盾构隧道施工对管片环和地表沉隆变位的影响研究

结合某地铁区间盾构隧道所处围岩地质状况,引入荷载释放系数,采用三维有限元法对盾构隧道施工所引起的隧道应力场和位移场、管片环整环变形、地表三维沉隆变位与横、纵向沉隆曲线分布变化规律进行了深入研究,得到如下结论:(1)隧道施工将引起呈带状分布于隧道拱顶的较大管片环应力,且该应力随施工进程增幅较小。(2)管片环最大和最小位移分别呈带状分布于盾构隧道拱顶和拱底,且随着掌子面的前行略有增加并渐趋稳定。管片环呈横向变形趋势发展,拱顶下沉量最大,拱腰外扩量次之,而拱底隆起量最小。(3)随着掌子面的逼近,前方约15m处地表形成隆起,随后下沉且该沉降速率较大,两侧土体向隧道中线移动,地表沉降槽较大但渐趋稳定。     

"两墙合一"条件下地铁车站深基坑变形特性

针对地铁车站深基坑施工主体回筑后受力变形特性与空间效应复杂的问题,综合采用模型试验和数值模拟方法,对土体沉降与支护体系变形特性进行分析,得到地连墙水平位移、周围地表沉降规律、沉降与位移之间的相互影响关系以及基坑的三维空间效应.研究结果表明:本文条件下地表沉降的主要影响范围为0.5He～1.5He(He为基坑深度);最大地表沉降与地连墙最大水平位移的比值为1.0～1.6,地表沉降随地连墙水平位移的增大呈非线性增大,最大地表沉降、地连墙最大水平位移与开挖深度具有线性关系;基坑边角效应对地表沉降的影响大于对基坑水平位移的影响,基坑水平位移的空间效应相比地表沉降大约滞后0.5He的距离.     

炭质泥岩填料静止侧压力系数试验研究

为了查明密实度、含水率、颗粒级配的改变对炭质泥岩填料作用于路堤结构物上的静止土压力大小的影响,本文研究了干密度、含水率、颗粒级配对炭质泥岩填料的静止侧压力系数的特性影响,采用GJY型K_0固结仪进行炭质泥岩填料的静止侧压力系数试验.设置4种干密度,5种含水率,5种颗粒级配探究炭质泥岩填料的静止侧压力系数的变化规律.研究结果表明:炭质泥岩填料的干密度越大,竖向变形越小,静止侧压力系数越小.随着含水率的增加,静止侧压力系数先减小后增大,其中含水率为6%时静止侧压力系数最小,随着颗粒级配的增加,静止侧压力系数也是先减小后增大,其中颗粒级配3的静止侧压力系数最小.研究结果可为以炭质泥岩作为填料的工程提供一定参考依据.     

浅埋偏压小净距隧道围岩变形影响因素数值模拟研究

通过有限元数值模拟软件模拟了浅埋偏压小净距隧道在不同间距和不同埋深条件下的开挖,研究了隧道间距和埋深对隧道围岩变形的影响。结果表明:隧道的最大变形出现在拱顶,但并不在拱顶的正中间,而是中间偏右侧;右侧隧道的拱顶、拱底和侧墙等部位的位移均比左侧隧道的大;随着隧道间距的增大,地表沉降值不断减小,而拱顶下沉累计沉降量先减小后增大;随着隧道埋深的增大,拱顶沉降量增大,地表沉降累计值减小。     

松散堆积体隧道围岩空间位移特征分析

为研究松散堆积体隧道施工引起围岩空间位移的变化,采用弹塑性非线性有限元法对隧道开挖过程进行仿真模拟,将空间位移分为地表沉降、周边围岩位移和掌子面挤出变形3部分进行分析,并与既有理论和现场测试数据进行对比。数值计算结果表明:隧道开挖引起的围岩变形具有明显的三维特性,掌子面前后方影响范围均约为20m,横向沉降槽呈明显的"深沟"形,沉降槽宽度较小,与塞形曲线拟合度最高;周边围岩拱部下沉和隧底隆起范围与量值均较大,水平收敛较小,下台阶支护封闭成环后变形趋于稳定;上台阶掌子面挤出变形呈中间大、周围小的"圆形放射状",下台阶掌子面挤出变形总体较小;与现场测试值相比,拱顶下沉和净空收敛偏大,地表沉降两者基本一致。     

宁明非饱和膨胀土静止侧压力系数

针对现行工程中土的静止侧压力系数K0大多依经验确定并取定值的缺陷,利用GDS三轴系统对两种宁明非饱和膨胀土开展了系统的室内K0固结试验研究,获得同种性质土的K0是含水率及围压的函数、其值随含水率和围压的增大而增大的变化规律．在此基础上进一步导出K0与含水率及围压之间的量化关系式．     

影响地表动态移动和变形的因素

以Knothe模型的函数为基础,对不同推进速度和不同时间影响系数下动态地表移动和变形进行研究.结果证明:提高开采速度有利于减小地表采动损害;时间影响系数c较小时,下沉迟缓,最大动态变形值较小,随着c的增大,地表动态变形值增大.     

基坑降水对土侧压力系数的影响

针对上海软土深基坑开挖降水过程中所涉及的③层淤泥质粉质粘土、④层淤泥质粘土、⑤-1层粉质粘土、⑤-2层粘质粉土,通过二阶段固结模拟和K0试验,研究了各层土在不同降水深度条件下土侧压力系数K0的变化特性。试验结果显示：（1）降水前后,粘性土K0值相对粉性土K0值为大。（2）各层土侧压力系数K0值均随水位降深的增加而减小,单位水位降深,⑤-1层、⑤-2层、③层、④层土的侧压力系数K0值分别下降3.1%、2.5%、2.3%、1.3%左右。（3）随着降水深度的增大,降水对侧压力系数的影响在逐渐减小,并最终趋于稳定。最后,基于回归分析理论得到侧压力系数简化计算公式,为上海地区深基坑降水土侧压力系数的确定提供依据。     

盾构近距穿越桥梁施工对地表及桥梁桩基的影响

结合某地铁区间隧道盾构施工近距穿越桥梁桩基的复杂条件,选取桥台与桥墩基础影响最大断面,对盾构施工引起地表沉降及桥梁桩基的变形、应力及内力进行三维数值模拟计算。结果表明:①双线隧道盾构推进引起地表最大沉降位于双线隧道中间某处,大于单线隧道引起的地表最大沉降,地表沉降随着两条隧道间距的减小而增加;②右线隧道盾构施工引起B0C0桥台桩基近隧道边桩产生的最大变形与内力均发生在距桩顶13 m处,最大横向挠曲变形、纵向挠曲变形分别为2. 0、4. 8 cm,边桩内力致使桥台桩基超出承载能力,承台发生倾向隧道一侧的倾斜和水平面内扭转,严重影响桩基的安全;③双线隧道盾构施工引起B7C7桥墩桩基近隧道边桩桩顶处产生最大位移,最大横向水平位移、纵向水平位移分别为2. 6、5. 2 cm,右侧桥墩桩基承台产生的最大横向水平位移、竖向位移、纵向水平位移分别为3. 2、3. 4、4. 6 cm,承台发生倾向隧道一侧的倾斜和水平面内扭转,倾斜值为0. 001 8,接近规范规定的允许值,盾构施工时须引起注意。基于上述分析结果,提出盾构近距推进时的施工监测及施工参数调整的建议。     

不同侧压系数下各向异性巷道围岩破坏模式研究

针对各向异性初始应力状态(不同的侧压力系数下)的岩体巷道开挖问题,利用复合材料的Hoffman强度准则考察各向异性对巷道周围应力、位移和塑性破坏区的影响.结果表明:巷道围岩的最大主应力与侧压系数无关,当θ=30°~60°时为最大,θ=0°,90°时为最小.随θ的增加,巷道围岩的水平位移增加,垂直位移减小.在各向异性岩体中强度较大的方向与最大应力方向一致时,破坏发生在此方向,塑性破坏区的范围为最大.     

长臂充填开采上覆岩层移动规律数值模拟

针对王河煤矿10903工作面在开采过程中引起地表下沉问题,用RFPA2D软件对不同弹性模量充填材料下的充填开采和全部垮落开采进行数值模拟,模拟了全部垮落法开采时岩层破坏和裂隙分布情况,全部垮落法随工作面推进关键层及地表下沉情况;不同弹性模量充填材料下的充填开采随工作面推进关键层及地表下沉情况.结果表明：全部垮落法开采会引起地表的塌陷,而充填法能有效控制关键层弯曲下沉量和地表沉陷.充填体弹性模量从1 GPa增加到5 GPa时,工作面前方垂直应力集中程度逐渐降低,关键层下沉量逐渐减小,最大下沉量从510 mm 减小至285 mm.最后通过地表沉陷观测验证了充填材料配比和数值模拟计算的合理性.     

Pastor-Zienkiewicz砂土模型静力参数变形敏感性分析

基于广义塑性理论，针对Pastor-Zienkiewicz(P-Z)砂土模型静力参数，划分为3个方面8个参数，分别分析了各参数变化时对竖向位移的敏感性.研究表明:模型各参数在-40%~40%变化时，弹性模量E的敏感性最大，竖向位移变化率可达66.05%，其次为内摩擦角φ和泊松比μ，竖向位移变化率在±10%以内.而与塑性模量相关的参数，竖向位移变化率均低于±1%，当缺少实测数据时，可根据土工实验资料取值.研究结论可为P-Z砂土模型在地基变形计算时参数的选取提供依据.     

覆岩岩性与开采影响传播方向关系的研究

本文通过覆岩岩性与开采影响传播方向关系的研究 ,论证了覆岩岩性与地表最大下沉值的密切关系 ,为“三下”开采予计地表最大下沉值的位置和量值 ,优化设计和地表客体保护以及井下安全生产提出了理论依据     

覆岩岩性对地表移动变形的影响

通过覆 岩岩性 与开采影 响传 播方 向 关系 的 研究， 得 出了 倾斜 煤 层在 三下 开 采时 ，覆 岩越软，对地 表最大 下沉值影 响越大； 煤层倾角 越大，地 表最大下 沉值 的变 化越 大的 重要 结论 这 在开采时预 计地表 最大下沉 的位置和 量值，正 确选择 最大下沉 角，以 及预 示开 采后 顶板 的运 移方 向，预防顶板 冒落和 安全生产 作用较大 图２ ，表２ ，参７     

基于颗粒流程序的矿区重载下级配碎石分析

为了研究矿区重载作用下级配碎石的细观力学响应,利用颗粒流程序构建了不同厚度级配碎石的矿区道路细观结构,在施加矿区典型矿车荷载条件下,追踪了道路结构内部颗粒的接触力、位移变化情况,并监测了荷载作用下级配碎石底部平均应力、轮胎中间竖向位移.结果表明:施加重载后,细观模型内部的接触力网和位移矢量出现各向异性,主要分布于荷载下方,随着深度的增加,荷载的影响逐渐减小;在厚度为40 cm时测量圆1和测量圆3的配位数最大,测量圆2在45 cm时配位数出现最大值;随着厚度的增加,XX和YY方向平均应力基本呈增加的趋势,在45 cm处出现峰值;最大接触力和平均接触力的最大值所对应的厚度分别为45 cm和40 cm;左右轮胎中间竖向位移在厚度为45 cm时出现最小值;矿区重载级配碎石层的推荐厚度为40～45 cm.     

采动下沉盆地压缩区斜交框架桥受力性能

为揭示采动区下沉盆地压缩区土压力对正交框架桥和斜交框架桥的受力性能的影响,采用ANSYS进行建模,研究了不同土压力工况下正交框架桥和斜交框架桥的位移及力学响应.结果表明:正交框架桥和斜交框架桥在土压力作用下,水平向位移最大值在框架桥侧墙中部区域,竖向位移最大值在框架桥顶板中间区域,最大米塞斯应力值在框架桥侧墙和底板交界处区域;当土压力从静止土压力增大到极限被动土压力过程中,以上参数极值绝对值出现的区域不变,数值不断增大;当土压力工况相同时,斜交框架桥位移和应力极值绝对值稍大于正交框架桥.     

天津地铁6号线车站深基坑开挖下围护结构及墙后地表变形特性分析

依托天津地铁6号线金钟街站深基坑工程,采用FLAC3D对基坑开挖及支护全过程进行数值模拟,并对其关键影响因素及墙后地表和地连墙变形的相关性进行系统分析.研究结果表明:随着基坑开挖深度的增加,开挖深度对变形的影响增大,地连墙最大侧移位置不断下移,地表最大沉降点位置逐渐远离基坑边缘;地连墙侧移、地表沉降随基坑长宽比的增加有增大的趋势,但最终数值趋于平缓;基坑插入比对基坑变形控制作用较小,而地连墙厚度对基坑变形控制作用明显;随着支撑刚度的增加,地连墙侧移、墙后地表沉降呈现减小的趋势,但支撑刚度过大不会达到预想的控制变形的效果.最终得到墙后地表最大沉降与墙体最大侧移的比值为1.15,但墙后地表沉降包络面积与墙体侧移包络面积的比值为1.82.     

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。     

基于ABAQUS的单井抽水试验数值模拟

基坑降水在基坑施工中起着重要作用,但降水会对周围环境造成不利影响,譬如引起地面沉降现象。以上海地区某现场抽水试验为例,应用有限元分析软件Abaqus,建立三维地面沉降模型,将土体应力应变与渗流进行耦合,进行有限元计算,分析了抽水过程中孔隙压力的变化以及沉降的分布。数值模拟结果表明,抽水引起的竖向位移明显大于水平位移,最大竖向位移并非发生于地表,各个土层压缩或拉伸的变形状态也不一样。     

基于能量的大跨结构的旋涡脱落共振实用分析

采用基于最大位移时能量相等原理，首次建立了振动过程中等效线性化法的弹性模量修正公式进行实用分析。以受拉二力杆单元取代索的单元的准线性结构采用试算法计算出结构横风向共振 的临界风速，并与原含索非线性结构用ANSYS程序进行时程分析的数值结果进行了比较。结果表明，采用以模量修正的受拉二力杆单元取代索单元的准线性结构精度良好，试算临界风速时的工作量显著减少，为类似问题提供参考。