基坑开挖对既有地铁隧道及地表变形影响分析

基坑开挖会造成下部隧道周围土压力变化以及土体产生位移,使隧道结构稳定性受到影响,从而变形控制显得尤为重要。以合肥南站南广场基坑工程实测数据为例,采用PLAXIS 2D有限元软件对基坑下部隧道和地表变形的情况进行数值计算。研究表明:数值计算结果与实测值较为吻合,隧道发生竖向和水平位移,竖向位移比水平位移大,隧道的位移值随着开挖深度呈线性趋势;基坑开挖会引起隧道上方地表变形,地表沉降呈向下二次抛物线形式,坑底产生了塑性隆起。     

隧道开挖引起地下管线竖向位移的初参数法求解

现有解析法对隧道开挖导致临近地下管线产生位移的分析较少且考虑影响因素不全面.针对这一问题,在Winkler弹性地基梁理论基础上,建立管线竖向位移的计算模型,提出求解隧道开挖引起的临近地下管线竖向位移的初参数法.通过采用ABAQUS软件中的管土相互作用模块进行管线变形的有限元数值模拟,验证了计算方法的正确性.工程实例的计算结果和实测数据的对比表明文中计算方法的合理性.初参数法综合考虑管线和土体双重因素的影响,克服了已有方法的局限性,且计算结果符合实测管线位移小于自由场土体位移规律.     

基于增量迭代法的深基坑桩锚支护结构位移计算简化方法

针对深基坑桩锚支护结构工程的施工特点,提出采用增量法对深基坑桩锚支护结构进行设计研究,把深基坑因开挖引起的桩体位移这一非线性问题用近似的线性方法解决,用一系列线性的分段折线去代替非线性曲线.考虑到基坑开挖过程中桩锚支护结构位移的影响,推导出基于桩体位移的土压力模型的位移计算公式,再运用迭代法对每步求出的桩体位移量进行修正,避免增量法计算产生的误差累计叠加.结合工程实例,把上述方法用Matlab编制成计算程序,将计算结果与有限元模拟软件Plaxis的模拟结果以及常规增量法对比分析,结果表明,用提出的简化方法计算桩体位移更加接近工程实际,较常规增量法更为准确.     

盾构开挖引起邻近桩基水平位移的简化计算方法

基于盾构开挖侧穿邻近桩基引起桩-土相互作用的实际工况,提出了一种可预测桩基水平变形的简化计算方法. 采用两阶段法获得盾构开挖引起邻近桩基水平位移简化计算方法,第一阶段采用Loganathan公式计算盾构开挖引起邻近桩基轴线处土体自由水平位移场;第二阶段把桩基简化成 Euler-Bernoulli 梁放置在 Vlasov 地基模型上,建立桩基水平位移控制方程,结合桩基两端约束情况,采用差分法获得邻近桩基的水平位移矩阵解. 随后考虑群桩之间的土体遮拦效应,进一步获得邻近群桩的水平变形差分解 . 通过与两个既有工程案例实测以及既有地基模型计算结果对比,验证了本文方法的优越性. 群桩参数分析表明：地层损失率及隧道埋深的增大均会引起邻近群桩水平位移的增大,但桩身产生最大位移处会随着隧道埋深增加而增大;桩隧之间间距的增大会引起邻近群桩水平位移的减小,但其减小速率逐渐变缓.     

考虑剪切变形下隧道开挖引起邻近桩基水平向响应简化分析

隧道开挖引起邻近桩基的变形影响理论研究都将桩基简化成Euler-Bernoulli梁搁置在传统的Winkler地基模型和Pasternak地基模型上,忽视了桩基变形时桩基自身剪切变形的影响。基于两阶段分析法,采用Loganathan公式计算隧道开挖引起邻近土体自由位移场,再将桩基简化成可考虑剪切变形的Timoshenko梁放置在Kerr地基模型上,建立桩基水平方向受力平衡方程,结合桩基两端约束条件,获得邻近桩基的水平位移及其内力半解析解。随后考虑群桩间土体遮拦效应,进一步获得隧道开挖对邻近群桩的变形影响。通过与工程实测数据及有限元模型计算结果对比,验证了本文方法的合理性。研究结果表明：邻近群桩水平位移及其弯矩随着地层损失率增大而线性增大;隧道埋深增大会引起邻近群桩水平位移减小,桩基弯矩峰值在隧道埋深较大时明显减小;桩隧间距增大会引起邻近群桩水平位移及其内力减小,其减小速率逐渐变缓。     

隧道位移场仿真预测及分区计算方法

根据围岩弹性模量空间变异性截断式正态分布的随机分布统计规律特征,提出了基于围岩弹性模量空间随机分布的深埋圆形隧道数值仿真计算方法,模拟分析了围岩空间变异性统计规律特征对隧道位移的影响规律;同时考虑围岩的不确定性,结合可靠度理论,分析了围岩不同空间随机分布特征下隧道位移场随机分布规律,提出了考虑围岩空间变异性的四阶段隧道位移分区计算方法,四个阶段分别为均匀化线性离散阶段、随机波动性离散阶段、非线性离散阶段和单一化线性离散阶段,本案例的四阶段临界变异系数分别为12.5％,23.0％和56.0％.此外,还提出了基于围岩环向统计分析法的隧道空间变异性理论计算方法,理论计算结果未出现随机波动性离散阶段,通过三维随机有限元分析方法与理论计算法对比,提出了便捷的考虑围岩空间随机性的位移修正理论计算方法,便于在实际工程设计中应用,可为隧道位移可靠度设计计算提供基础.     

连续斜交梁桥地震下碰撞效应分析

从连续斜交梁桥震后普遍的落梁震害和平面旋转现象出发,提出一种带碰撞单元并考虑竖向、水平及扭转刚度的单梁简化模型.以一座3m×30m连续斜交梁桥为工程背景,通过动力特性分析和地震下考虑碰撞效应的非线性时程分析,将简化模型的计算结果与精细化板单元有限元模型的结果进行对比.研究结果表明:该简化模型不仅能较准确地计算结构的动力特性,还能较准确计算斜交梁桥在碰撞下的非线性位移,反应碰撞后桥面的平面旋转现象;碰撞刚度在一定范围内对非线性位移不敏感,可采用主梁轴向刚度为碰撞刚度,但梁端截面最外缘的碰撞单元对非线性位移较敏感,需保证在梁端截面最外缘处设置碰撞单元.     

浅埋暗挖连拱隧道的衬砌结构数值分析

以沿海某环岛路连拱隧道为依托,采用有限元数值模拟的分析方法,考虑隧道所处的特殊地质条件,模拟隧道开挖的施工全过程,得出了隧道与上部地面建筑物的竖向位移云图,以及隧道自身结构的主应力云图,计算结果表明,采取设计拟定的工程措施,可以保证隧道施工过程中地面建筑物与隧道自身的安全.同时,在隧道施工中,必须对隧道进行动态施工监测管理和安全隐患预报.     

岩溶隧道在SH波激励下动力响应位移解析解

基于工程波动理论,利用波函数展开法和Fourier-Bessel级数变换,推导了岩溶隧道在平面SH波激励下动力响应位移解析解的计算公式,并提出实用的简化解.通过数值模拟解验证了该动力响应位移解析解的合理性,两种解法在入射角度为0°和90°时溶洞与隧道的位移幅值峰值均相差10%左右.研究了溶洞半径、平面SH波入射角度以及溶洞与隧道间的中心距等3个影响因素对溶洞和隧道的动力响应作用,结果表明:溶洞和隧道位移幅值与溶洞半径成正比,与两者间的中心距成反比,与平面SH波入射角度成正比.     

新建盾构隧道下穿既有隧道剪切错台变形计算

采用剪切错台模型,研究新建盾构隧道正交下穿对上方既有地铁盾构隧道的影响.考虑新建隧道下穿时刀盘附加推力、盾壳摩擦力以及注浆附加压力在既有隧道轴线处产生的附加应力,将既有地铁盾构隧道简化为由剪切弹簧连接的弹性地基短梁,运用最小势能原理并采用合理的位移试函数,建立计算方程来求解既有隧道的竖向位移值、盾构环之间的错台量、环间剪切力值以及这三者随着新建隧道掘进的三维变化过程.研究结果表明:用剪切错台模型和最小势能原理计算得到的既有盾构隧道竖向位移值与实测值较为吻合;既有盾构隧道竖向位移最大值处的隧道错台量接近0,在竖向位移曲线的反弯点处隧道错台量和环间剪切力值最大;随着新建隧道的掘进,既有隧道的竖向位移、错台量和环间剪力值不断增大,最后趋于稳定.     

软土地区基坑开挖诱发邻近盾构隧道 水平位移的简化算法

为探究软土地区基坑开挖对于邻近隧道水平位移的影响,首先,分析了软土地区基坑开挖卸载引起盾构隧道水平位移的变形机理;其次,收集了国内软土地区邻近地铁盾构隧道开挖基坑的工程实例,利用随机森林算法对影响隧道最大水平位移的因素进行了重要度排序,并对影响因素进行了统计分析,提出一相对简便且方便广大工程从业人员使用的半经验公式,可直接用于隧道在邻近基坑开挖下的最大水平位移的预测.通过与所收集到文献中已发表的工程实际案例实测数据的对比,对经验公式进行了验证,验证了所提公式的准确性与适用性.参数分析表明:隧道最大水平位移随基坑开挖体量的增大近似呈对数增大,增速逐渐放缓.隧道水平位移受基坑围护结构水平位移影响较大,两者之间近似呈线性正相关.隧道最大水平位移与基坑隧道间距离呈负相关关系,当距离小于两倍开挖深度时,基坑开挖对隧道的影响较大.基于提出的公式,对基坑开挖对隧道的影响范围进行了分区,结果可为类似工程提供一定的理论指导.     

桩基础引起的既有地铁隧道纵向沉降计算

目的研究新建桩基础影响下既有地铁隧道纵向变形计算方法及规律.方法采用"二阶段"法研究思想,基于桩基础荷载传递法及MINDLIN解给出的隧道位置处的土体位移,将隧道简化为被动纵向弹性地基梁模型,将隧道位置处的土体位移作为荷载施加于隧道模型,且考虑隧道-土体的相互作用影响,验证了土体位移下隧道变形计算时地基反力模量计算方法.通过参数分析,研究桩长、桩径、桩-隧道间距、隧道覆盖层厚度、土体模量5个方面因素的影响.结果理论模型计算结果与有限元计算结果十分接近,桩-隧道间距和土体模量的影响大于桩长、桩径和隧道覆盖层厚度的影响.结论提出的理论模型计算方法是合理的,桩-隧道间距和土体模量是关键因素.     

黄土隧道围岩变形规律分析

结合石羊岭隧道工程,对高含水率黄土隧道开挖支护后围岩变形进行了研究。利用Midas/GTS有限元分析软件,建立了有限元计算模型,分析了石羊岭黄土隧道开挖支护后的位移场,并与现场监控量测数据进行了分析对比,得到了黄土隧道的围岩变形规律,给出了合理的支护方案。结果表明:留核心土施工法适用于此隧道,并从开挖过程得到隧道位移分布及影响范围;从现场监控量测数据可以得出,变形经历三个过程,最终处于稳定状态。数值计算结果与现场监测数据基本一致,并得到初期支护与二次衬砌间隔的时间为25天。     

圆形盾构隧道开挖引起的黏土长期沉降理论解

基于Sagaseta源汇理论和Park位移边界条件,对排水条件下圆柱孔收缩问题的位移场进行半无限空间及隧道断面的椭圆变形模式修正,得到圆形盾构隧道开挖引起的土体长期沉降理论解.引用离心机试验以及位移控制模式(DCM)有限元模拟和工程实例对理论解进行对比验证.分析结果表明,对于地表长期沉降的预测,除了采用边界条件1(未修正)的理论解计算结果与试验结果偏差较大,其余三种边界条件计算结果与试验和有限元结果吻合较好,为保守建议采用边界条件2进行计算;理论解总体与实测较为一致.     

类矩形盾构下穿施工引起邻近隧道变形研究

基于镜像法和Mindlin解,考虑土体损失、刀盘推力、盾壳摩擦力和注浆压力的影响,推导出类矩形盾构隧道施工在既有隧道轴线处产生的附加应力计算公式,将既有隧道简化为由剪切弹簧连接的弹性地基短梁,结合最小势能原理推导出既有隧道竖向位移计算公式。依据工程实例构建数值计算模型,对比本文计算结果和数值模拟结果,验证本文计算方法的适用性。研究结果表明：本文计算方法的结果与数值模拟结果吻合程度高,验证了本文计算方法的正确性;随着类矩形盾构隧道掘进,邻近隧道的纵向位移、环间剪切量和剪切力不断增大,在盾构机通过邻近隧道轴线20 m后趋于稳定;邻近隧道沉降变形最大处的环间剪切量和剪切力最小,沉降变形曲线反弯点处的环间剪切量和剪切力最大。     

隧道开挖地表移动计算软件SASMD

简述了隧道开挖引起地表位移与变形计算所采用的理论与方法,介绍了基于随机介质理论而研制的隧道开挖引起地表位移与变形计算软件SASMD的设计思想、整体结构和主要特点,并列举了若干个用SASMD软件计算的工程实例.通过与实测值的比较,证明了基于随机介质理论而研制的SASMD软件具有精确度高、结果可靠、使用方便的特点,适于科技人员在分析隧道开挖引起地表位移与变形时使用.     

考虑流变特性的软土长时位移分析方法及其应用

建立了一种以有限元法瞬态力学状态模型与土体位移时效系数相结合的经验型软土长时位移计算方法,通过有限元数值方法模拟工程施工过程而得到软土的瞬时位移,并采用位移时效系数对软土的扰动位移进行时效性分析,将其瞬时位移转化为考虑流变特性的长时位移.其中,位移时效系数的确定结合了软土的流变试验和现场工程的最不稳定时间,反映了软土的流变状态.同时,以宁波市东环南路地铁站基坑工程为例进行了位移时效性分析,以验证所建方法的有效性.结果表明,计算所得软土的长时位移值与现场的监测结果较吻合.     

温度对隧道初期支护安全性的影响

在已建立的隧道支护结构可靠性评价的位移方法中,将测量得到的支护变形都视为是由于荷载引起的.但是,除荷载产生的变形外,初期支护的变形还与隧道所处的温度场有关.本文在前期研究基础上,探讨了喷混凝土的温度变形对隧道安全性的影响.首先,按平壁法从理论上研究了隧道围岩的热传递规律,根据理论分析结果和现场实测数据确定了隧道围岩日、月、年温度变化的影响深度.然后,提出了支护温度的计算公式,给出了围岩和喷混凝土的热力学参数.随即推导了支护温度变形的计算公式,列出了支护结构截面失效的功能函数.最后,进行工程实例分析.结果表明,当日间温度差或日内温度差超过5℃时,工程中应考虑温度的影响.本研究提高了施工期隧道喷混凝土支护安全性评价位移方法的计算精度.     

基于ANSYS的沉管隧道管段内力三维有限元分析

为简化沉管隧道管段内力的计算并能得出合理的计算结果，方便结构设计，提出了利用ANSYS有限元软件对沉管隧道管段进行内力三维有限元分析．通过工程实例数据，建立模型、划分网格、施加边界条件和计算荷载，分析得出了合理的计算结果，可以为以后的沉管隧道设计提供参考．     

基于有限元强度折减法的浅埋黄土隧道极限位移研究

为了探究黄土隧道变形特性，基于有限元强度折减法，建立了隧道在不同埋深条件下的有限元模型，进行了隧道穿越青海东部地区黄土地层时的极限位移值研究.结果表明：在同一埋深条件下，随着折减系数的增大，隧道洞周的变形不断增大，当达到某一临界值时，位移出现突变；隧道埋深10 m，其安全系数为2.6，拱顶沉降极限位移值为10.3 mm，墙腰水平收敛极限值为14.2 mm；隧道埋深30 m，其安全系数为2.2，拱顶沉降极限位移值为26.0 mm，墙腰水平收敛极限值为46.4 mm；隧道埋深50 m，其安全系数为2.0，拱顶沉降极限位移值为36.8 mm，墙腰水平收敛极限值为52.7 mm.结论可为有类似工程地质条件隧道设计、施工、监测提供参考.