平行隧道开挖引起场地沉降的透明土模型试验研究

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...     

超软土真空预压透明土模型试验及土桩形成机理

吹填超软土真空预压加固地基过程中,塑料排水板周围易形成“土桩”,“土桩”的存在降低了其周围土体的固结效率,严重时甚至会导致地基处理失效；然而,对“土桩”形成机理的认识仍相对不足.为此,基于透明土材料和粒子图像测速法（PIV）,开展超软土真空预压透明土模型试验,非嵌入式地可视化测量真空预压过程中排水板周围土体位移场.结果表明:排水板周围的土体变形与排水速率存在联系,在排水高峰期和排水平稳期,排水板周围土体产生明显的水平位移,且产生水平位移的范围随抽真空时间的增长逐渐扩大.而在排水缓慢期,排水板周围的土体几乎仅有竖向位移；土颗粒在渗流力的作用下向着排水板方向移动并聚积在排水板周边,是造成“土桩”和“软弱带”现象的主要原因；浅层土体的颗粒较细、上覆土重较低,在渗流力作用下更容易发生向着排水板方向的位移,形成的“土桩”由浅至深半径逐渐减小,“土桩”的最大半径可达11 cm；“土桩”范围内的土体密度较“软弱带”土体的密度更高,在自重和“真空荷载”作用下的压缩量更小,在土体表面形成“桩头”.     

仿生牙根桩承载性能透明土模型试验研究

基于仿生学原理并结合哺乳动物下颌磨牙承载力高的特点,提出一种模仿哺乳动物下颌磨牙的仿生牙根桩,仿生牙根桩的承载性能和沉桩时的挤土效应不同于传统底部截面为圆形的锥形或平底桩。结合数值方法和模型试验研究其承载特性及沉桩过程中的桩—土作用,采用DEM离散元方法进行数值模拟研究,发现仿生牙根桩能大幅提高桩底承载力,但易引起土体应力集中。基于数值模拟结果进行模型试验,采用基于透明土模型试验的粒子图像测速技术（PIV）,利用沉桩加载仪和CCD高速工业相机连续拍摄沉桩加载过程中桩周土体在线性激光器下产生的散斑场,得到整个土体的位移场。结果表明：仿生牙根桩对竖向荷载的承载能力超过普通锥形桩1倍左右,引发的桩身拖曳效应与桩底部竖向土体位移更加显著,且在桩中心内凹不太大时,其引发的土体横向位移较小。     

基于透明土技术的泥水盾构开挖面泥膜渗透特性研究

为了更直观的观测盾构泥浆成膜试验中注浆扩散和泥膜形成过程,开发了一套泥水盾构开挖面可视化注浆试验系统,采用透明土和透明浆液结合光学技术开展多种变量下泥水盾构泥浆渗透过程的可视化试验,记录各横纵断面渗透图像,并对图像进行二值化处理,探究了地层粒径与浆液粘度对泥浆扩散形态的影响,并评估了所形成泥膜的渗透特性,研究结果表明:浆液在地层中的渗透距离是评估泥膜形成质量的重要标准,而地层的孔径和泥浆粘度是影响浆液渗透距离的重要因素。在高渗透性土层条件下,减小盾构机刀盘开口率和注浆压力有助于形成泥皮型泥膜。试验结果对盾构的泥浆工程具有重要的指导意义。     

透明土中孔隙流体的实验研究

在透明土配置中,为了选择与熔融石英砂相匹配的孔隙流体,通过实验研究CaBr2溶液、CaCl2·2(H2O)溶液和白矿物油混合物3种孔隙流体.研究孔隙流体折射率随温度和质量分数（或体积比）的变化规律,测定了3种孔隙流体的黏度和平均色散值等物理性质.实验结果表明,3种孔隙流体的折射率均随温度的升高而线性降低,无机盐溶液的折射率与质量分数呈线性关系,质量分数越高,折射率越大,白矿油混合后的折射率与混合体积比有关,可以用Arago-Biot方程描述.黏度以CaCl2·2(H2O)溶液为最大,CaBr2溶液最小.色散值以白矿物油为最小.总结了筛选孔隙流体的一般性原则,认为白矿物油的安全性最好.     

土钉墙模型试验研究

通过土钉墙模型试验。研究了土钉在黄土中的变形情况，土钉加固黄土类深基坑的作用机理及土钉的应力分布规律，最后对试验的不足进行了分析。     

膨胀土中桩的荷载传递模型试验研究

通过室内模型静载实验，研究和分析了不同荷载下的膨胀土地基中桩的荷载传递特点、桩侧摩阻力和桩端阻力的变化以及二者的荷载分担比例关系等。试验表明：膨胀土中桩的静载试验所得到的P-s曲线存在明显的拐点；桩身轴力随桩顶荷载的增加在桩身中部以上迅速递减，且桩身轴力增加与桩顶荷载增加几乎呈线性关系，桩中部以下几乎变化很小；该模型桩的荷栽传递是以侧摩阻力为主的；桩侧摩阻力和桩端阻力均随桩顶荷载的增加也呈近似线性关系，但桩侧摩阻力和端阻力在荷载分担比方面存在一个极值。     

支撑式支护结构上土压力的模型试验研究

通过对二道内支撑加地下连续墙支护结构进行室内模型试验,模拟深基坑支护结构施工与开挖过程,通过量测试验中每一工况下模型支护结构上的土压力,分析内支撑式支护结构在基坑开挖中土压力分布形态的变化规律.模型试验结果显示二道内支撑式支护结构的主动区土压力基本上均大于朗肯主动土压力.在基坑上部,试验值与静止土压力较为接近,甚至超过静止土压力;在基坑中、下部以及坑底以下,土压力介于主动土压力与静止土压力之间.采用太沙基-佩克土压力包络图计算内支撑支护结构的墙后土压力是偏于安全的.     

管桩土塞效应模型试验研究

土塞效应会对管桩的贯入阻力和承载力特性产生明显影响,这是开口管桩重要的特征之一.通过开展粉质黏土和砂土的开口管桩室内模型试验,模拟开口管桩的压桩过程,分析不同因素对管桩土塞效应的影响.试验结果表明:土体的性质对模型桩内的土塞效应有重要影响,相同加载条件下模型桩内砂土的土塞高度均大于黏土的土塞高度;管桩土塞最大高度随桩径的增大而减小;模型桩的取芯高度与模型管的压入速率关系密切,随着压桩速率的增大,土塞高度也显著增大.     

土钉墙支护技术室内模型试验对比研究

通过土钉墙支护技术的室内模型试验研究,分五种工况来对比纯素土和土钉墙支护、土钉布置密集和疏松、全长土钉和长短土钉、不同倾角打入下,各种工况的土压力、土钉的拉力值以及面层位移的变化,总结归纳规律,用以指导工程实践。     

岩土模型试验中土体变形的数字图像测量

变形量测分析在岩土模型试验研究中占据十分重要的地位。利用四边形等参单元概念,给出基于位移模式的土体剪应变计算方法,采用互相关的图像匹配技术,编制相应的数字图像相关变形分析程序,实例验证结果表明该程序具有可靠的精度。利用该技术对方形基础室内模型试验中的土体变形进行测量,结果表明基于数字图像的测量系统能够实现岩土模型试验中土体位移场及剪应变场发展直至破坏的全过程定量测量,为土体细观力学特性与全场变形特性定性与定量研究提供了有力的工具。     

浅埋盾构隧道地基弹簧刚度的求解方法

把浅埋盾构隧道简化为半无限平面的挖孔问题,采用平面弹性理论的复变函数方法,推导了反应位移法中浅埋盾构隧道地基弹簧刚度的解析公式。设定不同的埋深和土体泊松比,计算了隧道周边的压缩和剪切地基弹簧刚度,讨论了隧道埋深和土体泊松比对刚度的影响,以及压缩和剪切地基弹簧刚度的关系。结果表明：浅埋隧道与深埋隧道的地基弹簧刚度存在差异;隧道埋深和土体泊松比对地基弹簧刚度的大小和分布规律影响很大;浅埋隧道的剪切与压缩地基弹簧刚度之比沿隧道周边变化。     

盾构法施工中土体扰动的静力触探试验研究

提出用静力触探试验的比贯入阻力来研究盾构施工对土体的扰动,针对上海地铁二号线盾构施工对软粘土体的扰动进行了测试分析．     

影响盾构隧道地表沉降的多因素分析

软土中盾构施工安全一直是工程界关注的重点问题,其研究涉及水-土-结构相互作用以及由于加固引起的土体属性变化等诸多方面。基于渗流-应力耦合理论,在ABAQUS平台上通过二次开发实现盾构开挖过程中土体渗透特性的演化和注浆材料弹性模量及渗透系数的时变性,研究不同埋深、不同地下水位、不同土体特性对盾构隧道地表沉降的影响。研究结果表明:在软土地区,盾构开挖过程中注浆材料弹性模量和渗透系数的时变性对地表沉降影响较大,而土体渗透系数随应变的演化对地表沉降影响不大;隧道埋深、地下水及土体特性均影响开挖对地表的扰动,且土体弹性模量相对影响最大。     

一种新型隧道掘进机的施工监控系统设计

结合一种新型隧道掘进机的研究与试验,选择系统的工作压力、流量、刀盘转速转角、刀盘扭矩及功率作为监控参数,由相应的传感器和工控机构成施工实时监控系统,并编制了监控软件.该系统实现了监测数据的实时采集与分析,对所设计的隧道掘进机的实验及性能分析具有重要作用.     

盾构穿越沉降敏感区段的沉降监测及分析

在盾构穿越复合地层沉降敏感区段时,对该区段的施工沉降进行了严密观测,并对监测数据进行了全面分析,总结出上软下硬复合地层的沉降变形的一般规律.在工程实施中采取有针对性的沉降控制措施,确保敏感区段的沉降控制在允许范围之内.     

同步爆扩法处理高速公路液化土地基模型试验研究

为了获得同步爆扩法处理高速公路液化土地基的现场试验的实施方法和参数，验证理论研究成果，设计了模型试验装置，采用模型试验和对比分析相结合的研究方法，研究了爆扩参数及影响因素、爆扩应力变化规律、爆扩超孔隙水压力变化规律、爆扩排水沉降的规律，提出了现场试验的技术参数和实施方法．结果表明：土体爆扩应力影响范围为6m，土体爆扩性指标为0．5m^3／kg，爆扩后地面沉降达到200-300mm，土体物理力学性能提高，液化消失．     

一种新型偏心多轴隧道掘进机工作原理及其数学描述

在对新型偏心多轴隧道掘进机工作原理进行分析的基础上,建立了刀盘在恒扭矩、恒流量及恒转速工况下的数学模型,并对比分析了几种工况下系统的压力、流量与转速的变化关系,为今后设计此种类型的掘进机提供了理论依据.     

盾构施工盾尾注浆硬化过程数值分析研究

简要介绍了盾尾注浆的目的及类型.在假定其他参数已知的条件下,通过实例,用有限元程序GTS模拟考虑盾尾注浆硬化过程和未考虑硬化过程两种盾构施工情况.研究结果表明:盾构施工过程中,受浆液长期固结影响,地表会产生进一步的沉降.充分考虑浆体硬化作用,利用监控压注浆液的硬化情况控制后期沉降是一种有效的地层沉降控制手段.     

回转式盾构刀具切削性能测试平台监控系统设计

介绍了回转盾构刀具切削性能测试平台结构及组成,该测试平台用于研究各种因素对盾构刀具切削性能的影响,为分析盾构刀具切削性能提供数据.为了确保测试平台安全、可靠地运行,并获得准确的实验数据,监控系统的设计就显得尤为重要.根据测控方案以及测试平台监控系统的要求,设计了基于PLC和WinCC的监控系统.该监控系统采用PROFIBUS现场总线进行通信,PLC控制器对测试平台进行逻辑控制,上位机为HMI(触摸屏)和安装有WinCC的IPC(工控机).HMI主要负责实验过程中工艺参数的设置,WinCC可对测试平台运行情况进行实时监控和提供报警保护,并记录试验数据.多次的试验结果表明,该监控系统运行稳定,控制灵敏度高,采集的数据精度高,达到了预定的设计要求.