地铁施工引起邻近桥梁桩基差异沉降的概率分析

地铁工程施工往往会使邻近桥桩发生沉降,如果绝对沉降或差异沉降过大,就会影响桥梁的正常使用与安全。借助有限元ANSYS程序,分析地铁施工过程中主要不确定因素对邻近桥桩沉降的影响。结果表明：（1）对于模型中所考虑的施工顺序,桩基之间的差异沉降值在一定范围内按对数正态分布变化。根据盖梁结构所能承受的最大差异沉降,计算得到的可靠度在可接受的范围内;（2）桩基之间的最大差异沉降值与桩底持力层以及桩身所在地层的弹性模量密切相关,且在短桩情形下桩底持力层的弹性模量比桩身土层的弹性模量对沉降的影响更大;（3）桩基之间的最大差异沉降、桩顶沉降、隧道拱顶上方地表的沉降与边墙上部及隧道底板下部地层的泊松比以及初衬的弹性模量和泊松比的相关性均不显著;而该范围地层的弹性模量却对各沉降值影响很大。在施工中,应通过桩底注浆提高持力层的弹性模量,从而减小端承桩的沉降;为减小隧道开挖引起的边墙收敛,施工中应保证风道拱部和边墙处的注浆效果。     

含黏粒砂土地层浅埋盾构隧道开挖渗流稳定性试验

针对含黏粒砂土地层浅埋盾构隧道开挖渗流稳定性问题,设计制作了主要由模型箱、水循环系统、盾构隧道与开挖面模型、饱和地层模型和量测系统组成的试验装置。通过模型试验,量测开挖面逐渐失稳过程中的地层沉降和开挖面饱和土压力以及前方地层孔隙水压力。结果表明:渗流条件下,开挖面前方地层孔隙水压力,会因地层黏-砂比的增大而增大,且会随开挖面体积损失的增大而增大;渗流会使开挖面极限有效土压力明显增大,开挖面极限有效土压力与地层黏-砂比基本上呈线性增加关系;地层极限失稳范围主要取决于开挖面前方和后方以及横向的破裂角,其中,后方破裂角受地层黏土含量和渗流的影响不大;无渗流时,地层极限失稳范围会因黏-砂比的增大而增大,而有渗流时,地层极限失稳范围会因黏-砂比的增大而减小。研究成果改进了对含黏粒砂土地层浅埋盾构隧道开挖渗流稳定性的认识,可以为实际工程以及有关的稳定性极限分析提供参考。     

浅埋隧道施工对地表沉降影响的简化解析计算

受边界条件的制约,浅埋隧道开挖引起地表沉降的解析式中大多包含地层损失,地层损失不仅是地表沉降的诱因,又是时间的函数。针对这一现象,提出了地层损失随时间变化的模型,结合三维空间的萨格塞塔解,给出了预测浅埋隧道地表沉降随时间及施工参数变化的新型表达式。通过算例,分析了施工方法、开挖速度、台阶间距及解析模型中地表沉降速度系数对地表沉降的影响特征,结果表明:相向施工时,地表沉降速率先增大后减小,背向施工时,地表沉降速率逐渐减小;开挖速度对地表沉降的路径有较大影响,但不改变沉降的终值;隧道分部开挖时,台阶间距为隧道直径的2~3倍,相互影响较大,大于这个区间之间几乎没有影响;地表沉降速度系数不影响地表沉降的终值,仅改变沉降路径。最后,通过工程案例验证了解析式可靠性。     

高放射核废处置库温度场的分布线热源解析模型

针对高放射核废地质处置库的KBS–3v布置模式,提出一种三维瞬态温度场预测的核废罐分布线热源解析模型(模型Ⅰ),并通过算例,与现有的核废罐分布点热源解析模型(模型Ⅱ)、处置巷道分布线热源解析模型(模型Ⅲ)、处置区分布平面热源解析模型(模型Ⅳ)进行对比,并分析温度场的分布特征和时变规律。研究发现:对于围岩,模型Ⅰ的温度解与其他3种解析模型的解在核废罐附近有些差别,但随着与核废罐距离的增加和核废罐放热功率的衰减,这4种不同解析模型的解趋于相等;对于回填膨润土,模型Ⅰ的最高温度增量比模型Ⅱ的最高温度增量小27%,比模型Ⅲ的最高温度增量大7%,比模型Ⅳ的最高温度增量大16%;根据模型Ⅰ,核废罐附近围岩的温度在100a内迅速升高,且在100～700a内始终比初始温度高30℃以上,但随着核废罐放热功率的衰减而相应地减小;回填膨润土的温度和温度变化率都随着核废罐间距的减小而增大,并且核废罐间距越小,敏感度越大。模型Ⅰ在几何上比其他3种模型更符合实际情况,因此计算结果也更为合理。     

高水压富水区隧道限排衬砌注浆圈合理参数研究

海底隧道深埋于海水以下,处于高水压富水区,隧道结构设计时需要考虑外水压力,如果采用"堵水限排"的防排水设计原则,能够以较小的排水量显著降低作用在衬砌上的外水压力,从而使隧道结构设计更加经济。注浆圈合理参数的确定是"堵水限排"的核心问题。基于穿越高水压富水岩溶区的圆梁山隧道工程,通过理论计算和分析,得到了注浆圈参数变化对隧道涌水量和衬砌外水压力的影响规律;提出了隧道排水率的概念,分析了隧道排水率与衬砌外水压力之间的关系。在此基础上提出了确定注浆圈合理参数的方法和程序,给出了圆梁山隧道注浆圈的合理参数值,并在现场得以应用,取得了理想的效果,注浆后实测隧道涌水量与理论计算值基本一致。研究结果表明:衬砌外水压力折减系数取决于隧道排水率,只有当隧道排水系统能够将渗透到衬砌背后的地下水全部排出时,衬砌外水压力才能完全消除;注浆圈的作用不是分担衬砌外水压力,而是通过封堵地下水降低隧道涌水量,从而以较小的排水量可显著降低甚至消除衬砌的外水压力。研究成果对类似高水压富水区以及海底隧道防排水设计具有一定的参考价值和借鉴作用。     

地铁施工引起邻近桥梁桩基差异沉降的概率分析

地铁工程施工往往会使邻近桥桩发生沉降,如果绝对沉降或差异沉降过大,就会影响桥梁的正常使用与安全.借助有限元ANSYS程序,分析地铁施工过程中主要不确定因素对邻近桥桩沉降的影响.结果表明:(1)对于模型中所考虑的施工顺序,桩基之间的差异沉降值在一定范围内按对数正态分布变化.根据盖梁结构所能承受的最大差异沉降,计算得到的可靠度在可接受的范围内;(2)桩基之间的最大差异沉降值与桩底持力层以及桩身所在地层的弹性模量密切相关,且在短桩情形下桩底持力层的弹性模量比桩身土层的弹性模量对沉降的影响更大;(3)桩基之间的最大差异沉降、桩顶沉降、隧道拱顶上方地表的沉降与边墙上部及隧道底板下部地层的泊松比以及初衬的弹性模量和泊松比的相关性均不显著;而该范围地层的弹性模量却对各沉降值影响很大.在施工中,应通过桩底注浆提高持力层的弹性模量,从而减小端承桩的沉降;为减小隧道开挖引起的边墙收敛,施工中应保证风道拱部和边墙处的注浆效果.     

变饱和裂隙多孔介质的双渗透率数值模型与参数分析

针对裂隙多孔介质中的变饱和流动与运移,分析了双渗透率数值模型的参数构成与计算特征。双渗透率模型由分别代表裂隙等效连续介质和孔隙介质的两组并列体积单元集合构成,用平均裂隙宽度和平均裂隙间距表达裂隙等效连续介质的参数,用裂隙单元与孔隙单元之间的有效作用面积、有效作用距离和有效渗透系数描述裂隙-孔隙相对流动和运移。裂隙-孔隙相互作用参数取决于概念模型,并与流体动态相关。计算分析表明,裂隙单元与孔隙单元之间的毛细力梯度与重力的共同作用决定裂隙流动、孔隙流动和裂隙-孔隙相对流动的相对大小,流体和溶质的动态受到裂隙宽度变化的显著影响。     

局部承载黏土地层浅埋隧道稳定机制的连续上界极限分析

针对局部承载黏土地层浅埋隧道施工的横断面稳定机制问题,采用上界极限分析理论和基于Peck公式及不排水不可压缩条件的地层位移模式,分别计算研究了地层物理力学参数、浅基础荷载参数、桩基础荷载参数对隧道必要支护压力下确界的影响。在其他参数不变的前提下,隧道必要支护力下确界随地层抗剪强度的增大而线性地减小,随地层重度的增大而线性地增大;随浅基础荷载量值的增大而线性地增大,随浅基础荷载横向距离的增大而非线性地减小并趋于定值,随浅基础荷载横向范围的增大而非线性地增大并趋于定值;随桩基础侧面剪力荷载量值、底面压力荷载量值的增大而线性地增大,随桩基础荷载横向距离的增大而非线性地减小并趋于定值;对端承桩而言,当桩基长度小于（或大于）地层沉降竖向分布曲线极大值点对应的深度时,随桩基长度的增大而非线性地增大（或减小）。     

盾构隧道变位复变函数解的验证与参数分析

针对不排水黏土浅埋盾构隧道的一种(均匀)收敛-椭(卵)变(形)-(刚体)下沉复合体积损失模型,分别引入椭变系数与下沉系数,采用改进的复变函数求解方法,求解对应的地层变位和地层应力,并分析复合体积损失模型参数的影响。参数分析表明:(1)随着隧道下沉系数或椭变系数的增大,地表沉降值增大,沉降槽宽度也增大,但增加的量值不大;(2)隧道椭变系数主要会影响地层水平变位的大小及方向,而隧道下沉降系数则主要影响地层水平变位分布曲线的曲率;(3)最大环向应力出现在开挖边界的顶部,主因是隧道的下沉,次因是隧道的椭变。本文方法可以计算分析粘土浅埋盾构隧道开挖引起的地层变位以及应力分布。     

无填充裂隙岩体水流–传热模型实验研究

 裂隙岩体内的水流–传热特征是评价高放射核废物处置库安全运行的重要组成部分。选取中国高放射核废物地下处置库重点预选场区–甘肃北山地区的花岗岩,加工组合成尺寸为150.25 cm×90.4 cm×30 cm(高度×宽度×厚度)的规则裂隙岩体模型,进行室内实验,研究热源温度和裂隙水流速对多裂隙岩体内水流–传热过程的影响。模型由18块花岗岩组成,包含开度不同的2条水平和2条垂直裂隙,在模型一侧设置电热板并在裂隙以及岩石内部布置温度和压力传感器。实验结果表明：(1) 由于热源和垂直裂隙之间的距离,岩石热传导和裂隙水流动约在实验开始一小时后耦合;(2) 在水平裂隙与垂直裂隙的交汇处存在局部热对流,使垂直裂隙水的温度在该处明显升高;(3) 热源温度越高,裂隙水流速越低,系统温度场达到稳定的时间越长,热源的影响距离越远;(4) 邻近热源侧的垂直裂隙对整个温度场的分布起控制作用,水平裂隙会增加热源的影响距离;(5) 实验中裂隙水温度低于100 ℃,热源温度变化对裂隙水压力变化的影响很小。