局部荷载作用下软土盾构隧道纵向沉降数值分析

基于摩尔-库伦准则,建立隧道衬砌与土体相互作用的三维有限元模型,模拟了软土盾构隧道下卧土层性能和隧道上方局部荷载对隧道沉降的影响,揭示了隧道的纵向变形规律.结果表明:隧道纵向沉降最大值与软土夹层弹性模量、纵向长度以及均布荷载集度呈线性关系;隧道沉降值随均布荷载作用长度和宽度增加而增大.     

地震动力作用下土-地铁隧道模型分析

针对地铁建设中典型的马蹄形断面隧道建立比例尺为1:20的分析模型,并采用数值分析方法研究马蹄形隧道处于单一土层及工程所处区域典型的成层土体中时的动力响应。分析结果表明,在单一土层中由于土体的约束作用,结构产生的位移以整体沉降为主,在成层土体中除产生一定的整体变形外还伴随一定的扭转变形。在两种地层情况下马蹄形地铁隧道在地震动力作用下的动力加速度响应、竖向位移均在拱顶处产生最大值,其中在单一土层中的加速度响应最大值为结构中部加速度的2.29倍。结构在顶部和侧板处所产生的动应力响应值也较大。研究表明,地震动力荷载作用下顶板、侧板均为受力较大部位,在设计和施工中应予以充分重视。     

某邻近地铁隧道深基坑施工监测分析

基坑开挖中的土体卸荷效应会引起支护结构及周围地层的变位,从而对周边环境产生不利影响.对某邻近地铁区间隧道的深基坑施工进行了全过程跟踪监测,及时反映不同工况下基坑围护结构变形、支撑轴力及立柱回弹的变化特征,分析了基坑施工对周边环境特别是对邻近地铁隧道的影响.监测结果表明:围护结构的变形增量主要发生在基坑深层土体开挖阶段,开挖至坑底后变形趋于稳定;围护结构变形与支撑轴力具有关联性,围护结构的侧向变形越大,相应位置支撑的轴力也越大;坑底土体卸荷隆起带动立柱回弹,基坑中部回弹较大,基坑边角和施工栈桥附近回弹较小;开挖卸荷引起基坑附近一定范围内地表沉降和深层土体隆起,带动相邻地铁隧道上抬;基坑施工对邻近地铁隧道竖向变形的影响比对水平变形的影响更明显.     

群桩基础竖向承载变形三维弹塑性数值模拟分析

利用三维弹塑性有限元,桩土界面间水平向位移相容、竖向设置具有双曲线型本构关系的非线性弹簧,对某桥矩形承台18根群桩基础竖向承载变形特性进行数值模拟分析,较好地模拟了大型群桩基础桩土间相互作用.通过分析承台荷载与承台沉降、桩顶轴力分布、桩顶轴力与承台荷载、桩顶轴力与桩顶沉降、桩身轴力分布及群桩基础沉降变形特性等,来研究承台群桩基础与土体共同作用的受力机理与变形机制,同时还分析了确定群桩基础的群桩效应.     

地铁移动荷载作用下地基沉降的弹塑性分析

土体本构、隧道-地基模型与地铁荷载模拟是长期地铁移动荷载作用下地基土沉降研究的三个关键因素.本文以Drucker-Prager塑性本构模型表示土体应力-应变关系,采用与不平顺管理标准相应的激振力来模拟列车竖向动荷载,使用FLAC3D软件建立了地基结构的空间模型,详细探讨地铁隧道地基土沉降在不同加载次数下的动力反应和沉降规律.研究结果表明:埋深对地基土沉降的影响明显,随着埋深的减少,地基土的沉降逐渐增加;对于长期动荷载作用下的地基变形问题,采用塑性本构模型更能符合实际工况.     

软土地层浅埋盾构施工的精细化数值模拟

为研究盾构隧道浅埋施工过程中多种因素对地层的扰动影响,基于有限差分平台建立模拟盾构动态开挖的精细化数值模型,考虑刀盘摩擦力、开挖面支护力、盾尾注浆压力和盾壳摩擦力对周围土层的综合作用,并将盾尾注浆时压力消散和浆液凝固的对应关系分阶段、分区域赋值,实现了对施工过程的精细模拟。利用厦门地铁1.0D埋深盾构隧道工程现场监测结果对数值模型进行验证,计算并总结了浅埋开挖引起软土地层的扰动变形规律,进而研究了各施工因素对扰动效果的影响。结果表明：软土地层盾构施工过程中,以刀盘顶推作用为主的机械开挖使前方土体径向扩张,开挖空间上方土体隆起,两侧土体外移;盾尾注浆阶段,在开挖空间两侧各1.0D范围内形成沉降槽,且随注浆压力消散逐步加深,隧道侧面土体水平位移在注浆层凝固期间,出现近场回弹和远场扩张现象;刀盘驶过目标断面3.0D后地层变形趋于稳定。刀盘摩擦力和盾壳摩擦力的增大会进一步加剧地层扰动变形,而开挖面支护力及盾尾注浆压力增大时,地表沉降有所减缓,侧面水平位移显著增加。因此,施工参数的选取应考虑对隧道周边地层扰动程度的均衡。     

软土地层盾构掘进土体稳定性模型试验研究

针对软土地层盾构掘进周围土体稳定性问题,自主研制了TJ-TBM2015多功能微型隧道掘进试验平台,通过改变外壳直径以模拟地层损失,采用动力控制系统,微型隧道掘进机可以实现盾构隧道的连续动态机械开挖。基于试验平台进行了地表无超载、地表有局部超载和隧道临近穿越群桩基础3种工况的盾构隧道掘进试验,通过传感器监测不同工况掘进过程中地表沉降变形和隧道周围土体的应力变化,研究土体的稳定性特征,并进行横向对比分析。结果表明,隧道开挖引起的土体应力重分布主要发生在隧道中心1倍直径范围内;局部超载对土体稳定性影响有限,但超载会造成其所在位置附近地表沉降增大;群桩基础对地层起到了一定的加固和隔离作用。     

连续墙施工引起的地层移动现场监测分析

通过对地下连续墙成槽开挖及混凝土浇筑施工的现场监测数据分析,分别讨论了槽段分段开挖、泥浆持荷时间、泥浆压力及混凝土浇筑对槽段周围土体侧移和地表沉降的影响.监测结果表明:地下连续墙开挖会引起周围地层土体侧移(向连续墙内侧)和地表沉降,且变形主要发生在软土层;土体侧移和地表沉降值随槽段开挖深度的增加而增大,随距槽段水平距离的增加而下降;泥浆持荷时间对土体侧移和地表沉降的影响不大,但施工中应注意土体变形速率的变化;提高泥浆液面高度可以减小土体侧移,对地表沉降影响不大,但液面下降过多会显著增加土体侧移和地表沉降;混凝土的浇筑可有效地降低土体侧移和地表沉降值.     

地铁车辆运行对周围土体与建筑影响的研究

随着中国交通建设的发展,地铁成为城市交通最重要的交通工具之一。地铁运营期间,车辆运行产生的动荷载造成临近土体与建筑物沉降,影响地铁的安全运行以及地铁沿线构筑物的正常使用。文章以数波叠加形式的激振力函数表示列车荷载,采用Plaxis3D软件建立模型,分别对不同隧道埋深、隧道与建筑物水平距离、建筑物荷载3种工况进行模拟分析,研究地铁车辆运行对周围土体与建筑的影响。结果表明:隧道下方土体沉降随着动力时间的增加而增大,其增加速率逐渐减小,影响范围在隧道下方-5 m范围内;地表建筑物沉降随水平距离增加而增大,在一定区域内出现振动响应局部放大现象;隧道埋深-11 m时,随深度的增加,地表沉降值变化较小;建筑物荷载对地表沉降有约束作用,但改变荷载大小后该约束作用变化较小。     

桩基础承载过程对近距离地铁隧道影响机制分析

为更好地了解桩基础承载过程对已建成隧道的长期影响,通过改进离心场桩基加载装置和试验监测设备进行离心试验,分析桩基础承载过程对邻近已有隧道的变形及受力影响,在试验中考虑了参数变化(不同桩顶荷载以及桩基础与隧道结构净距)因素,并基于试验结果对桩-土-隧道之间的相互作用进行了探讨.结果表明:承载桩基会引发临近地铁隧道结构变形,且以沉降变形为主,隧道截面影响区域横向变小,纵向变大;相对于隧道双侧存在承载桩基础,单侧桩基础荷载造成隧道所受弯矩分布向桩基础方向发生明显偏转,隧道结构向桩基础方向产生一定扭曲;桩基础承载所致附加应力会在隧道结构体产生应力集中效应,隧道拱腰部位是桩基受荷所引发土体附加荷载主要承受区;隧道结构会在承载桩周所产生的附加应力场中产生加筋阻拦效应,明显缓释桩周摩阻力在相同位置处的传递,桩顶荷载越大,缓释的程度越明显.     

下穿地铁深基坑开挖影响的监测分析

临近地铁隧道的软土深基坑开挖时,若不能严格控制基坑施工效应,既有盾构隧道易出现损坏.在杭州市萧山区彩虹大道(工人路-市心路)B标段深基坑工程开挖过程中,对基坑下穿地铁隧道受影响范围内的隧道位移、收敛等进行监测,同时开展基坑地下连续墙与土体深层水平位移、地下水位、支撑轴力、地表和周边建筑物沉降、基坑围护墙顶与立柱沉降的监测工作.数据分析结果表明:基坑开挖对下穿隧道的影响以竖向位移为主,对水平位移和收敛变形影响较小;地下连续墙深层墙体水平位移与深层土体水平位移有明显的相关性,可用墙体水平位移代替土体水平位移;基坑地下水位的变化趋势与周边建筑物沉降变化趋势相同,开挖期间需密切关注地下水位的变化;基坑隆起是导致支撑轴力出现负值的主要原因,当支撑轴力出现负值时应高度关注坑底隆起和地表下陷.     

模型支盘桩在重复荷载作用下的工程性状研究

为了研究支盘桩在重复加载下粉粘土中的工程性状,分别对一个双盘模型支盘桩在其极限荷载和0.75倍极限荷载的条件下各进行了5次重复加载-卸载试验;还在粉粘土和粉土中分别进行一次加载试验.根据试验结果,分析了在两种不同土层中支盘桩的承载力和变形特性;研究了重复荷载作用下模型支盘桩在粉粘土中荷载传递的特点、桩身不同位置压力变化的特点,特别是对桩周土体对桩侧表面产生的摩擦力出现复杂变化的原因进行了分析;还分析了离盘不同距离的土体在重复加载过程中的压力变化情况和原因.研究结果表明不同土质条件对支盘桩的承载力和变形有很大的不同,粉土中的工程性状要优于粉粘土;不同强度的荷载重复作用下对桩的沉降变形的收敛影响很大;支盘桩和桩周土体的相互作用机理十分复杂,因此要充分认识支盘桩在重复荷载作用下的工程性状和荷载传递机理还要做大量的研究.     

地铁列车荷载下软土的动力响应和长期沉降分析

为揭示地铁列车荷载作用下隧道结构和软土的动力响应和沉降特性,使用A baqus商业有限元软件建立三维分析模型,对比分析不同列车时速下土体和衬砌的动力响应,并使用经验公式预测软土地基在长期循环列车荷载作用下的累积变形.研究结果表明:相同速度下,隧道衬砌结构各部分沉降规律并无明显区别,隧道周围土体的沉降随分析点深度的不断增...     

大型整体式贮煤筒仓结构设计中的几个问题

对大型整体式贮煤筒仓结构设计中的几个问题进行了讨论与分析,这些问题包括:(1)堆煤引起的内外温度差以及煤压力的取值;(2)温度荷载和煤压力荷载对筒壁内力分布的影响规律;(3)堆煤荷载对桩基内力的影响.分析结果表明:对于筒壁环向受力来说,内外壁温差和煤压力的组合是控制工况,其内力为拉、弯组合;对于竖向受力来说,下部由堆煤压力单独作用控制,中上部也由内外壁温差和煤压力的组合工况控制,其内力为压、弯组合;季节温升或温降的影响较小,可以不考虑;受堆煤区煤压力的作用,基础土体产生较大的沉降和水平径向位移,使得承台下内侧桩受到较大的负摩擦力和水平推力,从而产生较大的轴力和弯矩,设计时必须引起足够的重视.     

列车荷载作用下渗漏隧道的长期非线性固结

为研究列车荷载对地铁周边土体长期非线性固结的影响,以及其与隧道渗漏的共同作用,将列车荷载等效为矩形循环荷载,采用经典的土体非线性固结理论,以及衬砌与土体相对渗透性系数,得出列车荷载作用下局部渗漏隧道的非线性固结解析解.通过本文预测值与上海地铁实测数据的对比,验证了解析解的合理性.分析结果表明:列车荷载加剧了隧道上方地表长期沉降,衬砌渗漏程度越大,沉降增加量越大.本文解析解能较好模拟隧道周边土体的长期固结特性,为预测地铁隧道长期运营导致的地表沉降提供一个较为合理有效的方法.     

膨胀土地层下地铁隧道盾构管片受力数值计算分析

针对膨胀土变形对合肥地铁隧道盾构施工影响规律,基于修正惯用法理论,应用ANSYS模拟软件对合肥地铁盾构管片受力进行分析,研究其在不同膨胀力作用下管片受力及变形的变化特点.结果表明:合肥地铁盾构管片在膨胀土的膨胀力作用下,管片侧向水平位移得到一定程度的抑制,对隧道顶底部位移产生一定的控制作用;随着膨胀力的增大,管片整体围岩压力水平提高,管片轴力及其接头处的应力也相应增加.当轴力达到一定量值时,管片接头处将发生错台破坏,不利于管片的整体稳定.在膨胀土中进行盾构施工时,应合理控制土体的膨胀变形,才能保证盾构管片的长期稳定,研究成果为地铁隧道的快速施工及安全运营提供可靠的技术保障.     

近接桥桩暗挖隧道支护结构内力监测分析

针对北京地铁某车站暗挖隧道工程,制定了支护结构内力、围岩接触压力监测方案.通过现场监测,分析了施工过程中,在既有桥桩影响下,支护结构内力、围岩接触压力的变化特征,及时掌握了隧道变形、支撑内力的变化动态,并及时反馈,为判断隧道安全稳定提供了参考数据.测试结果表明,浅埋暗挖隧道支护结构的仰拱部位压力大;近接桥桩对隧道的变形产生了抑制作用,造成隧道断面变形的不对称性,围岩压力增大;桥桩的存在与否,造成隧道支护结构内力分布情况的不同.     

超浅层顶管施工引起路基地层移动数值模拟

覆盖土层薄的超浅层顶管穿越路基施工引起管道周围土体移动会对路面结构造成破坏。结合实际工程,运用有限元模拟超浅层顶管穿越路基引起的地层移动和现场地表变形监测,研究了管道摩擦力、注浆率、顶推力、路面交通荷载等因素对覆盖土层变形的影响。研究表明:地层移动是先隆起后沉降,覆盖土层下部的移动速度比表层的大;地表变形的有限元计算结果和现场实测数据基本吻合;超浅层顶管施工对浅埋覆盖路基土层移动,横断面地表沉降变形在工具管纵向通过2倍顶管外径后基本趋于稳定,横向地表沉降沿侧向分布近似为正态分布,主要影响范围在顶管轴线左右两侧各1.5倍顶管外径的范围内;变形要求严格的地面下进行超浅层顶管施工,可以通过有限元分析对周围环境影响程度的评价。     

盾构隧道施工注浆参数合理取值的简化算法

在盾构隧道施工中,临近隧道部分土体因应力扰动产生变形,土体变形大小与注浆参数密切相关。为分析盾构施工对临近土层强度破坏和变形的影响,根据土体的强度破坏准则,研究了注浆压力的合理取值范围,并从施工安全的角度提出了最优注浆压力的确定方法;然后,采用镜像法分析了注浆量和地表沉降的关系,并通过和工程现场实测数据的对比分析,得出地表位移和注浆量基本呈线性关系这一结论。在此基础上,提出了以控制沉降为目标来确定最佳注浆量的一种简化计算方法。     

下穿施工时盾构-卵石地层-既有隧道相互作用模型试验研究

以实际工程为背景,设计了具有单一卵石层和2个既有隧道的试验模型.基于自主研发的土压平衡盾构试验平台,开展了卵石地层盾构下穿既有马蹄形隧道和矩形隧道的模型试验.在试验过程中,记录了盾构机的施工动力和排土量,同时监测了试验模型的地表沉降,以及既有隧道的应变和作用在其上的土压力.通过盾构机施工动力和排土量的变化,分析了既有隧道对盾构施工状态的影响.利用盾构下穿过程中盾构排土量的变化,解释了既有隧道周围卵石土体发生塌落破坏的原因.基于实测的地表沉降和作用在既有隧道上土压力的变化规律,揭示了盾构下穿过程中既有隧道与卵石土体的相互作用机理.