粘弹性软土中盾构隧道的长期沉降

本文将列车荷载等效为矩形循环荷载,采用Merchant三元件模型模拟土体粘弹性,得到相应的粘弹性本构模型,并采用迭代递推方法考虑固结过程中土体渗透性的变化,得出了列车荷载作用下局部渗漏隧道的超孔压解析解,进而获得长期地表沉降解析解。通过预测地表沉降值与非线性固结解析解预测值和上海地铁实测沉降数据的对比,验证了上述解析解的合理性。分析结果表明:在长期沉降分析中,土体的粘弹性表现十分显著,同时列车荷载加剧了隧道的地表长期沉降;隧道衬砌渗漏程度与地表沉降增加量呈正相关。     

黏土中隧道开挖引起的地表及地表以下土体长期 沉降计算方法

基于 Mair 提出的隧道开挖引起的土体瞬时沉降的理论以及进行的有限元数值模拟结果,推出地表及地表以下不同深度土体长期沉降的计算方法。首先模拟了 Ong 的离心机试验以验证数值模型的合理性,然后对隧道开挖引起的不同深度处土体长期沉降问题进行了模拟研究,建立了长期和瞬时情况下地层损失率之间的关系,并推导出长期情况下各深度处沉降槽宽度系数和最大沉降值的计算式,从而可确定沉降槽的形状。经与现场实测资料和数值模拟结果对比,验证了方法的合理性,可作为实际工程的借鉴。     

双圆盾构隧道土体地表沉降特性

介绍了双圆盾构隧道这种新型隧道形式,与圆形盾构隧道相比,双圆盾构隧道具有占用地下空间小、施工效率高、掘削土量少等优点,但双圆盾构隧道引起的土体位移相对较大,影响范围也比较广。基于双圆盾构隧道的施工特点,通过计算圆形盾构的土体地表沉降,运用土体位移叠加法,研究了双圆盾构隧道引起的土体地表沉降的特性,建立了双圆盾构隧道直径、埋深和地层损失等因素与土体地表沉降的关系。结果表明:双圆盾构隧道的地表沉降槽的形态与圆形盾构隧道相似;双圆盾构隧道的地表沉降量大,影响范围广;双圆盾构隧道的地表沉降与埋深和直径之比有关。     

平行隧道开挖引起场地沉降的透明土模型试验研究（英文）

为了便捷现代城市交通,地铁系统普遍采用平行隧道模式。平行隧道开挖引起的场地沉降预测一般基于单一隧道工况,利用简化叠加法生成变形剖面,而没有考虑两个隧道之间的相互作用。采用透明土模型试验技术,自主研发平行隧道模型试验装置及试验方法,研究了在砂质场地上开挖平行隧道引起的地表和地层沉降特性。通过模型试验探索了平行隧道间距、土体损失率、埋深等要素对地表和地表沉降的影响规律。在此基础上,量化了土体损失率和场地沉降值间的数值关系。此数值关系可为砂质场地中平行隧道施工与设计提供参考依据,也为隧道间距初选以及埋深的初步确定提供理论支撑。     

盾构开挖冻结法加固隧道的地表沉降对比分析

针对盾构法开挖掘进隧道引起的地表沉降问题,以上海14号线隧道上行线盾构隧道建设工程(武定路—静安寺区间)为背景,基于Peck经典沉降公式计算出地表沉降曲线,结合ANSYS有限元软件数值模拟盾构隧道的循环开挖,分别研究在未冻结加固土体和冻结加固土体条件下的地表沉降规律,并对解析计算、数值模拟和工程监测数据进行了对比分析,得出了三种地表沉降曲线变化规律一致的结论,并验证了冻结法加固土体减小沉降的有效性和数值模拟软件的可行性。     

泥炭质土层盾构施工扰动引起隧道长期沉降的研究

为了研究泥炭质土层盾构施工扰动引起隧道的长期沉降问题,将隧道周围土体视为连续、均质、各向同性的饱和黏弹性介质,采用五元件模型描述泥炭质土的流变特性,耦合Terzaghi-Rendulic二维固结理论,建立了隧道衬砌在完全不透水的情况下,盾构施工扰动引起周围土体超孔隙水压力消散的控制方程。采用分离变量法、保角映射、Laplace变换及逆变换等数学方法对该控制方程进行求解,得到了隧道周围土体超孔隙水压力消散的解析解,最后对土体的竖向应变进行积分获得了隧道长期沉降的计算公式。结合一工程算例分析了昆明泥炭质土层超孔隙水压力消散及隧道长期沉降的变化规律,研究结果表明:与上海软黏土相比,在初始阶段泥炭质土层中超孔隙水压力的消散速度较快,然后迅速变缓并趋于稳定。泥炭质土层中隧道的长期沉降持续时间更长且沉降量更大,在900 d的时间内隧道沉降趋于稳定,其累积沉降量约高达150 mm。此外,昆明泥炭质土的流变特性显著,如将土体中超孔隙水压力消散90%作为主固结沉降的完成时刻,则土体次固结沉降约占隧道总沉降量的36%,是隧道长期沉降中不可忽视的一个重要组成部分。     

软土地区盾构隧道地表沉降数值模拟研究

结合京津城际延伸线解放路隧道工程实例,采用数值模拟和现场监测相结合方法,对软土地区盾构开挖对软黏土地层扰动的变化规律和盾构隧道地表沉降进行了研究。结果表明,地表沉降槽近似正态分布曲线。同时将数值计算所得盾构掘进过程中土体横、纵向地表沉降曲线与监测纵断面沉降曲线进行对比,证明了数值模拟技术在计算地表沉降中可行性,了解了实际施工过程中影响地表沉降因素,对指导天津地区盾构隧道的设计施工,以及安全防护都具有重要的意义。     

盾构施工引起的地表沉降分析

通过对由盾构施工引起的地表沉降进行了深入研究,对某地铁隧道盾构施工过程的数值模拟和经验公式计算,分析了盾构推进过程中地表处土体的位移和变形以及沉降分布规律,得出数值模拟的地铁隧道横向地面沉降分布曲线与实际沉降非常接近.     

地面堆载作用下黏弹性地层盾构施工诱发土体响应时域解

目前针对软土地层盾构施工诱发周围土体变形影响的研究一般是基于瞬时开挖工况,较少考虑黏弹性土体的流变特性,也较少考虑地表堆载给盾构隧道施工所带来的影响。从地基黏弹性角度出发,引入隧道洞周的椭圆化收敛变形模式,采用复变函数理论并运用Laplace变换技术,提出了地表堆载作用下盾构隧道开挖引起的周围土体位移和应力的时域解。依托相关工程监测数据与简化时域解对比,得到了较好的一致性。研究结果表明:所得出的时域解能较好地反映地表堆载作用下盾构隧道开挖对周围土体位移场的影响,以及地层变形随时间的发展趋势。在地表堆载影响下,随着时间推移,开挖引起的地层变形不断增加,沉降速率则呈现出逐渐衰弱直至为零规律,而堆载突变导致其地表沉降值尤其沉降速率变化显著。研究成果对黏性地层密集堆载群范围内的隧道施工控制具有一定理论指导意义。     

基于人工神经网络的盾构隧道施工期地表沉降预测方法

盾构隧道施工过程中会引起周边土体的扰动,导致隧道周边的土层发生变形,地表发生沉降,对周边临近建筑物基础产生不利的影响。为了研究盾构施工引起的地表沉降,文中基于光纤传感技术对盾构施工期的地表沉降进行实时监测,得到地表沉降规律,提出基于人工神经网络的方法进行沉降预测,预测结果具有较高的精度。研究表明文中所提出的基于实测数据的土体沉降预测方法可以为盾构施工过程中土体的变形控制提供有价值的参考。     

沿海滩涂软土路基堆载预压沉降变形特征与卸载时机研究

沉降变形与卸载标准是铁路路基堆载预压的主要问题。针对处于沿海滩涂软土路基之上的铁路专用线,采用插塑板与堆载预压相结合的方案进行地基处理,开展了大量的表层沉降、孔隙水压力、分层沉降等观测项目。据实测资料,总结分析了路基表面的沉降规律,并考虑了路基分层沉降与孔隙水压力的变化规律,全面地揭示了整个路基地层的沉降变化特征,运用双曲线合理地预测了工后沉降,且推算出路基整体的固结度,采用工后沉降与地基固结度建立卸载时机判别标准。为堆载预压的卸载时机判别标准研究提供了一种新的思路。     

考虑时间效应边界面模型在地铁工程中的应用

 为了真实刻画地铁移动荷载低振幅、高振次特征,准确计算软土地铁地基在运营期的长期沉降,需要提出能描述低应力水平下土体动蠕变特性的本构模型。据此,基于边界面本构模型,结合Mesri蠕变模型,建立考虑时间效应的边界面本构模型。随后,为了开发ABAQUS材料子程序,采用应力积分算法对本构模型进行推导,借鉴阻止应变法进行算法的优化,可以使计算间隔缩短,总迭代次数增多,更易收敛。采用提出的本构模型和南京软土GDS动三轴试验获得的相关参数进行数值模拟计算,并进行试验对比,验证本构模型的有效性。同时,将开发的本构模型嵌入数值模拟计算中,设置黏弹性人工边界,进行三维地铁有限元数值模拟分析。结果表明：(1) 基于阻止应变法的优化算法可以进行推广使用;(2) 考虑时间效应的边界面本构模型适合描述软土动蠕变特性,能有效预测软土在低振幅地铁移动荷载作用下的累积沉降。研究对理论研究和实际工程具有重要的指导意义。     

大型油罐地基变形特性的研究

介绍了某沿海内河出海口深厚液化软土地区,5×104m3油罐地基采用碎石桩与塑料排水板综合处理、充水预压加固过程中油罐地基的变形特性;通过对油罐地基地表土与深层土变形的长期观测,取得了大量的原始数据;论述了地基地表土、深层土;油罐地基的平面倾斜与非平面倾斜及环墙摇摆下沉特性;并对油罐地基沉降进行了分析;阐述了该地区油罐之间的合理间距、地基沉降计算深度取值标准和沉降经验系数.     

上海地区深基坑周边地表变形性状实测统计分析

收集了上海软土地区 35 个具有墙后地表沉降实测资料的深基坑工程案例,从统计角度研究了深基坑的墙后地表变形性状。最大地表沉降随着开挖深度的增大而增大,其值介于 0.1 ％ H ～ 0.8 ％ H 之间,平均值为 0.38 ％ H ,其中 H 为基坑开挖深度。 影响因素分析表明最大地表沉降随着墙后软土层厚度的增大而增大,随着坑底抗隆起稳定系数的增加而减小,而与围护墙的插入比及支撑系统刚度的关系不大。 最大地表沉降与最大墙体侧移的比值基本介于 0.4 ～ 2.0 之间,其平均值约为 0.84 。统计了墙后地表沉降的分布模式,给出了墙后地表沉降的包络线。最大地表倾斜量介于 0.001 ～ 0.017 之间,给出了根据最大地表沉降量来预测最大地表倾斜量的统计关系。     

基于Burgers模型的软土桩基长期沉降计算方法

软土桩基础的沉降可能会持续几十年,其长期沉降计算一直困扰着广大岩土工程技术人员。笔者基于Burgers模型,建立了桩身和桩端的黏-弹性荷载传递模型,并以此为基础,考虑群桩效应,建立了桩-土-承台变形耦合的软土桩基长期沉降计算模型,并编制了计算程序CLPS。该计算方法能够计算多层软土桩基的长期沉降,而且适用于刚性承台和柔性承台桩基的长期沉降。使用该方法对2处软土桩基进行了长期沉降计算。结果表明该方法计算结果与实测值较为接近,两者最大相差不超过18.8%,最小仅为4.6%;与三维有限元计算结果非常接近,两者最大相差不超过6.7%,且该方法计算效率远高于有限元分析方法。     

不同加固方案试验现场沉降观测资料对比分析

上海浦东国际机场跑道工程软土地基处理方案选择时 ,对排水板堆载预压试验区和强夯加固试验区的系统沉降观测资料进行了对比分析。结果表明,强夯加固后地基的浅部层组压缩性能有明显改善。在软粘土中 ,与天然地基相比 ,设置排水板将使地基沉降明显增大。     

真空预压地基出水量现场试验研究及分析

通过中山造船基地真空预压软基加固工程的现场试验观测成果,从软土的微观固结机理角度定性分析了真空预压期间加固区内的出水量变化情况,以及地表沉降、地下水位与出水量之间的内在联系。研究结论如下:①真空加固期间的出水量分为两个阶段,加载初期主要为加固区内土体大、中孔隙中的自由水,恒载后以土体的中、微孔隙中能克服自身抗剪强度发生渗流的弱结合水为主。②由于自由水比弱结合水更容易发生渗流,因此抽真空初期的日出水量远大于恒载期的日出水量,但是受到场地地质条件影响,不同区域的出水量多少不均。③总出水量与地下水位降深、地表沉降的关系表现出相似的规律,即加固初期随着总出水量的增大,地下水位降深和地表沉降变化较快,后期变化较慢并逐步趋于稳定。     

软黏土地基沉降的时变效应对超高层建筑结构内力的影响

软黏土地基沉降具有时变性,其规律被广泛认知。随着超高层建筑的大量兴建,工程师对超高层建筑与地基基础共同作用问题越来越重视。从地基沉降的时变性出发,综合考虑地基沉降的时变效应与地基-基础-上部结构共同作用的耦合问题,以时间切片的形式进行共同作用分析,提出了考虑地基沉降时变效应的共同作用计算方法,经初步分析得到地基沉降的时变效应对超高层建筑结构关键构件内力的影响。对软土地基上高500 m的超高层结构的分析结果表明,地基沉降的时变效应对上部结构的影响仅限于中低层区;其对巨柱、核心筒轴力的影响较小,轴力最大增、减幅值仅约为5%,在工程实践中可以忽略不计;但其对伸臂构件的影响较大,尤其是斜腹杆最为明显,其内力最大增幅可达200%,在工程实践中应给予重视。     

软土地下工程与深基坑研究进展

针对当前国内外软土地下工程研究现状进行系统概括和评述,重点探讨深基坑和盾构隧道两种典型地下工程涉及的关键土工问题。其一是复杂地质及环境条件下软土基坑工程的分析方法与新技术,包括基坑围护结构受力分析、基坑抗隆起稳定性分析、渗流对基坑稳定性的影响、深基坑工程中的冗余度问题、软土基坑工程的新技术;其二是软土隧道工程的稳定与变形问题,包括隧道开挖面稳定性分析、渗流对隧道开挖面稳定性的影响、隧道纵向不均匀沉降与长期沉降、隧道地震响应分析与动力模型试验;最后是软土地下工程施工的环境土工效应,包括基坑开挖引起的土体变形、隧道开挖引起的土体变形、地下工程开挖对周围环境的影响。     

Long-term settlement behavior of ground around shield tunnel due to leakage of water in soft deposit of Shanghai

The lining of shield tunnel is usually composed of segments, in which the joints, cracks, and the grouting holes (hereafter called lining deficit) exist. During the long-term running, soils and groundwater may leak from these kinds of lining deficit. The leaking of soil and groundwater causes the long-term ground loss around tunnel and thus results in the settlement of ground surface. This paper aims to analyze the impact of the leakage of groundwater through segments on the long-term settlement of ground surface. The adopted analytical method is based on the theory of groundwater seepage by using numerical simulation. The analyzed results show that settlement of ground surface increases gradually with the increase of the leaked volume of tunnel segments. When the leaked volume was unevenly distributed, differential settlement occurred locally. Comparative analysis by changing the leaked volume was conducted. The results reveal that there is a linear relationship between settlement and leaked volume when the leaked volume was controlled within the allowable limit.