,研究在余震作用下模型堰塞坝体的动力特性参数、加速度分布规律及二者的影响因素,并根据动力相似律,计算原型坝体的动力特性参数。共进行2组不同材料的振动台模型试验,分别模拟含黏粒较多且颗粒较小(坝体I)和基本不含黏粒且颗粒较大(坝体II)的2种坝体。在不同地震波形输入、不同加速度峰值和不同水位条件下进行振动台试验。研究成果表明：(1) 模型坝体具有较稳定的X向和Z向自振频率和阻尼比。(2) 先期振动使坝体自振频率降低,阻尼比有增大趋势;坝体I的自振频率小于坝体II。水位变化对2种坝体自振频率的影响规律不一致。(3) 加速度放大倍数随高程增大而增大,最大加速度发生在坝顶处;相同高程测点加速度放大倍数最大值出现在上游或下游靠近坝坡表面处,即“表面放大”效应明显,说明坝坡表面容易受地震作用破坏。(4) 所含频谱成分与坝体自振频率接近的地震波会引起最大的加速度反应。Z向振动使坝体测点X向加速度放大倍数增大。加速度放大倍数一般随输入加速度峰值的增大而减小。