考虑剪切变形下盾构隧道引起上覆管线变形分析

近邻上覆既有管线进行盾构开挖会引起管线产生附加变形,进而会影响到既有管线的安全。这方面的理论研究,大多数将既有管线简化成Euler-Bernoulli梁搁置在Winkler和Pasternak地基模型上,未考虑管线的剪切效应及三参数Kerr地基模型对管-土相互作用的影响。基于此,提出了一种可预测管线纵向变形的解析方法。采用Loganathan公式获得隧道开挖引起周围土体自由竖向位移,把土体自由竖向位移附加在既有管线轴线上,将既有管线简化成可考虑剪切变形的Timoshenko梁,管-土相互作用采用Kerr地基模型,基于提出剪切层弯矩的计算假设,结合管线两端的边界条件获得管线在盾构隧道下穿作用下受力变形响应。工程案例研究结果表明：与既有文献存在的理论分析方法比较,该方法计算得出的理论解析结果更加贴近实测数据;与Euler-Bernoulli梁计算结果比较, Timoshenko梁给出的计算结果更具有优越性。进一步参数研究表明：随着既有管线剪切刚度的增大,管线抵抗变形的能力逐渐增大,这会导致隧道下穿引起的管线变形逐步减小,但会引起管线内力反向增大;随着地层损失率增大,既有管线受到的外力逐步增大,使得管线变形及其内力也逐渐增大;随着管线直径的逐渐增大,管线在隧道下穿作用下引起的管-土相互作用力逐渐增大,最终导致既有管线所受到的应力应变也会增大。     

隧道开挖引起水平向位移被动桩的简化计算方法

目前,大部分盾构隧道开挖对邻近桩基影响的理论研究是将被动桩简化成单参数的Winkler地基模型和双参数的Pasternak地基模型,较少考虑计算精度更高的三参数Kerr地基模型.基于Kerr地基模型建立被动桩的水平挠度控制方程,结合盾构隧道开挖施加的水平附加应力,利用差分法计算得到盾构开挖对邻近桩基的数学矩阵解析表达式...     

土体杨氏模量对开挖卸荷引起隧道变形影响

采用基于摩尔库伦准则的理性弹塑性模型开展有限元分析,研究土体的杨氏模量对基坑开挖卸荷引起隧道变形影响,分析隧道纵向隆起、衬砌直径变形以及弯曲应变的变化规律和趋势。研究表明,基坑开挖卸荷引起坑底下方的隧道隆起,隧道衬砌横截面竖向压缩、水平拉伸,隧道横向和纵向弯曲应变分别沿隧道横截面和纵轴线呈对称分布。随着土体杨氏模量增大,隧道顶部最大隆起,隧道衬砌直径以及隧道横向和纵向弯曲应变都呈对数减少,并给出了拟合方程,便于应用。     

盾构隧道上卧基坑开挖的变形分析

结合上海地铁某区间盾构隧道上卧基坑工程实例,采用同济曙光GeoFBA()有限元程序建立该基坑工程的二维数值分析模型,动态地分析了施工过程中基坑变形及开挖对盾构隧道变形的影响,并与施工监测结果进行了对比分析,为优化设计和安全施工提供了有益的参考.     

盾构隧道叠置下穿地下道路的施工变形规律研究

在盾构近接工程中,既有地下道路正下方进行盾构下穿具有极大的施工风险。考虑盾构施工中隧道、土和地下道路的变形耦合作用,采用有限差分法,建立了盾构叠置下穿地下道路施工的三维数值计算模型,对盾构施工引起的周边土体位移和地下结构变形展开研究。结果表明,盾构施工主要引起了三面围合区域内部的土体位移,而在围合区域外部几乎没有土体移动,在隧道中轴线上方地下道路的顶板和底板发生较大的附加变形,三面围合下隧道衬砌环的横鸭蛋变形相比半无限空间中有所减弱。     

土压平衡盾构隧道施工引起的地层损失及影响因素

收集中国已有地表沉降监测数据及土体损失率统计分析数据,结合长株潭城际高铁Ⅱ标树木岭盾构隧道进口树木林车站区间16个监测断面数据及其详细地层信息,分析土压平衡盾构隧道施工引起的地层损失规律影响因素。分析表明,土压平衡盾构隧道施工引起的土体损失率的累积概率较好的服从对数正态分布;土体损失率随着埋深或深径比的增大,呈现逐渐减小并趋于稳定的趋势,且两者关系可近似采用幂函数拟合;当H大于20 m或H/D大于3.25时,土体损失率基本稳定在0.75%附近,且对应地层信息表明盾构隧道施工时其上覆岩层呈现拱效应,说明盾构隧道施工中其顶部土层成拱效应可较好的控制土体损失;土体损失率或名义土体损失率随着盾构开挖通过时间的增加而逐渐增大,且趋于稳定,说明固结变形对名义土体损失率的影响较大,最大可达瞬时沉降所引起土体损失率的4.58倍。     

土体加固范围对既有盾构隧道轨道的影响分析

为分析不同拱顶、拱底和不同横向土体加固范围对既有盾构隧道轨道及轨道高差的影响规律,运用Midas-gts有限元软件结合现场施工,并基于已有盾构隧道施工扰动范围的影响机理,对广州市某盾构隧道斜穿11号线工程进行研究。结果表明:既有轨道的沉降值曲线呈V型,轨道高差曲线呈W型;在一定范围内,相比其他土体加固,横向土体加固对控制既有隧道轨道和轨道高差效果显著,且当横向加固为1倍盾构直径时,既有隧道轨道和轨道高差的控制效果最明显;既有隧道轨道的最大沉降值与拱顶、拱顶+拱底以及横向加固范围呈对数线性关系,与拱底加固范围呈线性关系;盾构隧道扰动范围大致为距既有隧道两侧1倍盾构直径范围,故对盾构隧道两侧土体加固1倍盾构直径,防止隧道结构产生较大变形。     

复合地层中隧道开挖面支护压力对地层变形的影响

建筑物密集区域对变形控制相当严格,隧道开挖面合理支护压力往往不由极限支护压力确定,而是由地层变形控制标准来确定,因此有必要探讨开挖面支护压力与地层变形之间的内在关系.针对广州地区典型的上软下硬复合地层条件,考虑盾构的实际掘进过程,研究了欠压状态下开挖面前方土体的位移模式,并分析了不同条件下开挖面支护压力与地层变形之间的内在关系.结果表明,当土体性质不同时,欠压状态下开挖面前方土体表现出不同的位移模式;不同埋深情况下开挖面极限支护压力比基本相同;土体内摩擦角及黏聚力对开挖面所需的合理支护压力大小的影响显著.     

地铁荷载作用下隧道土体变形的数值模拟

天津市区地铁隧道一般埋设于第一海相软土层中,目前针对这一海相软土层在地铁荷载下隧道周围土体变形的研究较少.本文利用ABAQUS有限元软件,模拟地铁运行荷载,对比分析隧道周围土体在竖向和水平方向上距隧道不同距离处土体的变形,结果表明:土体变形较大的区域主要集中在以隧道轴线为中心的10,m范围内,工程建设时对此区域土体要重点关注;而在30,m以外区域土体变形较小.分析结果为以后在现有地铁隧道沿线建设地下构筑物时提供了有价值的参考.     

大直径盾构施工引起的软土竖向变形计算研究

为探明大直径盾构施工引起的软土沉隆规律,基于集中力作用下半无限空间饱和土的初值解,分析考虑泥浆重度影响的盾构刀盘附加推力q、土体滑移及埋深影响的盾壳与土体摩擦力f、注浆层硬化及环向消散影响的盾尾注浆压力p和地层损失影响,得到软土地层大直径盾构施工引起土体竖向变形的计算公式并结合施工参数展开研究。结果表明：计算所得数值与实测数据吻合度高;q,f引起的上覆土体最大隆起值受深度影响小,p引起的土体最大隆起值随着深度增加急剧增加;q,f,p对上覆土体沉隆的影响范围呈碗状,影响范围的跨度和对深度的敏感度从大到小依次为f,q,p。结果验证了本文方法预测大直径盾构施工引起的软土沉隆是可靠的。     

软土地层盾构掘进土体稳定性模型试验研究

针对软土地层盾构掘进周围土体稳定性问题,自主研制了TJ-TBM2015多功能微型隧道掘进试验平台,通过改变外壳直径以模拟地层损失,采用动力控制系统,微型隧道掘进机可以实现盾构隧道的连续动态机械开挖。基于试验平台进行了地表无超载、地表有局部超载和隧道临近穿越群桩基础3种工况的盾构隧道掘进试验,通过传感器监测不同工况掘进过程中地表沉降变形和隧道周围土体的应力变化,研究土体的稳定性特征,并进行横向对比分析。结果表明,隧道开挖引起的土体应力重分布主要发生在隧道中心1倍直径范围内;局部超载对土体稳定性影响有限,但超载会造成其所在位置附近地表沉降增大;群桩基础对地层起到了一定的加固和隔离作用。     

考虑管土分离的基坑开挖引起邻近地下管线位移分析

在城市建设中,深基坑开挖会对邻近既有地下管线产生较大威胁。目前,基于有限元数值模拟和传统弹性地基梁模型分析方法无法考虑由于管线与土体之间刚度和变形的差异性而造成的管土相互分离现象,使得对于基坑开挖引起管线变形的预测偏于不安全。基于Pasternak弹性地基梁理论,引入管土相互分离计算模型,推导了基坑开挖引起的邻近管线变形计算解析解。参数分析结果表明,管线最大位移随管土分离段长度的增大而增大,且当管线抗弯刚度较小时,土体剪切作用对管线变形影响较大。通过理论计算结果和有限元数值模拟结果及现场实测数据的对比,验证了分析模型的适用性。     

Time-dependent lateral response of pile embedded in elasto-plastic soil

A two-dimensional (2D) finite element analysis was carried out to assess the time-dependent behavior of single vertical pile embedded in elasto-plastic soil. The finite element analyses were carried out using the linear elastic model for the structure of the pile, while the Mohr-Coulomb model was used for representing the soil behavior surrounding the pile. The study includes cohesionless and cohesive soil to assess the lateral response of pile in the two types of soil. The whole geotechnical model is suitable for problem of piles to determine the design quantities such as lateral deformation, lateral soil stress and its variation with time. The model is verified based on the results of published cases and there is good comparison between the results of published case and the present simulation model. It is found that, the pile in cohesionless soil has more resistance in the rapid loading and less one in the long term loading. On the other hand, the pile in cohesive soil shows opposite behavior.     

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。     

盾构掘进引起的土体附加应力场分析

利用弹性力学Mindlin公式,推导出盾构掘进面压力引起的周围土体附加应力计算公式.考虑剪切力的影响,运用圆孔扩张 剪切理论,计算了盾构刀盘切削土体在开挖平面内引起的二维应力计算公式.应用镜像法原理,推导了土体损失产生的三维附加应力计算公式.根据某盾构隧道实例,分析了上述3种作用力在土体中产生的附加应力分布规律.分析结果表明,掘进面压力引起的土体附加应力较大;刀盘切削土体引起的附加应力衰减较快,影响范围较小;土体损失引起的附加应力较大,且影响范围较广.     

考虑土体参数不确定性的供水管道地震响应分析

埋地管道周围土体性质沿管道纵向存在不确定性,直接影响到埋地管道的地震响应规律和抗震性能。为此,基于设计反应谱合成不同抗震设防烈度下的人工地震动,采用简化弹性地基梁模型,分析地震行波作用下的管道接口动力响应。考虑因安装环境差异、管道老化等因素引起的球墨铸铁管道接口强度的折减,分析土体重度、内摩擦角、黏聚力和土弹簧屈服位移4个不确定性参数对埋地球墨铸铁供水管道地震响应的影响规律,并对不同地震烈度、不同薄弱接口抗拉强度折减系数土参数不确定性规律进行总结归纳。算例分析表明:与确定性参数模型计算结果相比,4个不确定性参数对接口峰值动力响应的影响程度依次为黏聚力、内摩擦角、土体重度、土弹簧屈服位移,同时考虑4个不确定性参数的模型对结果影响最大,最大接口张开量的变异系数可高达9.54%;考虑土体参数不确定性的均值与确定性工况基本一致,最不利值为确定性工况的1.09~1.31倍;管道局部接口抗拉强度的折减对管道接口位移的响应影响显著。基于计算结果给出了不同地震动强度下接口薄弱系数与接口最大张开量的预测公式。     

Effects of liquefaction-induced large lateral ground deformation on pile foundations

The pile-soil system interaction computational model in liquefaction-induced lateral spreading ground was established by the finite difference numerical method.Considering an elastic-plastic subgrade reaction method,numerical methods involving finite difference approach of pile in liquefaction-induced lateral spreading ground were derived and implemented into a finite difference program.Based on the monotonic loading tests on saturated sand after liquefaction,the liquefaction lateral deformation of the site where group piles are located was predicted.The effects of lateral ground deformation after liquefaction on a group of pile foundations were studied using the fmite difference program mentioned above,and the failure mechanism of group piles in liquefaction-induced lateral spreading ground was obtained.The applicability of the program was preliminarily verified.The results show that the bending moments at the interfaces between liquefied and non-liquefied soil layers are larger than those at the pile＇s top when the pile＇s top is embedded.The value of the additional static bending moment is larger than the peak dynamic bending moment during the earthquake,so in the pile foundation design,more than the superstructure＇s dynamics should be considered and the effect of lateral ground deformation on pile foundations cannot be neglected.     

粉喷桩桩侧摩阻力强化效应作用机理有限元分析

根据邯郸市某工程粉喷桩单桩载荷试验资料,依据Meyerhof理论,采用有限元法分析了桩侧摩阻力强化效应与桩身强度、桩长、桩端土压缩模量及桩顶荷载的关系,结果显示:在桩端以上(4～6)B范围内,桩端土压缩模量对粉喷桩承载力的影响很大,该结论对复合地基的设计具有指导意义.