厦门地铁隧道变形控制指标的确定方法

依托厦门风化花岗岩地层的盾构隧道工程,以土体参数的空间变异性为切入点,针对当前隧道变形控制指标体系存在的针对性不足、科学性不够及适用性不强等问题,结合现场监测数据的统计分析和基于随机场理论的可靠度分析,提出了厦门轨道交通隧道工程变形控制指标的综合确定方法。结果表明:厦门典型风化花岗岩地层中,盾构隧道施工引起最大地表沉降的统计平均值为-13.50 mm,监测数据的95%分位数约为-32.42 mm;根据可靠度分析,最大地表沉降服从标准正态或对数正态分布形式,随机计算所得最大地表沉降的95%分位数为-35.43 mm。从安全角度出发,建议将-35.0 mm作为厦门典型风化花岗岩地层盾构隧道施工地表沉降的控制值。     

基于随机场理论的盾构隧道地表变形研究

在对地铁隧道开挖引起的地表变形研究中,通常将土体假定为均质各向同性材料,这与实际土体性质的随机性和不确定性不符。为此,利用随机场的计算机模拟和Monte-Carlo策略,以确定性分析为基础开展随机分析,研究土体弹性模量空间变异性对盾构隧道地表变形的影响。结果表明,考虑土体弹性模量空间变异性后,地表变形曲线仍符合高斯分布规律,与实际工程一致;土体弹性模量的随机性对地表变形程度和范围有重要影响,这与确定性分析有很大不同。     

公路隧道断层破碎带围岩变形规律数值模拟

为研究断层破碎带隧道施工围岩变形规律,采用数值模拟方法分别考查了台阶法、预留核心土法和三台阶法施工时围岩变形及地表沉降情况。结果表明:断层破碎带隧道施工围岩变形量随着荷载步增加趋于稳定,台阶法造成的拱顶沉降值较大,三台阶法和预留核心土法能较好的控制隧道拱顶沉降;隧道周边收敛值也随荷载步增加逐渐稳定,台阶法周边收敛值最大、三台阶法周边收敛值最小;地表沉降随荷载步增加逐渐达到稳定,台阶法施工造成的地表沉降最明显,三台阶法次之,预留核心土法地表沉降控制效果最好;预留核心土法隧道上方横向形成明显的沉降槽,随着荷载步增加沉降槽趋于明显,最终达到稳定。     

地铁区间极小间距下穿高铁盾构隧道施工方法分析

以北京１２号线地铁区间极小间距下穿京张高铁盾构隧道为工程背景，数值模拟了台阶法、临时仰拱台阶法、ＣＤ法以及ＣＲＤ法施工过程，揭示了下穿工程地层变形、地表沉降、盾构管片变形以及支护结构受力特征等规律。研究结果表明:地铁区间施工拱顶和仰拱围岩变形最大。地表最大沉降位于地铁双区间隧道中心截面，越靠近中心地层变形叠加效应越明显，距离超过２０ｍ的地层主要受单线隧道施工影响，且变形大幅降低；地铁施工引起盾构管片最大变形在双区间中心截面±１５ｍ范围内，为减小盾构隧道变形，可局部加固距地铁区间较近３０ｍ段管片；在台阶法基础上设置临时仰拱后，不仅减小了初支因弯矩产生的应力，还能充分利用锚管的锁脚作用，临时仰拱台阶法有效控制了地层变形。     

双线平行地铁隧道盾构同向推进纵向安全间距研究

为加快双线地铁隧道施工,采用2台盾构机同时开挖,盾构横向间距不变情况下,纵向间距过近会加剧对土体的扰动,影响地表建(构)筑物安全。以武汉地铁三号线为工程背景,选取双线平行隧道盾构同向推进为研究对象,采用现场监测和数值模拟计算方法,综合分析盾构开挖时隧道横向、纵向地表变形特征,揭示双线平行隧道盾构同向推进时的纵向相互影响规律。结果表明:数值计算结果与现场监测数据相吻合;盾构通过后地表形成沉陷槽,隧道拱顶上方地表变形最大,距离隧道轴线越远,地表变形越小;开挖过程中盾首上方隆起值达到最大,盾构穿过后沉降迅速增加,最终趋于稳定;双线地铁隧道盾构同向推进中,盾构的二次扰动加剧了地表最终变形量,盾构纵向间距对地表最终变形量没有影响,随着盾构纵向间距增加,地表总体沉降速率减缓,当盾构纵向距离大于50 m时较为安全可靠。研究成果旨在为今后的地铁隧道安全快速的施工提供依据。     

重庆地铁盾构隧道地表沉降分析

近年我国盾构隧道修建数量随着需求不断增加,周围土体在盾构隧道施工时会受到一定程度的扰动,为了保证开挖时周围土体的稳定,地表沉降的研究是有必要的。针对重庆轨道交通27号线盾构隧道,利用ABAQUS有限元分析软件对盾构隧道施工模拟,结合数值模拟结果对影响地表沉降的因素进行讨论,总结关于不同地表埋深、等代层厚度、注浆层弹性模量这3个因素对地表沉降的影响规律,表明埋深深度越深,土体扰动越小,地表沉降值越小;等代层的厚度越厚,盾尾的缝隙填充越密实,地表沉降值越小;注浆层弹性模量越大,说明盾构施工注浆越及时,地表沉降值越小。     

黄土隧道双侧壁导坑法施工围岩力学性状及变形界限值

黄土特殊的工程性质给大断面黄土隧道设计中围岩变形控制量与预留变形量值的确定带来了困难。本研究以大断面马蹄形黄土隧道为对象,采用ＦＬＡＣ3Ｄ数值计算软件,建立三维数值模型,依据黄土物理与力学指标,研究了不同支护强度条件下黄土隧道围岩应力、变形变化规律以及拱顶监测变形极限值。结果表明:开挖扰动作用下黄土隧道地层应力由地面到拱顶距离先增大后减小,地层沉降位移随与地面距离增大而增大。隧道拱顶最大沉降随支护模量的减小先缓慢增长,随后迅速增长,不易控制。因此需要找到拱顶沉降加速增长的临界点,对应的极限值作为拱顶沉降的控制条件。由于隧道拱顶最终沉降由掌子面开挖前拱顶沉降和掌子面开挖后可检测出的拱顶监测沉降组成,可结合位移释放率得出监测沉降极限值,确定拱顶监测沉降控制条件。研究成果为黄土隧道围岩稳定性监测提供理论依据。     

富水砂性地层中地铁盾构下穿铁路施工引起的沉降分析

以富水砂性地质条件下某地铁区间盾构隧道下穿铁路施工工程为背景,研究下穿施工引起地 表沉降的规律。首先对Ｐｅｃｋ方程进行分析,提出地表差异沉降系数的概念,用于表征盾构施工引起的 地表最大差异沉降。然后利用数值模拟方法分析地层损失率、隧道埋深、地层加固等因素对铁路设施沉 降的影响规律。结果表明:地层损失率在０．５％ ～３．０％变化时,减小地层损失可以同时降低地表沉降 及差异沉降,控制地层损失率在１．０％以内,可满足铁路设施变形控制标准;增大隧道埋深可以降低地 表最大沉降量,同时可以降低地表最大差异沉降;对隧道周围土体注浆加固可以显著降低盾构下穿铁 路施工引起的铁路设施沉降。     

不同埋深下盾构隧道施工引起的地层变形试验

隧道施工诱发的地层沉降会影响地上建筑设施的安全,为了研究不同埋深隧道盾构施工影响下砂土地层的变形规律,设计了由模型架和非接触监测系统组成的模型试验系统。利用该系统,以干砂为填料,通过使隧道产生沉降来模拟施工影响下的地层损失,进而得出不同埋深情况下地层的变形规律。试验结果表明：(1)随着隧道埋深的增大,地层内部产生“土拱效应”,地表最大沉降值逐渐减小,地表沉降模式由“窄而深”演化为“宽而浅”,但地层受扰动范围自隧道中轴线向两侧逐渐扩大;(2)不同埋深情况下,地表和地层内部的沉降曲线均符合高斯分布函数。地表沉降槽宽度系数随隧道埋深的增大而增大,深层土体沉降槽宽度系数随地层深度增加而减小;(3)不仅对于黏土,在砂土中深层土体沉降槽宽度系数i_z与地表沉降槽宽度系数i_s之比i_z/i_s同该土层深度h_z与隧道埋深h的关系(1-h_z/h)之间同样呈线性关系。因此,在浅埋的砂性及黏土地层中根据地表沉降规律即可得出地层内部沉降规律,从而为隧道的施工和支护结构的设计提供参考和指...     

地铁盾构隧道穿越高架桥梁基的力学行为分析

以兰州地铁盾构隧道穿越高架桥基础的实际工程为分析对象,通过数值方法模拟盾构开挖、衬砌施工过程,建立了地层结构及土性条件、高架桥及其基础的三维数值计算模型,开展了盾构隧道单向开挖及双向开挖完成的数值分析,得到了隧道上覆围岩地层沉降变形、衬砌结构应力、桥梁结构应力、桥基应力和变形变化规律。表明隧道上覆土层形成了沉降槽,其沉降曲线呈正态分布;开挖后桩身倾斜变形,桩身下部向洞内方向收敛变形,桩顶保持不变位;桩身的水平应力及轴力影响自上而下逐渐增大。为保证施工安全,对盾构开挖进行超前喷浆加固,对比结果表明注浆加固方法对减小不均匀沉降及盾构施工扰动具有明显效果。更多还原     

基于随机有限元法的圆形基础沉降最不利波动尺度分析

波动尺度(SOF)是表征土体空间变异性的重要参数,不同的波动尺度可以模拟土体参数的空间变异程度。基于随机有限元(RFEM)和蒙特卡罗模拟,假设弹性模量服从对数正态分布对土体实现非均质性建模,研究不同波动尺度下圆形基础的沉降变形规律。研究结果表明：中心沉降值符合对数正态分布,差异沉降值符合正态分布;随着波动尺度的增加,中心沉降和差异沉降均值基本不变,中心沉降标准偏差先增大最后趋于平缓,差异沉降标准偏差先增大后减少,在其峰值处平均绝对差异沉降达到最大,此时的波动尺度为最不利波动尺度,在勘察数据相对有限的情况下可以对基础沉降概率进行保守估计。     

柔性桩沉降可靠性的简化分析公式

本文提出了结合分层的剪切位移法、摄动法和随机场理论来计算柔性桩沉降可靠度的简化方法，并用随机有限元和蒙特卡洛模拟法对此简化模型的精度进行了对比分析，分析结果表明该方法计算简便，精度较高。通过算例发现，在土的变形模量为小变异的情况下，其概率模型对桩的沉降可靠度影响不明显，因此其概率模型可近似采用正态分布；在土的变形模量为大变异的情况下，其概率模型对桩的沉降可靠度影响非常明显，在选择概率模型时要慎重。对于土的变形模量服从对数正态分布的情况，采用将其当量正态化后的中心点法即使在参数大变异的情况下也可以获得理想的计算精度。     

基于Boussinesq位移解的地基沉降可靠度分析

以竖向集中荷载作用下Boussinesq位移解为基础，建立了地基沉降的可靠度分析模型，该模型完全可以取代基于单向压缩层的地基沉降分层总和法的概率模型。结合实例对荷载、沉降经验修正系数、土层压缩模量及土层厚度等参数的变异性对地基沉降可靠度指标的影响进行了较为全面的分析。     

隧道围岩大变形评价的改进云模型及其应用

针对隧道围岩大变形评价的不确定性和随机性问题,基于改进的云模型理论,建立了隧道围岩大变形评价的改进云模型评价方法,该方法运用云理论中的云雾化条件将大变形指标权重进行融合,进而得到综合评价指标权重,并用正态云替代传统模型中的特征值,计算云相关度和评价指标权重,最后通过综合云计算获得隧道围岩大变形评价结果。将此方法应用于西藏米拉山隧道围岩大变形评价,其结果为Ⅳ级大变形,与实际结果一致,表明隧道围岩大变形评价的改进云模型评价方法合理可行,可应用于隧道围岩大变形的评价。     

基于D-S证据理论融合采空区多源信息的大坝安全评价

为结合周边采空区性状对大坝进行安全评价,构建了基于D-S证据理论融合多源信息的安全性评价模型。结合现场勘查、物理力学试验、数值计算、实地测量以及监测结果,获取多种定性及定量指标,组成多源证据指标体系。通过欧氏距离法加权优化传统D-S证据理论,确定各证据指标所属评价等级的质量分配函数,采用多比例两两对比法与熵值法确定各证据指标的权重从而融合多源信息。应用此评价主法以周边存在采空区的某均质土坝为例进行安全评价,结果显示,定性指标中地质构造与覆岩岩性所占权重较大;定量指标中水位的影响最大达到0.446 1,其次是大坝沉降为0.221 3。而影响因素重要性分析表明,观测信息的结果最能表现大坝运行形态,所占比重为0.498 1。综合评判结果显示大坝处于"较不安全"的信任值最大,结果与安全鉴定"三类坝"结论一致,验证了多源证据指标体系评价方法的可行性和有效性。     

桩-网结构复合地基沉降计算研究

桩-网复合地基是一种有效的软土地基加固处理方法。目前对桩-网复合地基沉降尚未形成比较成熟的计算理论和方法。在简要分析桩-网复合地基沉降构成的基础上,利用Mindlin-Geddes方法联合推求加固区附加应力分布,再利用Boussinesq方法推求下卧层附加应力的分布,并结合小孔扩张理论求出桩体的刺入变形量,最终对联合求解得到的沉降值进行修正,得到了与实际情况比较吻合的解,可以为类似无砟轨道等对沉降要求严格的铁路工程复合地基沉降计算提供参考。     

饱和土的变渗透系数固结理论及其合理性验证

饱和土体的固结过程伴随着土骨架的压缩和孔隙水的排出,其孔隙比及渗透系数随固结过程不断减小,但当前的Biot和Terzaghi固结理论均没有考虑固结过程中孔隙比及渗透系数的变化。这种处理方法对于压实土地基的固结过程来说,计算结果与实际相差甚微,但对于孔隙比很大的欠固结软黏土层、尾矿堆积层以及淤地坝库区的固结沉降来说,计算结果与实际过程的差异则会很大。首先建立土体固结过程中孔隙比与体应变的关系式,再利用渗透系数与孔隙比的关系式建立了渗透系数与体应变的关系式,最后利用弹性力学的几何方程得到渗透系数与单元位移的关系式。将这一关系式代入Biot固结理论,即得到变渗透系数固结理论,并在COMSOL中实现了求解计算。理论分析和数值计算表明：变渗透系数固结理论能够反应固结过程中因孔隙比减小造成的孔压消散缓慢、沉降速率降低的客观现象;土体初始孔隙比越大,体应变越大时,修正的渗透系数对固结过程的影响越大;渗透系数的减小只影响固结过程,不影响固结计算的最终结果。     

沪宁高速公路地基沉降有限元计算分析

采用比奥固结理论，考虑侧向变形、二维或三维渗流对沉降的影响，对沪宁高速公路路基作非线性有限元计算。将路堤和地基作为整体划分网格，取网格结点上的孔隙压力和竖向、水平向的位移为基本未知量，在路堤作用下，根据土体的劲度和渗透性建立方程组，从而解得孔压和位移。由有限元法与常规设计计算结果比较可知：用ｅ～ｌｇｐ′法考虑前期固结压力是必要的，但应用１０～１２的修正系数对总沉降作修正；有限元法算得的工后沉降小于分层总和法；路堤填筑速度对沉降过程有影响；增加预压时间可减少工后沉降。