深基坑工程施工变形监测与数值模拟对比分析研究

以天津市某深基坑工程为背景,对现场监测数据进行整理、分析,并采用PLAXIS 3D有限元数值模拟分析法建立三维空间实体模型,对基坑开挖施工过程中地连墙深层水平位移以及周边地表沉降进行数值模拟分析,将监测数据与模拟计算结果进行对比分析,研究结果表明,数值模拟结果与现场实测数据变化趋势基本一致,数值较接近,地连墙深层水平位移相差3 mm以内,周边地表沉降相差4 mm以内;随着开挖深度的增加,地连墙深层水平位移逐渐增大,且最大位移点逐渐下移,墙体位移变化呈中间大、两端小的"鼓肚"形状;随着土方开挖的进行,周边地表沉降逐渐增大,最大沉降值点逐渐向基坑外侧延伸,在第四步土方开挖完毕及基坑顶部施工完成后,最大值点均出现在距基坑边11 m处;实测值与计算值均在规范限制以内,符合基坑变形要求。     

路堑边坡扩建开挖过程中的变形分析

为研究路堑边坡开挖过程中岩体边坡和变形稳定性,确保路堑边坡施工及运营期的安全,以路堑边坡扩建工程为依托,采用地表变形及岩体内部位移监测数据分析边坡开挖过程中的变形规律。边坡表面变形通过布设监测点进行监测,边坡深部位移通过钻孔安装多点变位计和测斜管进行监测,得到边坡开挖和变形关系。分析结果表明:在开挖前边坡整体较稳定,随着边坡开挖量的逐渐增多,边坡岩体位移量逐渐增大,边坡深层位移先增加后收敛,最后趋于稳定;边坡发育的断层、拉裂缝、开挖临空面等对边坡在施工期的稳定性产生较大影响;开挖结束后边坡各方向的位移均趋于收敛,地表监测点中水平最大累计位移量为12.30 mm,其方向平行道路走向,而垂直最大累计位移量为10.60 mm,发生在第三级台阶;边坡内部岩层最大水平位移为11.02 mm,主要发生在岩层分界处的断层软弱结构面位置;在边坡的软弱岩层开挖期间,边坡岩体易出现相对较大的位移变形,开挖结束后短期内边坡地表位移趋于收敛,深层岩体的位移基本稳定;在边坡开挖过程中,边坡地表位移及深层水平位移在第二级边坡开挖时均变化较大,第二级台阶岩体的合理开挖是控制整个边坡稳定的关键。     

三峡工程永久船闸三闸首区开挖变形特征的智能分析

针对三峡工程永久船闸三闸首区闸室开挖诱发的岩体变形特征,提出了一种复杂岩体变形、应力及损伤状态的智能分析方法。分析过程中所涉及的岩体力学参数和本构模型利用现场监测到的位移进行智能识别,然后利用所确定的参数和模型,考虑动态施工和环境诱发岩体损伤的影响,对复杂岩体的变形、应力及损伤状态特征进行分析。结果表明,由智能计算得出的中隔墩顶面和两侧边坡直立墙的变形趋势与实测情况较吻合,而且开挖区表层附近出现较大区域的塑性区,直立墙和中隔墩的中上部出现拉应力区,直立墙底部拐角处出现压应力集中现象。     

五强溪水电站船闸边坡的粘弹性位移反分析及变形预测

位移反分析的提出,可望为边坡工程设计工程师提供一个确定有关地层力学参数和某些地应力分量的新方法。本文针对五强溪水电站左岸边坡岩层的特点,选择了HK模型,并从该边坡的实测位移出发,反演该边坡工程设计所需要的岩体力学参数。文中较详细地阐述了有关原理和可行的方法     

三峡工程永久船闸三闸首区开挖变形特征的智能分挝

针对三峡工程永久船闸三闸首区闸室开挖诱发的岩体变形特征,提出了一种复杂岩体变形、应力及损伤状态的智能分析方法.分析过程中所涉及的岩体力学参数和本构模型利用现场监测到的位移进行智能识别,然后利用所确定的参数和模型,考虑动态施工和环境诱发岩体损伤的影响,对复杂岩体的变形、应力及损伤状态特征进行分析.结果表明,由智能计算得出的中隔墩顶面和两侧边坡直立墙的变形趋势与实测情况较吻合,而且开挖区表层附近出现较大区域的塑性区,直立墙和中隔墩的中上部出现拉应力区,直立墙底部拐角处出现压应力集中现象.     

路堑边坡位移与失稳反分析应用与问题

反分析方法为岩体力学参数的获取提供了较为有效的途径,本文对岩体参数的反分析方法进行了一些研究,从动态设计和信息施工的角度出发,以现场量测信息为基础,建立了有限元位移反分析的方法,并把反分析与正分析结合来进行预测预报。本构模型是岩体参数反分析的一个重要方面,合适的模型可使参数确定变得容易。对具体边坡工程的实例,本文采用Duncan-Chang本构模型,以位移为反演依据,反分析了边坡模型中的粘聚力和内摩擦角两个参数,并把反演的参数带入正分析模型,计算下一阶段的位移,为工程的预测预报提供理论依据。     

路堑边坡位移与失稳反分析应用与问题

反分析方法为岩体力学参数的获取提供了较为有效的途径，本文对岩体参数的反分析方法进行了一些研究，从动态设计和信息施工的角度出发，以现场量测信息为基础，建立了有限元位移反分析的方法，并把反分析与正分析结合来进行预测预报。本构模型是岩体参数反分析的一个重要方面，合适的模型可使参数确定变得容易。对具体边坡工程的实例，本文采用Duncan—Chang本构模型，以位移为反演依据，反分析了边坡模型中的粘聚力和内摩擦角两个参数，并把反演的参数带入正分析模型，计算下一阶段的位移，为工程的预测预报提供理论依据。     

某二级高边坡健康监测试验研究与分析

近年来,随着中国建设事业规模的增大,多级高边坡工程安全问题日益突出,对边坡工程进行监测预警尤为必要。依托舟曲灾后重建项目某二级高边坡项目,建立了一套综合立体的自动化监测系统。通过对边坡内力、位移的监测与分析,发现了边坡在施工和运营阶段的一些变化特征和规律:边坡支护初期,应力、位移变化的幅度较大;随着支护结构与边坡内部岩体的相互调整,二者变化趋于平稳。该边坡运营阶段的最大位移变化速度为0.25mm/d0.5mm/d,监测点最大位移累积变化量小于10 mm;格构梁的内力与变形也均处于弹性范围之内。综合各项监测结果可以得出,支护结构对该边坡起到有效的加固效果,该边坡在运营阶段处于稳定状态。该试验对今后同类边坡的加固设计与监测分析具有一定的参考价值。     

某基坑工程开挖施工监测研究

结合大量监测数据,系统分析了某人行地道工程设计施工的合理性,保障了周边建筑及围护结构的安全使用。结果表明,基坑周围管线在围护桩基施工期受到挤土效应的影响,产生一定隆起,隆起最大值+5.48mm,该值对周边环境的影响不大;整个基坑施工过程中,墙顶垂直位移最大值为-3.26mm,墙顶水平位移变化最大值为9mm,斜测位移变化最大值为24.94mm,围护结构处于安全可控范畴,对周边环境影响较小;地下通道顶管推进过程中周围管线位移累积量最大为污水管线-17.37mm,该值在安全可控的范畴内。结论为类似工程的设计和施工提供一定的借鉴意义。     

水闸水平位移监测数学模型及应用

建立了包含水位、温度和时效分量的水闸水平位移监测数学模型。对某水闸闸顶水平位移监测数据进行了分析,研究表明闸顶水平位移主要受气温影响,即随气温呈规律性明显的年周期变化,气温降低时测点向下游变位,气温升高时向上游变位。闸顶水平位移的变化幅度基本在5mm以内,各测点向下游最大位移为6.03mm,向上游最大位移为-5.18mm。监测数学模型表明,闸顶水平位移主要受水位的二次方、观测日前60天平均气温和时效因子的影响。总体来看,闸顶水平位移的变化比较稳定,量值较小,变幅及年变化率也较小,各测点无持续向下游或向上游变位的趋势。     

三峡工程临时船闸与升船机开挖中的爆破方案优化和爆破振动控制

 根据三峡工程临时船闸与升船机岩体开挖过程中的施工期安全监测的实践, 对与围岩爆破损伤影响范围有关的岩石基础开挖中的合理爆破方式与程序选择、岩质高边坡及中隔墩的爆破振动控制等几个与爆破开挖相关的主要问题作了概括性的介绍, 文中同时对一些值得进一步研究的问题作了讨论。     

OPTIMIZATION OF BLASTING PROCEDURE AND VIBRATION CONTROL DURING EXCAVATION OF TEMPORARY SHIP LOCK AND SHIP LIFT IN THREE GORGES PROJECT

Based on the practice of safe monitoring in temporar y ship lock and ship lift of the Three Gorges Project during its rock excavation b y blast ing, several problems related to blasting excavation are overviewed, such as th e choice of blasting method and procedure in accordance with the analysis o n b last induced damage zone during excavation of rock foundation, the control of bl ast vibration on the rock slope and the dividing pier between tempo rary ship lock and ship lift. Some unsolved important problems are discussed fur ther.     

锦屏一级水电站复杂地质条件下坝肩高陡边坡稳定性分析及其加固设计

 锦屏一级水电站是我国在建的世界最高拱坝,坝肩工程边坡高度达500 m,规模巨大。电站枢纽区地处深山峡谷地区,自然谷坡高陡,地应力水平较高,谷坡岩体卸荷强烈,并发育有断层、层间挤压带、深部裂缝等不良地质现象。在地质条件详细调查基础上,分析左岸缆机平台以上的顺坡向倾倒变形体、左岸1 800 m高程以上的楔形双滑变形拉裂体等坡体结构及其破坏模式,并进行边坡稳定性分区和计算分析。根据坡体结构特点,确定少开挖、弱爆破、强支护、分区分层支护、控制整体、以面覆点的开挖施工和加固设计原则,实施以预应力锚索和抗剪洞为主、辅以锚杆、混凝土框格梁等措施的局部和整体、浅表和深层的全方位、多层次边坡加固控制体系。精细设计并严格控制施工时序、爆破技术和工艺,保证建基面岩体质量,通过动态设计和完善的管理机制确保边坡施工安全。2006年7月～2009年9月边坡监测资料表明：边坡浅表最大横向位移79.5 mm,最大垂直下沉位移52.5 mm,主要受地层岩性和坡体结构控制;深层最大变形量60 mm,最大速率0.1 mm/d,主要受深部裂缝控制;目前位移均趋于收敛,满足安全控制标准。锦屏一级水电站坝肩高边坡工程的成功实施为我国工程建设提供新的经验和借鉴。     

岩质高边坡稳定性分析与评价中的四个准则

对于岩质高边坡而言,其潜在滑动面上力学参数的合理性、边坡开挖后需要的整体加固力以及计算的边坡安全系数与实际边坡安全储备的接近程度将直接影响岩质高边坡工程的安全性与经济性。从现有的确定边坡潜在滑动面力学参数的反演分析方法入手,指出其存在的局限性,提出边坡潜在滑动面力学参数最小取值准则;在此基础上,根据开挖岩体的总压力充其量是诱发边坡失稳的全部不利荷载的思路,提出边坡最大主动加固力准则。将潘家铮的上、下限原理应用于边坡的数值分析与稳定性评价,提出数值法进行稳定性分析评价的安全系数上、下限准则,并将其在工程评价中进行验证与推论。该研究可为工程设计人员进行有效经济地选择岩质高边坡加固方案提供宏观判据与基本原则。     

龙滩水电站左岸高边坡泥板岩体蠕变参数的智能反演

在综合分析龙滩左岸边坡泥板岩样室内蠕变试验资料和现场工程区域岩体风化程度、岩性和节理分布等特性的基础上,建立了龙滩左岸边坡泥板岩体的蠕变本构模型;采用均匀设计方法和三维显式有限差分法对72#试验洞三维地质概化模型进行了开挖模拟和蠕变计算;以72#试验洞的变形监测资料为目标,采用遗传–神经网络方法对泥板岩体的蠕变参数进行了智能反演分析,获取了岩体的蠕变参数。利用其进行正演计算,结果表明未用于反演的监测断面的实测位移值与相应断面的计算值在量值上相当,变形趋势上也基本相同。这表明所确定的龙滩水电站左岸高边坡泥板岩体蠕变本构与参数基本合理,同时说明进化神经网络演化有限差分方法在由小尺度岩石室内蠕变试验参数过渡到现场大尺度岩体蠕变参数的过程中起到了重要的桥梁作用。     

考虑岩体开挖卸荷动态变化水电站坝肩高边坡三维稳定性分析

金沙江一双曲拱坝最大坝高277 m,左岸坝肩开挖边坡高约300 m;右岸坝肩开挖边坡高约480 m,由于坝肩槽开挖所形成的边坡属于高陡边坡,其开挖后的稳定状况会极大影响大坝的正常运行。通过对坝址区地质资料的详细分析,建立坝肩边坡三维计算模型,并结合卸荷岩体力学理论,通过弹塑性有限元法研究坝肩边坡在开挖过程中的动态稳定性。研究结果表明：该高边坡在开挖过程中及开挖后,除开挖面附近局部区域不稳定外,整体并无失稳趋向;考虑岩体在开挖过程中的动态卸荷过程后,边坡岩体的位移和塑性区面积比不考虑时有所减小;岩体的破坏区随着开挖的进行不断变化,可根据每步开挖后岩体的破坏情况选择合理的加固措施及加固时间。     

隧道开挖位置对边坡稳定性的影响研究

在有限元程序的基础上,建立了边坡隧道平面应变数值模型,对比分析了隧道不同开挖位置对边坡稳定性的影响。研究表明:隧道在边坡上部开挖,其扰动对隧道本身以及边坡影响不大,当隧道开挖至边坡中部,边坡出现明显位移变化。随着隧道开挖位置向坡底移动,对边坡以及隧道周边土体迅速产生较大扰动,甚至产生破坏。由此,确定隧道开挖位置的合理范围,为此类隧道建设提供了定性或定量分析结果,使实际工程设计更加合理。     

地下洞室围岩稳定流变分析的数值计算法

本文把岩体作为粘弹性介质,用伯格斯模型描述岩体的流变特性,对均质、连续、各向同性的岩体在围岩稳定分析中如何考虑岩体的流变特性,提出了一种数值计算方法,并对较坚硬的正长岩和较软弱的砂岩进行了流变计算。算例表明:岩体的流变特性对岩体,特别是软弱岩体的围岩稳定影响是不容忽视的,在围岩稳定分析中,粘弹性方法比弹性方法具有更好的近似性,它能更好地为我们预示洞室围岩塑性区的发展和洞周位移的变化情况,并为寻求有利的支护时间和支护形式提供依据。     

某拱坝右岸拱肩槽开挖边坡锚固仿真与优化研究

首先基于一次宏观反演的初始应力场进行二次精细模拟得到了某拱坝坝区局部模型的初始地应力场。接着基于加锚节理岩体流变模型,应用自主开发的三维弹粘塑性有限单元程序模拟了该初始地应力场作用下该拱坝右岸拱肩槽岩石高边坡开挖过程预应力锚索、系统锚杆等锚固件的支护作用。分析了现行锚固方案与锚固进度下边坡岩体的位移、应力和点安全系数等分布规律,最后在此基础上对该锚固方案和锚固进度进行了优化,确保了该边坡的稳定与安全。     

相邻基坑开挖对在建地铁结构影响分析

为了研究天津地铁11号线内江路站盖挖逆作施工过程中邻近建筑基坑开挖对车站结构的影响,基于MIDAS GTS NX建立了考虑地连墙的土-结整体分析模型。结果表明:两侧建筑基坑不同时开挖时,车站支撑柱顶最大水平位移约6.3mm,超过最大允许水平位移5mm;相邻基坑对称开挖时,支撑柱最大水平位移约2.2mm、顶板左中跨跨中最大弯矩约400k N·m、顶中板最大轴力分别约为220k N和616k N、中板深度处土体绝对水平位移最大约为3.5mm、相对水平位移最大值小于2mm。此外,还考虑了路面偏载对车站结构变形的影响。