隧道渗流引起的孔压变化及地层和隧道沉降

基于复变函数的映射变换,在考虑衬砌作用的前提下,推导了稳定渗流时浅埋隧道周围土体中孔隙水压力分布、地层和隧道长期沉降的解析表达式,并将其运用到上海地铁盾构隧道中,重点分析了不同渗流条件下的孔隙水压力分布及地层和隧道长期沉降发展规律.研究表明,土体与衬砌的相对渗透系数对隧道和地层沉降发展影响显著,不同相对渗透系数引起的渗流量不同,渗漏量不同是影响隧道周围孔压分布及沉降发展的关键因素;地表和隧道的沉降随渗流量的增加线性增加,因此在盾构隧道运营期间,应加强对隧道渗漏水的检测,及时采取补漏措施.     

局部渗漏水对盾构隧道长期沉降的影响规律

隧道变形的稳定可控是地铁安全运营的重要保障之一.以上海地铁二号线工程为研究背景,在考虑土体固结与渗流耦合,以及软土流变特性的基础上,通过三维数值模拟重点研究了不同渗漏位置和程度对隧道周围土体孔隙水压力分布、隧道及土层沉降的作用机理.研究发现,隧道局部区域发生渗漏时,随着渗漏程度的增大,隧道渗漏区域周围土体孔压降低的程度不断提高,受孔压降低影响的范围扩大,隧道及地面长期沉降也随之变大;渗漏总环数相同时,与仅隧道中部发生渗漏工况进行对比,隧道三处区域同时发生渗漏时产生的土层沉降槽范围和隧道沉降量较大.     

考虑环缝接头水力劣化的盾构隧道渗漏数值分析

为了研究环缝接头渗漏的影响，以上海地铁1号线为工程背景，基于有限元分析，建立了三维盾构隧道接头渗漏模型. 依据隧道环缝接头张开量，建立了接头渗透系数与纵向沉降曲线曲率半径的迭代关系，实现了接头渗透系数的动态劣化，并与常渗透系数工况的结果进行对比. 研究结果表明：常渗透系数假设显著低估了隧道渗漏的危害程度，应采用更符合实际的渗透系数动态演化模型进行分析. 环缝接头渗漏发生后，地面产生了沉降漏斗，隧道纵向产生不均匀沉降，接头因此而张开，衬砌出现扁平化变形. 对待隧道渗漏问题应秉持“早发现，早治理”的原则，最迟应在渗漏发生后的0.2年内，完成治理工作.     

隧道排水泄压孔对周边水压分布变化的影响研究

针对老旧隧道排水系统堵塞瘫痪导致的隧道衬砌渗漏水问题，现场常通过增设泄压孔的方式排出衬砌背后高压水.为探究泄压孔对隧道周边水压力分布产生的影响，总结开通泄压孔后隧道周边水压力的变化趋势及其影响因素（泄压位置、泄压时间、水位高度及土层渗透系数等），然后通过数值模拟有限元分析、模拟富水隧道在不同位置增设泄压孔时周边水压力分布情况，分析泄压孔对隧道外环水压力分布产生的影响.结果表明：(1)泄压孔的降压效果及影响范围主要取决于土层的渗透系数，随渗透系数的减小而减小；(2)泄压时间及上覆水位高度对泄压孔的降压效果影响较小，在渗透系数大于等于1.2 m/d的土层中，泄压32 d降压效果趋近于稳态泄压；(3)开设泄压孔后，隧道外环水压降压比将迅速降至0.8以内，而泄压孔周边1 m左右范围水压将减至无泄压孔时的40%以内，该范围随土层渗透系数的增大而增大.     

非稳定承压水降水引起土层沉降分布规律分析

承压含水层减压降水实质上是一个卸荷过程,其上覆土层沉降可用基于弹性半无限空间Mindlin位移解的推导公式进行计算.分析表明:无限承压含水层非稳定渗流降水时间对土层沉降影响显著;由承压水减压降水引起的土层分层沉降随距地表距离的增加而增大,最大值位于承压含水层顶板处;影响上覆土层沉降的7个参数中,泊松比和承压含水层渗透系数的变化对土层沉降影响很小;上覆土层厚度、承压含水层厚度越大地表沉降值越小;上覆土层弹性模量较小时对地表沉降影响较大,随着弹性模量的增加,其对地表沉降的影响逐渐减弱;地表沉降随单井出水量、承压水水头降深的增大而增加且近似成线性关系;单井出水量、承压含水层厚度、承压水水头降深、上覆土层弹性模量不仅影响地表沉降值的大小,还会影响地表沉降的空间分布.     

注浆作用下渗漏水对隧道和地层沉降影响

基于衬砌-注浆层-土层相对渗透系数,提出了能够综合反映注浆体和隧道衬砌共同作用的相对渗透系数.通过数值模拟,建立了该系数与隧道渗漏引起的衬砌受力、变形和地层位移之间的关系.在此基础上,建立了能够考虑注浆影响的评价方法,该方法能够基于隧道完全渗水和完全不渗水两种极端条件预测隧道有限渗水对地层和隧道结构的影响.     

地下结构施工中地表及暗埋管线沉降加固措施浅议

地下结构施工过程中,对于地层的扰动,使原有土体的状态失去平衡,如遇地下土层较为复杂的,易对结构顶部地表及上方管线造成影响,使其产生沉降,严重可能造成管线渗漏,亦对暗挖施工造成安全隐患.对地下铁暗挖车站在施工中必须以严格控制沉降、防止坍塌为目的.对于地下土层复杂、管辖密布区域,施工中确保结构顶部地表及管线稳定为施工重点,此类施工中的核心是确保地表稳定及管线安全,控制沉降,防止沉降引起的结构坍塌.如遇地表或管线沉降突变,趋近或超过警戒值,需立即采取措施进行加固.     

不同压力下的黏土渗流性状试验研究

在诸如固结、沉降、降水等涉及渗透系数的岩土工程计算中,土层的渗透系数通常由渗透试验或现场抽水试验获得;并被视为常量。实际上渗透系数会随着外界条件的改变而发生变化,尤其是低渗土体。现利用研制的试验设备,对弱透水性的黏土进行渗透试验。试验结果表明:低固结压力下土体的渗透系数随水压呈"S"型曲线变化;且变化幅度较大。高固结压力下低渗土体的渗透系数随水压基本呈线性变化,且变化幅度较小。另外,水压对低渗土体的孔压传递规律也有影响,低水压作用下的土体孔压传递呈非线性变化,而高水压作用下呈线性变化。     

越江盾构隧道纵向变形曲率与管环渗漏的关系

分析了三次样条插值法在越江隧道纵向变形曲线拟合中的适用性与计算方法,应用三次样条插值对越江盾构隧道纵向变形曲线进行了拟合,并通过曲线拟合方程计算了隧道全长纵向的变形曲率.应用越江隧道纵向结构分析模型计算了隧道不同纵向变形临界状态下的纵向变形曲率与环缝张开量的关系,并通过与越江隧道渗漏现场检测结果的分析对比,对越江隧道纵向变形曲率与管环渗漏间的相关性进行了评价.研究表明:与地铁隧道相比,越江隧道曲率半径的限值要求可适当放宽.越江隧道纵向变形曲率半径小于2 407.1m、环缝张开量大于3 mm时,隧道发生渗漏的概率较大.越江隧道纵向变形曲率半径小于1 256.8 m、环缝张开量大于6mm时,环缝密封止水措施失效,隧道可能会出现较严重的渗水漏泥现象.     

高层建筑群对地面沉降影响的模型试验研究

通过室内模型试验，研究了上海地区典型地质条件下高层建筑群工程环境效应对地面沉降的影响，探讨了在高层建筑群工程环境效应作用下不同土层的变形特点、相邻建筑物之间的相互影响状况、高层建筑群对中心及周边区域地面沉降的影响以及沉降影响范围、土层中应力（包括土压力、孔隙水压力）的变化规律等．试验研究结果表明：上海软土层是地面沉降的主要组成部分；高层建筑群工程环境效应造成的城区地面沉降的特点是距建筑物1倍基础宽度范围内的地面沉降大于建筑本身的沉降，尤以相邻建筑之间中心区域地表的沉降量最大；密集高层建筑群之间地表变形存在明显的沉降叠加效应，并使沉降量超过容许值，从而带来不稳定因素．     

初始孔压非均布的饱和土一维热固结解析解

基于热弹性力学和饱和土固结理论,通过热固结方程的建立和求解,研究了初始孔压非均布时的饱和土一维热固结问题.利用有限Fourier变换及其逆变换,得到土层内部超静孔压、温度增量的解析解,并依此求出地基沉降、平均固结度的表达式.根据所得解编制计算程序,分析了饱和土的一维热固结性状,并与不考虑温度影响的传统固结解进行比较.结果表明,超静孔压随时间延长最终消散为零,但在热固结过程中可能会产生负孔压;地基沉降受温度升高的影响小于传统固结解;平均固结度按沉降定义和按孔压定义是不同的,其变化规律与传统的固结理论有较大差别.     

动载下砂土体孔压的累积和消散及其参数分析

基于OpenSees有限元软件平台,采用循环荷载下土体的多屈服面模型,对振动台上土体的孔压的累积和消散进行了数值模拟,并与VELACS动力离心机NO.1模型试验结果进行了对比,得到二者有较好的吻合性.进而对影响孔压的有关参数进行了敏感性分析,结果表明:土体孔压变化对饱和土体密度、流体密度、渗透系数、剪缩参数四个参数较为敏感,对剪胀参数及液化参数不敏感.饱和土壤密度、剪缩参数越大,孔压累积与消散速度越快,峰值孔压越大;流体密度越大,孔压累积与消散速度越慢,峰值孔压越小;渗透系数越大,孔压累积越慢、消散越快,峰值孔压越小.随着测点埋深增大,剪缩参数和渗透系数变化对节点峰值孔压的影响更加明显,而饱和土壤密度和流体密度则表现出相反的特点.     

基于随机介质理论基坑降水引起地表沉降计算

针对基坑降水引起周边土层沉降问题,考虑到土体重度的变化和渗流力的影响,提出了一种以随机介质理论计算地表沉降量的方法。利用降水漏斗曲线对降水周边土层进行划分,基于有效应力原理和固结理论分析了降水前后土体重度和渗流有效应力的变化及微小土单元体压缩量,并通过随机介质理论计算基坑周围地表沉降量。以某基坑降水施工为背景,结合理论分析表明:计算方法得到的地表沉降分布与实测值整体上较为接近,在1.5倍开挖深度范围内精度较高,同时降水引起地面沉降也较大,1倍开挖深度处地面沉降最大值,约为25.53 mm;基坑降水引起周围土体重度的变化是影响地面沉降得主要因素,渗流力影响仅为15%。研究内容可为估算基坑降水引起地表沉降量提供参考依据。     

封闭环境中群桩桩间土超孔压消散数值模拟

通过分析封闭环境中群桩基础成桩后,桩间土体及下卧土层中超静孔隙水压力消散的边界条件和初始条件,建立了场地边界径向渗流受到阻隔时,饱和黏土中群桩桩间横观各向同性土体固结的定解条件,应用数值理论建立了相应定解问题的有限元程序,对桩间及下卧土层中压桩挤土造成的孔压消散时空变化规律进行了模拟研究.结果表明:下卧土层的渗透特性对桩间土体的孔压消散有明显影响,特别当下卧土层水平向渗透系数很小时,桩间土超孔压消散将延续非常长的时间.     

地基不均匀沉降的原因及防治

近年以来,住宅建设同其他领域一样在改革开放,搞活经济的带动下,取得了较好的业绩;人民居住条件进一步改善。但是当前地基不均匀沉降、墙体渗水、屋面渗水、管道漏水、下水道堵塞不畅等质量通病仍然存在,有些已建住宅的上述情况还十分严重。本文就软土层地基不均匀沉降的原因及治理措施谈谈自己的看法。     

真空堆载联合预压数值模拟研究

真空堆载联合预压的快速发展,使得工程需要大大超过了理论发展,从而数值模拟成为指导实践的一个有效方法.对青岛某会展中心软基处理用FLAC3D进行数值模拟,通过对软基中沉降和孔压的对比分析,验证了数值模拟的可行性.利用数值模拟分析了堆载对深层水平位移的影响,同时分析了排水板打设深度及板端土层渗透性对沉降的影响.分析结果表明:堆载可以有效地缓解浅层土的水平位移;排水板打设深度控制在要处理的软弱土层底部以上1 m处为最佳;排水板打入渗透系数较大的土层时会影响真空预压的处理效果,此时可以通过堆载改善软基处理的结果.     

SMA路面渗水性能试验研究与评价分析

为了研究沥青路面的渗水性能,采用改进的渗水系数测试仪器和自制的大面积渗水仪器对湖南省在建高速公路SMA沥青路面渗水系数进行测试.根据测试结果结合SMA沥青路面渗水性能的评价方法对SMA(Stone mastic asphaltum)沥青路面的渗水性能进行评价分析.研究结果表明:不同沥青混合料最大公称粒径和不同沥青添加剂影响SMA沥青路面的渗水性能;对于不同公称最大粒径的SMA沥青混合料路面渗水系数检验指标,SMA-13路面渗水系数不大于80 mL/min,SMA-16路面渗水系数不大于100 mL/min,检测合格率为90％;抗车辙剂的添加和不同改性沥青的使用对SMA路面的渗水性能有一定的影响;面层材料的厚度和抗渗性能具有正比例关系;建议在评价路面施工质量渗水性能时,采用90％样本量的渗水系数平均值作为检测结果;施工质量变异性造成渗水系数沿路面横向分布,超车道的渗透系数比行车道的大,硬路肩的渗透系数比超车道的大.     

地下构筑物挡水效应对地表沉降参数敏感性影响分析

以比奥固结理论为基础,建立设置挡水构筑物与否的多种工况下的地面沉降有限元模型。计算分析开采不同含水层时地表沉降的特征,在此基础上设置逐渐深入地下的挡水构筑物,分析其挡水效应对抽水引起的地面沉降的影响。以最大地面沉降为指标,结合MATLAB编程计算,比较土体随机变量分布参数相对敏感性大小,并分析挡水构筑物对土体参数敏感性和结构可靠度的影响,最终加以公式推导验证参数敏感性的变化。结果表明:在边界不透水的情况下,开采含水层越深,地面沉降量越大,且挡水构筑物入深增大,最大沉降量和沉降差均增大;但是随着挡水构筑物深入地下,挡水构筑物两侧的地面沉降规律有所不同,开采井一侧为逐渐增大,另一侧足够远处为先增大后减小,沉降量变化幅值较小。影响地面沉降的土体参数按敏感性从大到小排序依次是弹性模量、渗透系数、泊松比、密度、内摩擦角,其中内聚力和孔隙比敏感性极小;分析挡水构筑物的设置对各参数敏感性的影响可知,土体渗透系数和与侧摩阻力正相关的参数(即泊松比、内摩擦角、内聚力)敏感性增大,其余参数敏感性减小,因此在分析地面沉降时,应适时考虑侧摩阻力的影响。地下挡水构筑物的设置和考虑弹性模量与渗透系数的正相关性计算得到的结构可靠度均减小。土层由侧摩阻力控制的沉降量大小取决于土层的沉降差和变形土层厚度。     

非达西渗流与变渗透系数下的大变形固结分析

基于大变形固结理论,考虑非Darcy渗流与渗透系数变化的耦合作用,建立平面固结问题的控制方程与有限元方程。采用所编制的计算程序,对某一黏性土体固结过程进行数值计算。通过变动参数,探讨非Darcy渗流与渗透系数变化的影响。研究结果表明:固结初期,渗透系数变化可引起浅部土层超孔压消散滞后,固结中后期,整个土层均存在超孔压滞后现象,且随参数αc的增大而更加明显。参数m对固结过程的影响与参数αc相似,而参数iL的影响则相对较小。当考虑参数αc与m共同影响时,固结度降低与超孔压滞后更加显著。     

浅埋暗挖地铁隧道不同工法对地表沉降的影响

浅埋暗挖地铁隧道施工期地表沉降量对施工安全具有重要意义。本文采用有限差分软件FLAC3D对Ⅵ级围岩条件下大跨度浅埋暗挖地铁隧道进行了数值模拟,分析了不同的施工方法对地表沉降的影响。结果表明：不同的施工方法对地表沉降影响显著,双侧壁导坑法和CRD法在软弱围岩条件下能很好地控制地表沉降,CD法在围岩相对较好时也能满足沉降控制要求;在相同条件下,双侧壁导坑法施工引起的地表沉降稍小于CRD法,CD法的沉降最大;在围岩较差时,地表最终沉降曲线中心稍偏向后开挖一侧,随着围岩条件变好,这种趋势逐渐减弱,地表沉降曲线将对称分布于隧道中线二侧。