基于三轴试验和联合强度理论预测盾构施工引起的地表变形

现有盾构施工引起地表变形研究中,将土体视为线弹性材料而采用弹性模型来预测地表沉降,具有很大的近似性。引入联合强度理论,分析盾构掘进中、离开后上部土体加荷–卸荷应力状态下的稳定性;通过模拟盾构掘进中、离开后土体的应力路径,开展三轴固结不排水试验,依据试验结果的应力–应变双曲线形态,推导出盾构上部土体竖向加、卸荷条件下的非线性切线弹性模量公式,并确定各参数值。研究结果表明:相同围压或相同固结应力比时,加荷路径土体强度大于卸荷路径土体强度;同一围压下,轴向加荷、卸荷土体破坏时主应力强度值均会随固结应力比增加而增加。预测地表变形时,应力路径法运用了三轴试验成果中轴向应变数据,弹性理论法运用了加、卸荷非线性切线模量及试验参数。以武汉过江隧道江南盾构段为例,应力路径和弹性理论法隆起和沉降量预测值分别相差4.2%和13.0%;两者隆起量预测值与实测值分别相差7.5%和10.7%,沉降量预测值与总沉降实测值趋势一致。     

基于K_0固结排水卸荷应力路径试验粉土应力–变形特性研究

针对开挖土体复杂卸荷应力路径,按不同初始应力状态和卸荷应力比,对南水北调南干渠粉质黏土开展了K_0固结排水卸荷应力路径试验。试样首先在不同围压条件下K_0固结稳定,然后根据不同的轴向应力和径向应力卸荷比,进行卸荷试验,以模拟实际土体开挖过程中的应力路径。试验结果表明土体的应力应变特性与应力路径密切相关:不同卸荷应力比条件下,试样可能为压缩,先伸长再压缩或者为伸长变形;卸荷应力路径下压缩和伸长应力比临界值与初始固结状态和土性相关;相同平均应力增量条件下,卸荷应力比越小,试样体积膨胀绝对值越大;土体强度参数受加荷方式和应力路径影响不大。试验结果和常规三轴试验有显著区别,需要发展能够描述卸荷应力路径下的土体本构模型,对开挖土体开展符合工程实际的应力变形分析。     

考虑坑侧堆载基坑开挖土体应力路径试验研究

基坑开挖过程中,基坑坑侧各区域土体受到不同程度的卸荷或堆载作用,从而呈现出复杂的应力路径。因此,开展了常规三轴固结不排水剪切试验、K₀固结不排水剪切试验、K₀固结侧向卸荷试验和K₀固结侧向卸荷轴向加荷试验等不同的应力路径试验,来研究基坑开挖前后基坑坑侧土体的不同应力路径变化情况,比较分析了各应力路径条件下土体的抗剪强度、应力应变的变化情况,归纳了基坑开挖前后复杂应力路径条件下土体的应力变形及强度特征。研究表明,在不同的应力路径条件下,土体所对应的应力变形及强度参数,具有明显的差异性;软黏土在不同的侧向卸荷应力路径情况下,应力应变曲线均呈现应变软化型,且侧向卸荷对土体强度影响较大,坑侧堆载引起的轴向加荷对土体强度变化也有一定影响。     

考虑应力路径的土体微观孔隙及宏观变形特征试验研究

为了明确工程建设中岩土体遭受复杂应力路径从而呈现出不同变形破坏模式的机制,以银西高铁早胜三号隧道典型古土壤围岩为研究对象,利用多应力路径三轴仪对试验土样进行不同应力路径的三轴剪切试验,同时通过低场扫描核磁共振得到试验土体的孔径分布特征。宏细观结合,明确不同应力路径条件下土体变形破坏机制。试验结果表明:轴向加载及侧向卸载两种应力路径条件下,土体应力–应变曲线均表现为应变硬化型。初始围压直接影响土体应力-应变曲线的变化趋势。根据归一化曲线,2种应力路径条件下土体应力–应变关系均符合双曲线模型;同时,土体的p-q(平均剪应力–广义剪应力)曲线均呈现出良好的线性关系,相同应力路径下,曲线变化趋势一致,空间位置表现出两两平行的关系。而初始固结围压直接决定了p-q曲线的位置。从土体剪切强度来看,初始围压对提高土体强度起到了重要作用。当轴向加载时,土体黏聚力、内摩擦角均大于相同条件侧向卸载时的量值,尤其在黏聚力方面表现的更为明显;最后,土体初始围压与变形呈现出良好的相关关系。初始围压越小,相同偏应力条件下,土体产生得变形越大。T_2谱峰值强度较大,驰豫时间范围较大。同时,试验土样中小孔隙含量较少,而大孔径含量较多。相同初始围压条件时,土体经历侧向卸载时,T_2谱峰值较大、驰豫时间较长,即土体中大孔隙含量较多。相同偏应力条件下,变形更大。另外,试样虽然达到相同轴向应变条件,但不同应力路径、不同初始围压会使得土体蕴含着不同的孔隙信息。     

不同应力路径下饱和软粘土静力特性试验研究

采用英国GDS变围压动三轴系统对温州饱和软粘土分别进行了应力路径斜率η=1/3时不同初始有效固结围压的静力试验和不同应力路径的静力试验,研究了不同条件下温州饱和软粘土的强度特性。试验结果表明,不同初始有效固结围压和不同应力路径的温州饱和软粘土均呈应变硬化规律,且呈非线性;随着初始有效固结围压的增加,土体的强度在增加;应力路径斜率η=1/3时不同初始有效固结围压下,土体所呈现的变化曲线具有相似性。     

花岗岩残积土应力路径试验研究

由于常规的三轴剪切试验不能反映实际工程中多种应力路径对土体力学特性的影响,以福州地区花岗岩残积砾质黏性土为研究对象,进行了常规三轴固结排水剪切试验、K0固结排水剪切试验、K0固结侧向减载试验和K0固结侧向减载轴向加载试验等多种室内试验,对不同应力路径条件下土体的抗剪强度、应力与应变的变化情况做出比较分析,总结了花岗岩残积土在复杂应力路径下土体的变形特性及强度特征。研究表明:在不同的土体应力路径情况下,土体所对应的强度参数及变形参数具有明显的差异性,花岗岩残积土在不同的应力路径情况下应力-应变曲线均呈现应变硬化型,在实际工程中,应综合考虑各种工况,以应对土体强度及变形的变化对工程进展的影响。     

考虑应力路径与累积变形影响吹填土力学特性

应力路径与累积变形量影响土体的力学特性。本文以天津滨海新区有一定结构强度的吹填土为研究对象,采用WF应力路径试验仪对土体施加不同的应力路径,再控制土体的不同的累积变形量,在此基础上,进行三轴不固结不排水试验,探讨不同应力路径及初始累积变形对吹填土变形特性、强度特性以及孔隙水压力变化规律。试验结果表明,土体三轴剪切应力-应变关系曲线形状与应力路径阶段累积变形量密切相关,应力路径对土体抗剪强度大小以及抗剪强度包线形状有明显影响,抗剪强度指标粘聚力受应力路径的影响比内摩擦角大。土体孔压变化不仅与应力路径有关,还与土体结构屈服有关。3种不同应力路径下,有效应力路径在土体结构屈服前后都出现明显的偏转,呈现为“S”型。土体的结构屈服应力并不是一个定值,随着应力状态的变化而变化。     

坑侧土体卸荷的侧向应力-应变关系研究

利用平面应变仪对坑侧土体进行固结-侧向卸荷的试验研究,指出经过侧向卸荷过程的土样抗剪强度指标与常规三轴压缩试验结果明显不同;得出侧向卸荷土体的侧向应力-应变间也呈双曲线关系,据此运用邓肯-张建模思路,推导出反映坑侧土体侧向卸荷实际应力路径下的侧向应力-应变关系模型,模型预测与试验结果吻合较好.     

应力路径对饱和黄土排水试验力学特性的影响

利用SLB-1型应力应变控制式三轴剪切渗透试验仪,对陕西关中地区某地原状黄土进行了应力和应变控制的常规三轴压缩、减压三轴压缩和等p应力路径的各向等压固结排水三轴试验,探讨和分析应力路径对黄土的强度、变形特性的影响.试验结果表明:不同应力路径下土的应力应变关系均符合邓肯-张模型,且在主应力差达到200～250kPa时均出现明显的拐点;但其强度指标随应力路径和控制方式的不同而不同;体变在各应力路径下均表现出很好的线性关系.     

宁波淤泥质黏土应力路径试验研究

在60k Pa、120k Pa和200k Pa围压下,开展了宁波淤泥质黏土增p、等p及减p应力路径试验,结果表明:不同应力路径对土的应力—应变特性影响不大,增p、等p及减p应力路径试验中土体应力—应变曲线均呈弱软化型;在减p应力路径试验中出现剪胀现象,孔压一直为负;不同应力路径对土体强度的影响不同,60k Pa和120k Pa围压下等p和减p应力路径下试样强度变化不大,200k Pa围压下等p工况下的强度大于减p工况下的值。     

广州地铁隧道施工中的盾构选型及盾构改进应用

 分析了盾构选型需考虑的因素,提出了盾构选型的流程,阐述了刀盘刀具对不同地层的切削机理。然后结合广州地铁二号线某区间隧道盾构施工实际情况,发现全断面滚刀设置不适合强度较低及粘性较强的的全风化地层,而适合强度较高的地层,其掘进速率分别为0.5 mm/d和2～4 mm/d;而全断面先行刀设置适合6#及8#岩层,不太适合9#微风化岩层,其掘进速率分别为8～10 mm/d和4～7 mm/d。     

大直径盾构隧道出洞段土体稳定性分析

针对软土地区大直径盾构出洞施工中洞口土体易失稳、渗水这一难题,以复兴东路越江隧道工程为背景,分别介绍了出洞段土体加固的常用方式,并采用不同计算模型对出洞段土体稳定性进行了理论分析。     

既有盾构隧道修复加固技术研究综述

盾构隧道运营过程中会受损发生病害,对盾构隧道修复加固技术的研究,有利于减少事故发生。根据加固措施进行的位置不同,可将加固措施分为内部加固和外部加固。内部加固可分为内张钢圈加固法、黏贴复合腔体加固法、芳纶布加固法、碳纤维布加固法等;外部加固为侧向注浆加固法等。本文对发展概况及研究进展进行了综述,分析其作用机理和优缺点等,对未来的研究方向提供了一些建议。     

盾构施工设备信息管理系统开发

在上海上中路隧道工程中,采用直径14.87m泥水平衡式掘进施工,针对其机械和设备形式的多种多样,提出对盾构机械和设备进行信息化管理,开发盾构施工设备管理系统。此系统以Microsoft Visual C++6.0为开发平台,Microsoft Access 2000为后台数据库,基于Windows资源管理器模式设计系统目录,对机械和设备入库、出库、还库、维修实现动态管理,提高设备管理效率。     

电磁屏蔽室建筑设计

电磁屏蔽室是建筑设计中一个值得研究的课题。本文论述了建筑设计中的几个主要问题：屏蔽的基本概念、屏蔽材料的选择、如何提高屏蔽效能、屏蔽节点构造等。     

土压平衡盾构机掘进中更换盾尾刷施工技术

地铁盾构施工中,盾尾密封系统是实现盾构正常掘进的一个关键系统。盾构机在掘进过程中,由于各种原因或正常磨损导致盾尾刷的损坏,必须及时更换盾尾刷,确保施工质量合格。本文结合哈尔滨地铁2号线一期工程施工情况,深入细致探讨盾构机盾尾密封装置受损的常见原因及防治措施和更换方法。     

地铁区间隧道的风险管理与监督

运用风险管理的基本理论与盾构法隧道施工实践相结合的方法,阐述了风险管理在盾构隧道施工中的应用,并对盾构隧道的施工监督重点进行的了探讨,为地铁隧道的设计和施工提供有力的技术支持。     

无后置出土口的盾构始发方案

盾构施工中经常会遇到始发车站无后置出土口,因此盾构始发不得不采取特殊始发方案进行掘进施工。根据不同的工况条件采取相应的盾构始发方案,以使盾构始发方案做到技术先进、经济合理、施工高效、安全可靠。总结出分体始发,铺设道岔法及后置单轨梁盾构始发等方案,为类似盾构施工提供借鉴。     

盾构穿越铁路安全施工技术

盾构施工穿越铁路时,地面沉降和盾构推力等会对列车运行造成影响,因此控制安全施工尤为重要。结合北京地铁4号线穿越京山铁路工程,对砂卵石地层土压平衡盾构穿越采用高压旋喷桩加固技术,并利用盾构参数控制技术,对京山铁路运营期进行监测确保安全施工,规避风险。     

盾构隧道施工过程的有限元分析

盾构隧道开挖过程中周围土体应力重分布以及衬砌结构与土体相互作用,是盾构施工过程中地层扰动的内在原因,是有限元分析的关键因素,本文针对软土地区的特点,利用大型通用有限元软件ABAQUS对盾构隧道施工过程进行了有限元模拟,并通过一实际问题的计算表明本文所用的计算方法是有效可行的