侧向土体影响下盾构隧道引起上覆管线变形

目前盾构隧道开挖对邻近管线影响的理论研究一般基于Winkler地基模型和Pasternak地基模型,较少考虑精度更高的Kerr地基模型及管线侧向土体影响对管线变形的约束作用. 将管线简化成Euler-Bernoulli梁搁置在Kerr地基模型上,利用差分法得到盾构隧道引起上覆管线竖向位移半解析解,在此基础上进一步推导考虑管线侧向土体影响的Kerr地基模型差分解. 通过与已有工程案例和离心机数据对比,验证Kerr地基模型相比于其他地基模型的优越性,也验证了考虑管线侧向土体影响的Kerr地基模型计算结果更加符合实测数据. 参数分析表明, 随着隧道开挖地层损失率和土体弹性模量的增大,管线的竖向位移和弯矩均增大;随着管线与隧道夹角的增大,管线的竖向位移和弯矩均减小.     

基于非局部Biot理论的循环荷载下饱和土地基动力特性研究

为探究循环动荷载下,孔隙尺寸对饱和土地基动力特性的影响,利用虚位移原理及Newmark积分法对非局部Biot模型进行了空间及时间离散,并采用有限单元法编制了循环荷载下饱和土地基动力响应的计算程序。将该程序计算得到的饱和土一维固结结果和二维单相弹性地基的动力响应结果与已有文献对比,验证了该程序的正确性。研究了循环荷载下孔隙尺寸效应对一维饱和地基,二维饱和地基及饱和路基动力特性的影响。结果表明：荷载频率较高时,随着非局部参数的增加,饱和土地基的动力响应明显滞后,孔隙尺寸效应对饱和土地基动力响应的影响明显,即荷载频率较高时,孔隙尺寸效应不可忽略。     

盾构隧道下穿管道施工引起的管道水平位移研究

采用两段法研究了盾构隧道下穿管道施工引起的管道水平变形特性,在第1阶段改进了Loganathan公式,求得盾构隧道以任意角度下穿管道施工引起的管道轴线处土体水平位移,第2阶段采用Vlasov模型模拟管土相互作用,并求得管道水平位移解析解。通过与工程监测数据及有限元计算结果的对比,验证了方法的正确性,并进一步分析了管道与隧道夹角、管道直径以及隧道埋深对管道变形的影响。结果表明：盾构隧道斜下穿管道施工时,隧道与管道相交角度的大小对管道水平位移造成的影响显著,随着夹角的减小,管道的水平位移逐渐增加;当管道与隧道相交角度较小时,盾构隧道开挖引起的管道水平位移相对管道竖向沉降不可被忽略;随着管道直径的增大、隧道埋深的增加,盾构隧道斜交下穿管道施工引起的邻近管道变形均减弱。     

隧道下穿引起既有管道竖向位移的简化计算方法

采用两阶段法推导了考虑管道剪切效应时盾构隧道下穿施工引起既有管道竖向位移的解析解。在第1阶段采用Loganathan公式计算盾构隧道下穿管道施工引起的管道轴线处土体竖向位移,第2阶段采用考虑剪切效应的Timoshenko梁模型模拟管道,并结合叠加法对管道位移控制方程进行求解,提出了简化计算方法。通过与工程监测、既有文献结果及离心机试验数据的对比,验证了方法的准确性,并进一步分析了管–土弹性模量比、管道直径以及管道剪切刚度变化对管道变形的影响。分析结果表明：随着管–土弹性模量比、管道直径的增大,管道的竖向最大位移值减小;管道剪切刚度对管道位移存在较大影响,剪切刚度减小可导致管道最大位移值增大。     

基于Kerr地基模型单井降水邻近管线变形计算方法

为了研究单井降水对邻近管线的影响，基于Kerr地基模型结合两阶段法提出了一种单井降水引起邻近管线竖向变形的计算方法。在第一阶段采用有效应力原理与Dupuit假定计算出降水引起邻近管线受到的附加应力，第二阶段将管线视作搁置在三参数Kerr地基上Euler-Bernoulli梁，以此模拟管线与土的相互作用进而推导出管线的竖向位移。通过与原位降水试验及Winkler模型的结果进行对比，验证了所提方法的准确性，并进一步分析了土体弹性模量、渗透系数、管-井间距以及水位降深变化对管线竖向位移的影响。分析结果表明：所采用的Kerr地基模型考虑了土体变形的连续性，相比Winkler地基模型更具优越性；土体渗透系数及管-井间距对管线变形影响较小，而土体弹性模量与降水井内水位降深影响较大；土体弹性模量减小、水位降深增大均导致管线变形明显增大，且易引起管线位移超过允许值，应针对相应因素采取防控措施。