杭州饱和软土固结过程微观结构试验研究

软土的工程特性很大程度上取决于土体内部的孔隙特征及其变化规律,为探讨软土固结过程中压缩性及其微观结构变化机理,对杭州结构性黏土进行室内固结试验,通过液氮真空冷冻干燥技术制备微观土样,借助扫描电镜试验获取微观结构图像,用计算机图像处理软件定量分析土体孔隙特征随着固结压力的变化规律,并讨论微观结构参数与土体压缩性的相关机制。结果表明:固结压力将显著改变软土的孔隙尺度、分布、排列、形态等特征,随着固结压力的增加,孔隙数先增加后减少、微小孔隙的比例增加、均一化程度提高、定向性增强、复杂程度降低;土体微观结构参数与压缩系数随着固结压力的变化规律有很好的相关性,均在固结前期显著变化,在固结后期变化趋于平缓;用土的微观结构变化解释和验证宏观试验土体的物理力学特性是可行的。     

考虑盾构施工扰动土体固结的地层沉降计算

为解决以往盾构隧道的地层沉降计算不考虑施工扰动土体的固结沉降对总沉降的影响而使得计算结果偏小的问题,通过对盾构隧道施工致周边土体的扰动机理分析,指出盾构上方一定范围内的被扰动土体为欠固结土,应用欠固结士的沉降计算理论,得出了考虑盾构扰动周边土体固结影响的隧道沉降计算修正方法.与工程实测值的对比结果表明,地层沉降计算修正方法的计算结果更符合工程实际,工程应用上偏于安全,该成果对于盾构隧道施工的地层沉降预测与控制具有一定的参考价值.     

人工结构性土的次固结特性研究

盾构施工过程中会对周围土体产生剪切扰动,破坏土体的结构性,结构性越强的土,其受扰动作用的影响就越明显.本文通过配制不同水泥掺量来模拟土体结构性的强弱,并进行分级加载的次固结试验.试验结果表明:压缩指数随着水泥掺量的增加而减小,水泥掺量较大时,压缩指数与水泥掺量较小时相比明显减小;结构屈服应力随着水泥掺量的增加而增大;本文所提出的次固结系数公式的计算值与试验值较为吻合,说明本文建立的考虑土体结构性的次固结系数计算模型具有一定的合理性,可为工程实践中次固结沉降的预测提供一定的理论指导.     

软土地层小净距隧道盾构施工地表沉降规律分析

在软土地层中,针对小净距盾构隧道施工的地表沉降规律分析,对保证安全施工与控制地表沉降具有重要的意义.以苏州地铁4号线软土地层为例,根据现场条件,设计监测断面,对比单洞与双洞施工的地表沉降的变化规律,并进行分析,得出了以下结论:后行洞施工对先行洞的影响是一个挤压、剪切与拉伸的过程,地表沉降量也随之增减;随着后行洞掌子面向前推进,先行洞地表土体纵、横向沉降量先增大和后减小;先行洞施工后形成的扰动圈,使得后行洞的地表沉降量始终大于先行洞的沉降量.     

双圆盾构施工土体沉降有限元数值模拟

依托于上海轨道交通M6线9标双圆盾构区间隧道工程,对双圆盾构隧道施工力学行为进行了三维有限元数值模拟.计算中考虑了隧道开挖、管片拼装、盾尾注浆、浆液固结等主要施工步骤,分析了双圆盾构施工土体深层沉降特征,土体沉降的量值与范围,并与监测结果对比,进一步揭示了双圆盾构掘进环境土工影响特征.可为异形盾构在我国的开发应用提供参考.     

太湖第四纪沉积区土体荷载响应的效应综合特征

土的微结构对土的力学行为机制起着至关重要的作用,对太湖第四纪沉积区典型软土进行单向压缩试验,利用扫描电子显微镜(SEM)所得的照片研究软土在不同固结压力条件下的微结构大小、形状、定向性等微结构参数,分析其变化规律.研究表明,随着固结压力的增加,结构单元体不断变大,集合体的形状在垂直于压力的方向变长,结构单元体的定向性有所提高但不显著;孔隙分布分维呈下降趋势并逐步稳定.采用电镜扫描仪(SEM)对在复杂应力路径作用下剪切前后的黏土样进行微观观察,并从剪切前后孔隙排列、孔隙形态、孔隙尺度变化特征3个方面分析宏观试验原状软黏土归一化抗剪强度各向异性的微观本质.阐述了淤泥类软土的微观结构对其工程性质的重要影响.从泥炭的微观结构分析入手研究了泥炭的性质及特点(包括含水性质、强度性质、固结及次固结性质).讨论了海积软土在固结、剪切作用下微观结构的变化,阐述了海积软土力学行为的本质.通过室内一维固结蠕变试验系统研究分析了次固结系数与固结压力、时间及压缩指数的关,揭示了太湖第四纪沉积区软土的次固结特性.利用扫描电镜试验( SEM)和X射线能谱仪对软黏土中常见的微量元素进行测定,计算其相对百分比并分析了该土的矿物成分和微观结构组成.实验结果表明,该黏土主要以高岭石、埃洛石(伊利石)、水云母(蒙脱石)为主(其中硅为其主要成分,局部的矿物组成有稍许不同).     

真空预压和堆载预压下软土微观结构的变化

为揭示真空预压和堆载预压加固软土地基过程中土体微观结构的变化,进一步探究软土加固机理,对温州海底吹填土进行了真空预压试验和堆载预压室内试验,采用电子显微镜研究了2种方法加固软土前后土颗粒的数量、圆形度、直径、丰度及定向性等微观参数的变化.试验结果表明:在真空预压和堆载预压加固软土的过程中土体结构不断调整重组,但加荷方式的差异引起土体结构调整方式不同;真空预压时,土体颗粒重新排列;而堆载预压时,土体颗粒破碎后排列.通过对真空及堆载预压固结过程中土体微观结构变化规律的研究,有助于了解真空预压和堆载预压加固软土的机理与效果.     

盾构隧道微扰动注浆对土体强度和衬砌横向收敛的影响

软土盾构隧道横向变形直接关系到结构安全,常采用微扰动注浆方法控制。为研究隧道微扰动注浆效果,针对一段隧道双侧微扰动注浆加固后的地层,开展了静力触探试验,分析注浆对隧道周围土体的影响规律;对现场获取的土样开展了室内K₀固结不排水伸长剪切实验,获得了注浆前后土体伸长剪切强度s_u和刚度E₅₀的变化量;采用线性模型拟合注浆量和收敛值比值数据,建立了可描述相对注浆量与注浆前后收敛值比值关系的方程式,分析了注浆对收敛值降低的效果。研究结果表明,注浆使锥尖阻力提高了110.8%(注浆中心区)和97.6%(注浆边缘区),注浆加固效果呈现非均匀性;注浆后土体的s_u比注浆前提高了约112%,E₅₀提高了约132%;注浆使隧道的横向收敛累计值平均降低了约24%。利用得到的结果,可根据浆液用量对隧道横向收敛的恢复进行估算,为后续设计微扰动注浆方案治理软土盾构隧道的横向收敛提供借鉴。     

盾构隧道穿越土坝的地层沉降控制

在盾构施工技术中,如何控制地层沉降,避免影响隧道上方建筑物,一直是人们非常关心的问题。虽然盾构及管片与其周围土体的耦合作用极其复杂,但对盾构扰动土体的变形分析和计算可为控制地层变形提供理论依据;规范盾构施工操作程序,可减少非正常地层损失;正确选择同步注浆和壁后注浆的材料、配比及工艺,可最大限度地填充建筑空隙;预先注浆和复注浆加固隧道上方土体,可减少土体扰动和固结沉降量。     

盾构施工扰动土体强度及变形特性试验研究

依托无锡地铁1号线盾构区间开挖工程,利用先进的GDS应力路径三轴仪,根据盾构施工周边不同区域内土体的扰动特点,开展了一系列不同应力路径下原状软黏土固结不排水三轴试验,并对其土体强度和变形特性进行了详细分析.研究表明:不同应力路径下土体强度不同,加载应力路径下的强度大于卸载应力路径下的强度;压缩应力路径土体屈服时其应变比拉伸应力路径大,强度也较高.因此,在盾构施工中更需要关注卸载区域土体的安全.     

桩基施工对邻近顶管隧道的扰动影响

预制桩静压施工会对桩周土体产生一定的扰动,进而对邻近既有顶管电缆隧道产生影响.顶管电缆隧道对管节的偏转和变形要求十分严格,一旦变形过大就会产生严重影响.为了确保顶管电缆隧道的正常使用,通过数值方法计算了预制桩静压施工对邻近顶管电缆隧道的影响,通过K0固结不排水剪切试验确定了软土小应变范围的参数取值,分析了桩长、桩-隧间距以及桩基挤土量对于隧道变形的影响.参考相关规范,以5 mm和15 mm变形扰动值为依据分别划分了预制桩静压施工对隧道变形强、弱影响区,为既有顶管电缆隧道周围的桩基施工提供相应的参考.     

盾构并行穿越施工对既有隧道影响分析与关键技术

以昆明轨道交通4号线左右线并行下穿既有昆明轨道交通2号线工程为背景,结合数值模拟以及现场监测等方法,研究近接施工对既有隧道以及周围地层的影响规律,提出盾构近接相关的施工控制技术。首先,建立新建盾构隧道下穿既有盾构区间的三维有限差分计算模型,通过计算分析最终选择先下方区间、再上方区间的施工顺序,对既有结构及地层的扰动最小;其次,在现场建立试验段积累在类似下穿段地层中的盾构掘进经验,确定盾构下穿2号线的施工参数,并验证克泥效工艺的效果;最后,通过将现场监测数据并与数值模拟结果进行对比和分析,验证数值模拟的准确性和合理性,建议工程中加强信息化施工和相关施工优化措施,以保证2号线地铁盾构隧道及地铁车站的结构安全和正常运营。     

软土地层双线隧道地表沉降计算公式修正

由于双线隧道存在复杂的耦合作用,盾构施工引起的地表沉降规律极为复杂,所以准确计算地表沉降较为困难。本文基于Peck公式和Chapman修正参数,考虑先行隧道的施工影响和双线隧道的相对位置关系,通过参数的经验量化,建立了双线隧道地表沉降的计算公式。此外,依托苏州市轨道交通S1号线工程,讨论公式在不同土层中的适用性及参数取值范围,在此基础上采用PLAXIS 3D有限元软件对双线隧道盾构施工进行了数值模拟。结果表明：在软土地层中进行盾构施工,应用本文修正公式计算得到的地表沉降值与数值模拟和现场实测结果均较为吻合。修正公式考虑了双线隧道的位置信息,可以定量反映隧道埋深和双线隧道间距对地表沉降的影响。该研究可为软土地区双线隧道盾构施工沉降计算提供参考。     

北京地铁敞口式盾构掘进对砂层土体扰动规律研究

敞口式盾构在砂层掘进时会扰动周围土体,易引起地层坍塌.以北京地铁6号线2期敞口式盾构施工段为工程背景,阐述了国内首台挤压式敞口盾构机机体构造及开挖工序,通过地表沉降和地中水平位移监测,研究了盾构掘进对砂层的扰动特征.结合盾构掘进参数分析,探讨了减少土体扰动的控制措施.研究表明,盾构接近测孔区阶段,土体变形规律最复杂;通过和刚脱离测孔区阶段是土层变形控制的重要环节;盾构隧道轴线两侧1.5倍洞径范围内是土体扰动主要区域.所得结论可为砂土地层敞口式盾构施工地层位移控制提供可鉴参考.     

软土地区基坑施工对堤防稳定性影响的控制措施

随着中国基础设施的大规模建设,遇到了越来越多的基坑施工对临近建筑物影响的问题。对于软土地区的基坑而言,由于土体力学参数较低,基坑施工对临近建筑物的影响更加严重。结合某实际工程,以数值分析为主要手段,研究软土地区基坑施工对其附近土堤稳定性的影响,并重点对基坑施工影响的控制措施进行了研究。结果表明:软土地区基坑开挖的影响范围明显大于经验值,需采用合理的支护措施,以控制其对临近建筑物的影响。仅采用钢板桩支护并不能有效地控制基坑开挖对周围土体的扰动,需要在钢板桩内部增加1～2层内支撑,以保障临近建筑物的安全。研究成果可为类似的软土地区基坑工程施工影响问题提供参考。     

盾构穿越软硬复合地层开挖面稳定性分析

盾构穿越复合地层尤其是上软下硬地层时, 开挖面失稳形式多样、受力机理复杂, 由于开挖面失稳而导致的工程灾害时有发生. 依托佛莞城际铁路隧道工程, 构建三维有限元数值模型并引入参数地层复合比对部分楔形体理论进行改进, 分析盾构穿越上软下硬地层时不同地层复合比和软土内摩擦角对开挖面稳定性的影响. 研究结果表明: 盾构开挖面最大变形出现在软土区域中某个特定位置, 与软土比例有关;开挖面位移随着支护压力的减小可分为缓慢增长、急剧增大、失稳破坏三个阶段, 当支护压力比接近极限支护压力比时, 开挖面变形将急剧增大;改进的部分楔形体模型理论解与数值模拟结果相吻合, 该理论具有一定的合理性. 研究成果可为类似地层隧道盾构施工提供一定的理论指导.     

盾构穿越既有铁路的地表沉降分析

以天津地铁3号线铁东路站～北站盾构区间隧道为背景,通过现场实测和数值模拟的方法,对盾构施工穿越既有铁路引起的地表沉降规律进行了研究。现场实测数据表明:沿隧道轴线方向不同位置的地表位移变化较大,对于双线隧道施工,后建隧道对先建隧道的土体扰动影响较大。结合现场监测数据及各项施工参数设置,采用ANSYS有限元分析软件对隧道下穿既有铁路的施工过程进行了数值模拟。在此基础上,通过模拟与实测数据的对比分析,总结了盾构隧道施工引起的既有铁路纵向和横向地表沉降规律,为类似工程的设计和施工提供参考依据。     

地面堆载作用下既有隧道的工作状态

随着城市的快速发展,在既有盾构隧道周边地块的开发利用过程中,进行地面堆载是不可避免的,为评估地面堆载对隧道结构安全的影响,以区间盾构隧道为工程背景,首先,采用等效轴向刚度模型理论计算得出隧道变形界限值;其次,采用ABAQUS数值模拟软件,以隧道下卧软土层为地层条件建立三维实体数值模型,分析不同堆载范围和不同堆载大小对隧道结构纵向变形曲率、环缝张开量以及螺栓应力的影响;最后,将计算结果与隧道变形界限值进行对比,判定结构是否安全,并依此划分隧道的工作状态。研究成果对软土地区盾构隧道的结构设计和安全保护具有重要意义。     

软土地基水泥土搅拌桩施工扰动情况现场测试及分析

基于某软土路基水泥土搅拌桩加固工程,设计并进行现场试验来研究水泥土搅拌桩施工过程中对周围土体的影响,测量了施工过程中,周围土体中孔隙水压力和土体位移的变化情况.结果表明:水泥土搅拌桩周围土体的扰动情况与离桩距离、桩到达深度有关;大面积水泥土搅拌桩施工时,孔隙水压力和土体位移都会不断累积增加;泥土搅拌桩由近及远施工比由远及近施工,对周围土体的扰动小;得到最大孔隙水压力增量与打桩点距离之间的拟合关系式.上述结论为软土地区的水泥土搅拌桩的设计和施工优化提供了指导性的意见.