支护力对盾构隧道地表沉降影响的模型与验证

影响盾构隧道施工过程中地表沉降的因素多种多样,不仅有土体性质的影响,还有施工参数的作用.对盾构施工引起的地表沉降规律和支护力对地表沉降的影响问题,首先基于Sagaseta的地层损失模型,在考虑盾构机径向支护力的条件下,改进了土体损失的理论模型;其次,结合土舱压力、土体与盾构机之间的摩擦力的Mindlin位移解,计算了沈...     

钱江通道盾构施工对北岸地表沉降的影响分析

运用经验公式和有限元数值模拟,对钱江通道盾构隧道施工过程中明清鱼鳞石塘的地表沉降规律进行研究,比较分析了两种方法的计算结果,得出隧道周围土体移动规律和体表沉降规律,验证了有限元模型的合理性,为隧道工程的顺利实施提供参考依据.钱江通道过江隧道盾构掘进时将不可避免地扰动地层,引起地层变形及地面沉降.扰动导致土体强度和压缩模量降低.当地层变形超过一定范围后,会严重危及周围建筑物的安全.因此,掌握地层沉降规律并预估其影响程度,对工程的顺利实施极为重要.     

应力路径对隧道开挖数值模拟的影响分析

在岩土体中开挖隧道时,由于卸载产生的应力路径非常复杂,为了准确获得隧道开挖时的力学响应,在数值分析中应合理考虑卸载产生的应力路径变化.FLAC和PLAXIS是岩土工程中两种具有代表性的数值分析软件,其中FLAC的计算原理为显式有限差分法,PLAXIS则为隐式有限元法.用这两种软件分析隧道开挖问题时,由于采用的计算原理不同,计算出来的屈服单元分布有明显差异.对这种结果产生的力学机理进行了分析,并且给出了模拟隧道开挖时选择数值软件的一些建议以及数值模拟过程中应注意的一些问题.用一个算例验证了应力路径对隧道开挖数值模拟结果的影响.     

盾构隧道施工对邻近建筑物破坏风险初步评估

隧道开挖会引起地表和深层土体沉降,研究地层移动规律对于确定建筑物风险等级和保护邻近建筑物具有重要意义.首先,基于Peck公式并考虑深层土体横向沉降槽引起建筑物的沉降和倾斜,得到了建筑物风险区计算模型;然后,通过改变参数,分析了隧道直径D、基础埋深d以及地层损失率VL等对建筑物风险区大小的影响规律,推导得到了风险区的边界...     

卸压孔设置对冻结暗挖隧道冻胀卸荷影响研究

冻结法暗挖隧道施工中,冻胀常导致土体和隧道等发生大变形,给地铁隧道和周边环境以及建(构)筑物带来不利影响。以福州市滨海软土地层冻结暗挖隧道工程为例,通过对原型工程建模和非线性分析,综合实测数据及工程情况,分析冻胀变形分布规律和设置卸压孔前后冻结暗挖隧道的位移变化特点。研究结果表明：人工冻结加固技术结合卸压孔应用,对土体冻胀力的释放和冻胀变形的控制效果较好,与没有设置卸压孔时的地层相比,卸压孔在冻土帷幕冻结交圈形成后,为土体冻胀提供自由变形空间,降低了土体的冻胀位移和冻胀应力;冻结期末2个冻结暗挖隧道中心点纵向剖面处冻胀位移最大值由28.88 mm降至16.75 mm,冻胀应力最大值由335 kPa降至265 kPa,卸压作用效果明显。研究结果可为人工冻结暗挖隧道工程提供借鉴和参考。     

大断面矩形小净距顶管隧道群施工地层变形规律研究

超浅埋小净距大断面顶管隧道群工程顶推施工的背土效应会加剧周边地层变形,而采用减阻泥浆可有效缓解顶推施工对地层的扰动影响。为了研究超浅埋、小净距大断面矩形顶管隧道群工程顶推施工过程中减阻泥浆对地层土体变形规律的影响,采用三维有限元数值模拟方法,对隧道顶推施工过程中地层变形规律进行了研究,并将模拟结果与现场实测数据进行对比,得到如下结论:群洞隧道由于先后施工的影响,背土效应补充前方地层产生地表隆起变形;背土效应和土层应力共同影响下,在隧道高度范围和上覆土层范围,单洞隧道深层水平位移分别呈现偏离隧道和指向隧道的规律;地层位移影响分区决定了群洞隧道深层土体水平位移变形规律,后续开挖的隧道使得先行开挖隧道外边线以外土体全部产生背离隧道方向的水平位移。研究成果可用于帮助大断面矩形顶管等类似工程的设计施工,具有一定的推广意义。     

硬塑粉质黏土层深埋马蹄形隧道开挖土拱演化分析

硬塑状粉质黏土地层深埋马蹄形隧道开挖易出现土拱效应.以改进的太沙基围岩压力理论为基础,对上述马蹄形隧道开展了数值计算和现场监测试验,分析隧道开挖全过程中围岩竖向应力重分布及地层沉降变化情况,得出压力拱的形成及演化规律,并分析围岩力学参数大小变化对压力拱形态的影响.研究结果表明:压力拱内围岩应力及地层沉降变化显著,可作为...     

不同加固方案下富水黄土隧道地层变形规律分析

以西安地铁5号线暗挖隧道为工程背景,采用降水加固与注浆加固2种地层加固措施,建立渗流-应力耦合数值计算模型,对富水黄土隧道地表沉降、洞周土体变形及力学效应进行了研究,并结合现场监测资料进行了验证。结果表明:降水加固隧道施工最大地表沉降是注浆加固的13.7倍,2种加固方案洞周土体变形规律一致,开挖10 d内变形值均达到稳定值的70%~80%左右;注浆加固下洞周土体均为压应力,降水加固开挖过程中在中隔壁及中隔板处土层出现拉应力;注浆加固下衬砌各部位受力均大于降水加固;降水加固塑性区极值是注浆加固的11.3倍,主要分布在两侧拱肩、拱腰及拱脚处;2种加固方案下地表沉降以及洞周土体变形的模拟值与监测值相近且变化规律基本一致。     

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...     

软土地区新建盾构隧道下穿越既有隧道的离心模拟研究

随着地铁网络不断完善,新建盾构隧道近距离穿越既有隧道的现象越来越多.盾构隧道近距离穿越既有隧道的影响问题,比常规盾构施工的研究更为复杂.采用离心模型试验对盾构下穿越对既有隧道以及周围地层的影响进行了研究.选用排液法在离心场中模拟盾构施工,实现了在不停机状态下模拟隧道开挖卸载、地层损失和注浆过程,并分析了盾构下穿越施工引...     

土压平衡矩形顶管施工引起的地表沉降探究

顶管施工引起周围土体移动会对路面结构层造成破坏。采用大断面矩形土压平衡顶管顶进工法所引起的地表沉降一直是岩土工程领域技术工作者所关注的热点与难点之一。通过内蒙古科技大学地下过街通道工程,分析了路基变形的实测数据,Peck公式对矩形顶管地表变形预测的适用性,数值模拟不同覆土深度下的顶管施工对地表的变形影响。研究表明:顶进时轴线上的纵向测点变形总趋势是先隆起,后沉降,并趋于稳定状态;横断面上位于轴线10 m左右范围内为主要影响区域,在此范围内沉降槽体积约占总体积的90%;当地层损失率V_l取0.4%,沉降槽宽度参数K取0.4时,实测值与Peck公式法的预测结果曲线拟合较好;当覆土深度增加,地表沉降值逐渐减小,且沉降范围逐渐增大。研究成果为大断面土压平衡矩形顶管与类似工程的施工提供了理论参考及应用借鉴。     

均布荷载下软土地基一维非线性固结的有限差分法

针对深厚软黏土地基一维固结计算中,土体初始应力和附加应力分布形式对地基固结度存在较大影响的问题,假设土体初始应力沿深度变化、外荷载引起的附加应力随时间和深度变化、土体应力应变关系满足双曲线模型,推导了均布荷载下软土地基的一维非线性固结控制方程,并采用差分法求解,得到了地基固结度及沉降计算公式。算例分析表明,该方法计算所得地基固结度与传统解析解吻合良好,且在时间维度上分段计算可有效提高差分法计算效率;采用该方法计算地基沉降所得结果与实测数据吻合较好,且能大幅度简化固结计算过程,具有较好的工程应用价值。     

工程开挖面特征及土壤流失量快速监测方法探讨

工程开挖面是人为水土流失的主要来源之一,准确、快速监测工程开挖面水土流失量具有重要的现实意义。在对全国四大片区不同工程类型开挖面调查的基础上,提出开挖面分类体系,根据下垫面物质分异特征,分均质面和非均质面,根据有无汇水影响,可进一步分为有汇水影响开挖面和无汇水影响开挖面。开挖面下垫面一般紧实度高,干密度大,坡度大多在30°～70°,坡长主要为10 m左右,开挖时间大多在2 a之内。经分析推导,界定开挖面土壤流失量的监测精度为t,水土流失形式主要为沟蚀。综合开挖面特征及水土流失特点,确定工程开挖面土壤流失量监测重点对象为有汇水影响、出现沟蚀、2 a内的开挖面已发生的土壤流失量。在综合比较现有监测技术方法的基础上,提出开挖面土壤流失量快速监测最宜采取三维激光扫描仪。     

基于极化雷达的裸露地表土壤水分反演研究

为准确、快速提取大范围裸露地表土壤水分空间分布,以河套平原巴彦淖尔市杭锦后旗陕坝镇灌区土壤水分四极化精细模式雷达监测为例,研究基于RADARSAT-2数据土壤水分提取的技术与方法,选择AIEM模型作为研究区裸露地表土壤水分反演模型的基础,建立适合河套灌区裸露地表土壤水分微波散射的经验模型。应用经验模型对河套灌区地表水分进行反演研究并与实测数据进行相关性分析。结果表明极化组合VV-VH的相关程度高达0.931 1,经验模型能够满足土壤水分监测的需要,优于传统土壤水分分类方法,促进了极化微波遥感在土壤水分监测中的开拓应用。     

西南喀斯特石漠化区土壤形成速率研究综述

强烈的人为作用造成我国西南喀斯特区水土流失严重,并导致了石漠化。而碳酸盐岩风化后残留物极少,土壤形成速度极慢,又导致石漠化的恢复极难。因此,西南喀斯特区石漠化的核心问题就是土壤形成与流失的矛盾。目前对于碳酸盐岩成土速率的计算,都是基于剖面上碳酸盐岩溶蚀速率来推算的,溶蚀速率是通过灰岩标准试片溶蚀速率确定的,只考虑了岩-土接触面上的碳酸盐岩溶蚀速率,不考虑碳酸盐岩岩层间和岩体内部的风化作用。而可以包含以上3种成土模式的流域地球化学平衡法,则是在花岗岩地区建立起来的,应用在碳酸盐岩上,必须对其进行修正。碳酸盐岩的风化成土与花岗岩的差异较大,碳酸盐岩的风化分成2个过程,即碳酸盐岩风化形成残积物和残积物进一步风化形成土壤。在综述前人研究成果的基础上,提出了在风化速率计算中增加残积物风化模块,以区分碳酸盐岩基岩与残积物2个不同风化过程的方法,来修正基于花岗岩建立的流域地球化学平衡法,以适合碳酸盐岩上土壤形成速率的计算。     

植被结构指标在南方红壤丘陵区水土保持功能研究中的应用

较为系统地阐述了部分前人关于植被结构与水土保持功能效应、植被结构指标与评价、植被水土保持效益评价的研究成果。分析指出,我国南方红壤丘陵区水土流失形势依然严峻是由于林下存在着不同程度的水土流失,正确评价植被的水土保持功能成为水土保持管理及学科发展的需要。旨在综合已有的研究经验和成果,促进今后相关研究的发展。     

植物根系吸水对边坡稳定性的影响

植物蒸腾作用导致根系吸水对边坡稳定性起着至关重要的作用。为了量化根系吸水的影响效果,采用有限元方法模拟了均布形、三角形、指数形、抛物线形4种植物根系的吸水作用,同时分析了根系形态、深度对于孔隙水压力分布的影响,并对边坡稳定性进行了定量计算。研究结果表明:随着根系吸水的不断进行,浅层孔隙水压力逐渐减小,基质吸力增大,非饱和土体剪切强度增加,边坡安全性逐渐提高;4种形态植物根系的孔隙水压力及安全系数比的包络线与根系分布形函数基本相同;指数形根系的地表孔隙水压力最小,安全系数比最大,对于边坡加固效果最明显;在根系总量一定时,植物根系深度越大,其影响范围(深度)相应增大,而对于地表根系土剪切强度增量的作用越小,相应边坡安全系数增量也越小。     

基于MATLAB-GUI的刚性桩复合地基沉降计算

随着刚性桩复合地基技术的广泛应用,沉降计算在其设计中越来越重要。目前刚性桩复合地基沉降计算主要采用复合模量法,但在处理软土地基时,该方法夸大了桩的作用,尚不能精确反应地基土的沉降。针对这一问题,从沉降产生机理出发,考虑刚性桩复合地基的沉降主要由土拱效应下土顶承担的荷载和桩的侧壁摩阻力两部分引起,根据土力学基本原理,结合已有的土拱效应和桩身荷载传递的研究成果,提出一种正方形布桩下的刚性桩复合地基沉降计算方法并利用MATLAB-GUI编译成可视化程序。通过实例验证,程序计算结果与工程实测值吻合较好,说明该程序计算方法具有一定可行性,并将程序计算结果与传统方法比较,结果表明该计算方法精确性较高,计算过程简便,易于普及。     

地面荷载和衬砌支护作用下浅埋隧道的围岩应力解

为研究地面荷载对有衬砌支护的浅埋隧道围岩应力的影响,在Verruijt研究复杂边界条件下浅埋隧道围岩应力问题的基础上,考虑隧道衬砌支护及地面荷载共同作用对浅埋隧道围岩应力稳定性的影响,求得了浅埋隧道围岩应力解并分析了多个因素对隧道围岩应力场的影响。结果表明:地面荷载越大,隧道腰部环向应力越大、底部环向应力越小;衬砌支护作用越大,隧道腰部环向应力越小、底部环向应力越大。地面荷载和衬砌支护作用不会改变浅埋隧道周边环向应力的分布规律及其受力最不利位置,但会改变其大小及作用方向。开挖过程中隧道拱腰处易出现土体失稳破坏。     

大同地区生态环境分析及对策研究

大同地区生态环境问题的形成有客观自然原因，也有人类活动原因。主要由自然务件造成的问题有旱、涝、碱灾害；破坏性沙尘暴灾害；土壤贫瘠，植被稀少问题；水土流失严重问题。人类活动引发的主要问题有采煤引发的环境地质问题；地下水超采诱发的环境地质问题；水资源污染严重，水质恶化等问题。大同地区生态环境本底状况较差，加之人类活动影响。改善生态环境的难度非常大。文中论述了生态环境建设的思路及对策。