外滩观光隧道盾构施工的扰动分析

根据上海市外滩观光隧道盾构掘进时周围土体中的变形、孔隙水压力、土压力和隧道衬砌压力的实测结果 ,分析了盾构掘进施工对周围土体的影响。文中提出了施工扰动影响度的定义 ,根据外滩观光隧道衬砌压力的变化估算了盾构掘进时周围土体中的应力扰动程度 ,提出了盾构掘进时地表沉降的影响范围 ,导出土体中超孔隙水压力与不排水强度的关系。     

超大直径泥水盾构掘进对土体的扰动研究

 依托南京长江超大直径泥水盾构隧道工程,通过在始发试验段埋设地表沉降观测点、测斜管、土压计力及孔隙水压力计,进行相应项目的试验。研究泥水平衡盾构掘进各阶段对土体的扰动机制、扰动规律、影响范围以及影响程度。分析得出应力扰动度与距离之间的相关关系,在此基础上计算出盾构推进对土体的显著应力扰动区域(应力扰动度≥5%)为盾构外侧16 m(约一倍洞径)。建立切口压力、同步注浆压力与地表沉降之间的数学模型,进一步修正Peck公式,使之能更好地预估泥水盾构掘进引起的地表沉降。最后结合盾构掘进参数,探究减小土体扰动的措施。     

Evaluating the effect of soil structure on the ground response during shield tunnelling in Shanghai soft clay

When evaluating tunnel-induced ground response in Shanghai soft clay, the soil structure and its degradation behaviour of natural Shanghai soft clay during shield tunnelling should be properly considered. In this paper, a constitutive model that considers the initial soil structure and its destructuration is formulated within the framework of critical-state soil mechanics. The model is successfully calibrated and used to simulate the undrained behaviour of natural Shanghai soft clay. Based on the proposed model, finite-element analyses are conducted to simulate the short- and long-term ground responses induced by tunnelling at Shanghai metro line 2. The comparisons between numerical results and field measurements reported in literature indicate that the soil structure and the tunnel-induced destructuration significantly affects the magnitude and shape of the short-term surface settlement trough and horizontal displacement in Shanghai soft clay. The pore pressure variations around the tunnel are also affected by soil structure, which will significantly influence the long-term ground consolidation settlement in Shanghai soft clay.     

考虑扰动的饱和软黏土球形孔扩张弹塑性解

根据原位十字板试验扰动导致饱和软黏土不排水强度降低的事实,应用球形孔扩张理论,假设饱和软黏土在塑性阶段满足Tresca屈服条件,提出一种基于饱和软黏土灵敏度的扰动度函数。在考虑塑性区内不排水强度是扰动度的对数函数的基础上,得到了考虑扰动的球形孔扩张的弹塑性解答。通过与不考虑扰动的球形孔扩张理论进行对比,可发现考虑扰动后球形孔扩张的应力、超孔隙水压力明显地降低。     

Construction of underground works in Shanghai, P.R.C.

For nearly thirty years, Shanghai has been constructing underground works designed to improve the city's infrastructure. A number of projects were undertaken using shield tunnelling method in order to determine whether this method could be used successfully in Shanghai's geology, which is characterized by silt and silty or puddly clay. These underground projects have included subway tunnels, sewage and water supply tunnels, road tunnels, and offshore discharge tunnels. This paper describes eight subsurface projects in Shanghai that have used the shield tunnelling method successfully.     

上海浅层褐黄色粉质粘土剪切带形成的试验研究

土体剪切带形成的研究已成为当今国际土力学十分重要的研究领域。上海褐黄色粉质粘土在浅层形成一层硬壳层 ,这层土是上海浅基础的持力层。对这层土土样的局部化变形和剪切带形成规律的试验研究将有助于深入认识它的基本性状。介绍改装的平面应变仪 ,并通过对该层粘土在固结不排水平面应变压缩试验结果的分析研究 ,定量提出上海褐黄色粉质粘土剪切带形成的一些规律。原状粘性土在平面应变条件下量测侧向局部变形的试验研究国内外鲜见报导。     

非饱和砂土及黏土的水-力耦合双屈服面模型

使用精细的本构模型来同时分析非饱和砂土和黏土水力耦合特性依旧是一个挑战。提出了一种包含加载湿陷及剪切滑移双重塑性机制的水-力耦合模型。力学模型中选取Bishop应力作为应力变量,采用孔隙比和有效饱和度作为状态变量。模型中给出了孔隙比-平均土骨架应力的半对数坐标系内依赖于有效饱和度的临界状态线的表达式,其与剪切滑动屈服面的非关联流动准则的结合保证了模型可以更合理地预测非饱和土（包括砂土和黏土）的剪胀和剪缩性质。通过模拟粉砂和高岭土的三轴试验,对该模型预测非饱和土主要特征的能力进行了分析。     

国际土力学及基础工程协会简介

国际土力学及基础工程协会(ISSMFE)于1936年成立,同年在美国哈佛大学召开了第一届会议,在这之后,除特殊情况外,都是每四年召开一次国际会议。我国于1957年参加国际土力学及基础工程协会,并派茅以升、陈宗基为代表出席在英国召开的第四届国际会议。此后,二十余年中,主要由于台湾问题,一直没有再出席国际土力学及基础工程协会的会议。历届会议的概要见表1。     

板岩地层盾构掘进对地层扰动的现场试验研究

长沙地区板岩的特点是遇水易软化、崩解,目前未见对该地层盾构掘进引起地层扰动的相关研究。以长沙地铁2号线西延线一期工程为依托进行了现场试验,监测内容包括:地表沉降、土体水平位移、土压力和孔隙水压力,同时记录掘进参数。通过分析得知:(1)板岩地层盾构总推力、扭矩和土仓压力是同步变化的,埋深不变时土仓压力随着隧道断面内微风化板岩所占比例的增加而增大;(2)地表沉降、土体水平位移、土压力和孔隙水压力随着切口到断面距离的变化规律基本一致;(3)各测点横向地层位移最大值约为轴向的1.1~2.6倍;(4)根据土体应力随切口到断面距离变化规律,将应力扰动分为缓慢减小段、波动段、缓慢变化段和恢复段4个阶段。     

盾构掘进对周围土体力学性质的影响

通过后构施工的现场监测，分析了盾构掘进对周围土体的影响程度；根据土体应力状态变化分析了土体的扰动程度，并提出了应力扰动度的定义，估算了土体孔隙水压力引起土体不排水强度的降低程度；用室内试验方法研究了土体应力状态变化对其力学性质的影响。     

珠江三角洲地区竖向排水体施工扰动初探

竖向排水体施工具有挤土效应，按照平面应力问题，应用圆柱孔扩张理论分析表明，竖向排水体周围土体孔隙水压力显著增大，应力变化明显，形成瓶状塑性区。地面以下一定深度Zo范围内，塑性区半径取决于土体初始应力和不排水强度，并随深度增大；Zo以下，塑性区半径不再变化，其大小与土体初始应力、不排水强度，割线模量、排水体类型、间距、长度、导管类型等有关。施工扰动以塑性区为主，塑性区地面发生隆起，珠江三角洲地区，在饱和软粘土基中施工竖向排水体时，实测表明土体强度显著降低，最终沉降增大。计算表明扰动区半径可取塑性区半径的1.2倍，扰动区半径约为竖向排水体导管半径的9倍。     

土工格栅–土体界面特性大型直剪试验研究

土工格栅与土体的界面特性直接影响了加筋土工程的安全和稳定性,土工格栅两侧为不同材料的界面特性研究还较少。采用双向土工格栅为加筋材料,对其两侧分别为不同含水率粉质黏土及不同粒径石英砂的界面特性开展一系列的大型室内直剪试验,分析法向应力、粉质黏土含水率、剪切速率、石英砂粒径及粉质黏土压实系数等因素对土工格栅–土体界面抗剪强度的影响。结果表明:土工格栅–土体界面抗剪强度与法向应力呈线性相关,符合莫尔–库仑理论;粉质黏土含水率的变化对土工格栅–土体界面抗剪强度有较大的影响,在最优含水率时其界面抗剪强度指标最高;剪切速率的大小和石英砂的粒径变化对土工格栅–土体界面的抗剪强度有一定的影响,其影响范围分别在±10%和±7%内;粉质黏土压实度的增加能有效增加界面抗剪强度,压实系数越高,其提高幅度越大。这些影响应在工程应用中适当考虑。     

软土的卸荷模量

软土的室内应力路径试验研究表明，软土的卸荷模量不仅取决于土的物理性质，而且还和所经历的应力路径密切相关。本文根据大量的应力路径试验，特别是模拟基坑开挖和软土隧道施工过程中的应力路径，研究了上海地区的几种典型软土的卸荷变形模量与应力路径的关系表达式。对基坑开挖及支护结构设计计算、软土隧道施工研究及其它需要准确确定软土的卸荷模量的岩土工程问题的研究均有较大的实用价值     

粉质黏土冻土三轴强度及本构模型研究

通过对南京典型粉质黏土10℃冻土在不同围压、固结方式、应力路径条件下的三轴试验,分析不同因素对三轴强度影响,结果表明：最大轴向偏应力随围压增大而线性增大,且重塑粉质黏土冻土的最大轴向偏应力随围压的增大速度大于原状粉质黏土冻土的增大速度;固结方式对内摩擦角影响较大,对黏聚力影响不大,先等压排水固结再冻结试样强度会大幅度提高;强度和弹性模量受应力路径影响,其中常规加载应力路径强度及弹性模量要大于卸载应力路径强度及弹性模量;基于Duncan-Chang模型建立考虑围压影响的冻结粉质黏土本构模型,参数a、b与围压呈负相关,获得原状粉质黏土以及先等压排水固结再冻结、先等压不排水固结再冻结和先冻结后固结重塑粉质黏土的破坏比均值分别为0.87、0.89、0.93和0.87。     

盾构施工对孔压扰动的三维流固耦合分析

如何对盾构施工过程中的孔压监测数据进行实时分析是工程实践中的难点问题。结合上海虹桥迎宾三路隧道工程,首先建立了包括各种盾构施工参数影响的分析模型,并将不同施工参数情况下超孔压计算结果与实测值进行了对比,验证了模型的合理性。之后分析了开挖面推力、注浆压力、掘进速度、开挖面水头、隧道埋深以及土体渗透系数等参数对隧道周围最大超孔压的影响,获得了最大超孔压拟合计算公式,与现场实测和解析解的对比说明三维流固耦合计算可更合理分析盾构施工对孔压的扰动。同时,较大的超孔压值对应于较大的地表沉降,因此可将实测孔压值与数值计算结果进行对比,从而进行施工参数的调整。在上海虹桥迎宾三路隧道工程试验段的施工过程中,现场监测数据表明可根据孔压监测值调整施工参数,最终减小地面沉降。     

上海冻结粉质黏土介电常数的实测及规律分析(0.1～1GHz)

利用地质雷达对冻结工程进行无损检测中,冻土中电磁波速的确定是影响冻结壁探测精度至关重要的参数,而电磁波速主要由介质的介电常数所决定的。为此,本文采用矢量网络分析仪,实测不同含水量条件下-30℃～25℃上海长江隧道联络道灰色粉质黏土在0.1～1GHz频率段的介电常数,并建立上海灰色粉质黏土介电常数的频散经验公式。研究表明,冻结前后上海灰色粉质黏土的介电常数有显著变化;温度变化对冻结状态介电常数影响较大,对融化状态下的介电常数影响不大。为今后地质雷达用于上海地区冻结工程的探测提供重要的依据,对冻土温度场的定量反演也有重要价值。     

Verification of unified effective stress theory based on the effect of moisture on mechanical properties of fiber reinforced unsaturated soil

The unified effective stress theory based on suction stress (SSCC theory) enables the characterization of soils under both saturated and unsaturated conditions with one closed-form relationship. This study provides experimental verification of this theory through the unconfined compressive strength test (UCS) and indirect tensile test strength (ITS) on silty clay soil stabilized with fiber. A series of matric suction, ITS, and UCS tests were conducted to validate the SSCC theory through the representation of the results of ITS and UCS tests in terms of mean total stress (p) versus deviatoric stress (q) and mean effective stress (p`) versus deviatoric stress (q). The results of the validation procedures showed that the SSCC theory is applicable and valid at a range of 6%–16% of water content on the silty clay and the silty clay fiber-reinforced soils. There is a small fluctuation in the increase of ITS and UCS values with increasing fiber content due to randomly oriented distribution of the fiber. The addition of glass fiber does not significantly affect the capacity of water retention of the soil. It improves the condition of the mechanical soil properties at the end of construction more than of the effective stress condition.     

深层搅拌桩周围粘土性质变化的发生机理

排土型桩如打入桩、砂桩、石灰桩以及深层搅拌桩等的施工都会引起桩周围土体的应力变化,因此周围土体的性质也将发生变化。施工完成后,周围土体的强度将经历下降、恢复和增长的过程。深层搅拌桩施工对周围土体的作用可以归纳为以下7个方面:(1)叶片的搅拌和固化剂的注入对周围土体的扰动作用;(2)软粘土的触变性;(3)施工期间周围土体的劈裂;(4)桩身水泥浆通过劈裂裂缝向周围土体中流入及由扩散作用渗入到土的孔隙中;(5)孔隙水中钙离子浓度增加引起的胶结作用;(6)超静孔隙水压力消散引起的固结作用;(7)水和作用和火山灰反应等化学作用产生的热作用。通过室内试验和理论分析来研究这些影响因素。室内试验主要研究土的触变性、土的劈裂和水泥浆扩散对软弱有明粘土的影响。理论分析则解释了土体的劈裂现象。室内试验可以直接观测到土体劈裂和水泥浆扩散现象。对于软弱有明粘土,试验结果显示周围土体的强度在70d内由触变性得到恢复。理论分析发现即使在很小的固化剂注入压力作用下,周围土体也会发生劈裂现象。     

上海软土基坑变形土体扰动机理及室内试验研究

随着基坑工程规模的增大,复杂性的增加,基坑坑外影响范围和变形量逐渐增大,传统土力学和基坑开挖变形理论已经难以满足工程计算预测需要。深大基坑出现变形较大的原因被归结于施工对周围土体的扰动影响。选取上海软土地区典型基坑工程,对基坑开挖前后的土体进行取样,对比了施工扰动前后的坑外土体性质。发现上海地区④层土在基坑开挖前后,差异明显。因此,针对④层土进行了模拟基坑开挖应力路径的侧向、轴向卸荷室内试验。最后,结合室内试验结果和基坑开挖过程中的实测数据,对上海地区基坑的变形特性和坑外土体扰动变形机理进行了分析和探讨。发现软土地区基坑坑外土体扰动后的固结压缩是造成坑外地表沉降变形的一个重要原因,且坑外沉降曲线可用正态分布函数较好地拟合。     

上海第④层淤泥质粉质粘土的热传导特性

地层土体的热传导特性是开展地铁隧道周围土体温度场分析的关键参数。本文采用基于热探针法的KD2热传导仪,对上海地区地铁隧道经常穿越的第④层淤泥质粉质粘土的热传导特性进行了试验测试,分析了热导率与孔隙比的相关性,并应用若干现有经验公式对上述热传导试验数据进行了拟合,以检验各公式的适用性。结果表明:淤泥质粉质粘土的孔隙比越大,其热导率越小,上海第④层淤泥质粉质粘土的热导率变化范围在0.98~1.25 Wm^-1K^-1之间,使用Woodside公式能较好地拟合淤泥质粉质粘土的导热系数。