土锚相互作用特征的数值实现方法及验证

 为探讨锚杆和土体的相互作用特征,研究了锚杆单元的数值实现方法及其正确性。首先,探讨了土锚相互作用机制,建立了锚杆单元的数值实现方法;然后,进行锚杆锚固力的现场试验监测,得到锚杆锚固力随时间的变化过程,并将现场试验结果与数值模拟结果进行对比。结果表明,① 随下部土方开挖,锚杆锚固力不断增加,土方开挖到底后,锚固力基本趋于稳定;② 数值计算得到的最大锚固力为259.0kN,试验结果为229.4kN,二者差别较小,且数值计算得到的锚固力随时间变化规律与试验得到的结果较为相近,验证了数值模型的正确性。     

片麻岩大断面双洞隧道施工的动态特性

以兰州市北环路大断面双洞隧道工程为研究背景,采用台阶法进行施工,以ADINA有限元软件为计算平台,建立隧道开挖数值模型,对片麻岩大断面双洞隧道模型进行分析:研究地表位移、围岩位移与内力、锚杆轴力的特点及其变化规律.结果表明对片麻岩大断面双洞隧道采用台阶法施工时,分步开挖对地表竖向位移较水平位移影响大,最大竖向位移值为10.71mm,位于双洞隧道间岩柱上方;上、下台阶土体开挖会对隧道围岩位移及等效应力产生较大影响,应及时进行拱顶初期支护;锚杆轴力集中分布于边墙部位,且沿其辐射方向呈现不断减小的趋势,应对边墙部位锚杆进行加强处理.     

铁路大断面黄土隧道初期支护作用效果

以兰渝铁路胡麻岭隧道为工程背景,通过三维数值模拟结合典型断面现场监测,对铁路大断面黄土隧道初期支护的受力与变形特性进行综合研究,通过数值模拟得到黄土隧道在开挖扰动后初期支护的受力状态,将数值模拟结果和现场监控量测数据进行对比,获得典型断面围岩与锚杆轴力的变化规律,并对初期支护作用效果进行评价,找出施工过程中的薄弱环节,提出相应的优化措施.结果表明,数值计算与现场实测结果基本吻合,黄土地区隧道施工应坚持"及时支护、及早封闭"原则,确保开挖后围岩变形的稳定.     

浅埋黄土隧道不同施工与加固方法的颗粒流数值模拟

针对浅埋黄土隧道在开挖过程中发生的拱顶过量沉降问题,采用颗粒离散单元法模拟了不同开挖方法和加固措施对围岩稳定和变形的影响,分析了6种工况的围岩压力分布和位移发展情况,讨论了开挖方法和加固措施对隧道围岩稳定的影响.模拟结果显示,隧道拱肩和拱脚应力集中处水平位移较大,拱部和边墙开挖为黄土隧道留核心开挖施工中的关键工序,施工中宜及早支护避免隧道发生过大变形.浅埋黄土隧道拱顶下沉量远大于周边收敛;对于相同的支护形式,留核心土下部全断面开挖法产生的位移总量约为留核心土下半断面分部开挖法的1.2倍;对于相同的开挖方法,无超前注浆支护产生的位移总量约为有超前支护的1.5倍;而有无系统锚杆的隧道围岩变形量基本相同.研究表明,浅埋黄土隧道可采取超前导管注浆减小隧道开挖变形,而系统锚杆由于支护效果不明显可考虑取消.     

呼和浩特抽水蓄能电站岩锚梁开挖及锚杆施工技术

在水利水电工程地下厂房施工中,岩锚梁开挖与锚杆施工是一项重要的工作内容,开挖半孔率、平整度及成型质量和锚杆的角度、深度、砂浆饱满度直接影响整个吊车梁的安全运行.呼和浩特抽水蓄能电站岩锚梁开挖,在总结其他工程经验的同时,结合现场实际情况,认真研究分析施工方案的可行性、合理性,在进行试验的基础上,使用合理的施工参数,最终使开挖和锚杆质量达到设计和技术要求.     

基坑锚杆受力及变形机理的现场试验

为进一步弄清锚杆的受力及变形机理,对广西柳州星河大厦基坑锚杆的轴力和基坑的侧向位移进行了现场试验,试验分析表明:①只有基坑发生位移时锚杆才会受力,并随动态的施工过程而持续变化;②锚杆的轴力呈中间大、两端小的不均匀分布,并且随基坑的不断开挖锚杆的轴力值逐渐增大;③基坑侧向位移随施工过程的进行呈逐渐增大的趋势,最大位移出现在基坑顶部。这为建立合理的力学模型计算基坑周围锚固体的变形提供科学依据。     

长坪隧道浅埋软弱围岩段施工监测与结构承载状况分析

通过对长坪隧道出口浅埋软弱围岩段施工的跟踪监测,分析和总结了围岩变形、锚杆轴力、围岩压力、钢拱架内力、喷射砼与二次衬砌砼结构的承裁状况,研究结果表明:该洞段采用台阶分部开挖法施工是适宜的,它能较为有效地抑制围岩的变形;隧道拱部施筑的锚杆作用和效果明显大于边墙部位的锚杆,二次衬砌砼承载结构所受到的压力约为其同部位围岩压力的1/3～1/2.     

大型多支承回转窑筒体支承力的有限元解法

研究给定位移下筒体支承力的有限元通用解法. 该法针对筒体结构重复性强的特点, 引入多重子结构技术, 使筒体有限元计算的工作量大大减少;通过将筒体轴线偏差转化为筒体支承力计算中的给定位移, 灵活地计入轴线偏差对支承力的影响;通过定义等效密度, 将窑皮、扬料板等的重力引起的载荷自动转化到其作用区域的体积上, 大大减小了载荷处理的工作量. 以中铝公司河南分公司2号窑为例, 应用均匀设计法设计给定位移下筒体支承力的计算方案, 并进行一系列有限元数值计算. 通过对数值计算结果的回归分析, 得出筒体垂直方向支承力、水平方向支承力与轴线偏差的关系式.     

TBM隧洞倾斜黏结锚杆受力特性分析及支护参数优化

依托北疆供水二期输水KS隧洞工程,针对敞开式TBM隧洞倾斜黏结锚杆设计了三角形带孔垫板,通过现场监测锚杆轴力进行锚杆受力特征研究,同时结合数值模拟进行对比分析,并对锚杆支护参数进行优化设计,研究结果表明:隧洞轮廓边缘锚杆近端轴力逐渐增大,在中性点(0.5 m)附近达到峰值,往锚杆远端处轴力逐渐减小.锚杆轴力最大值为3.48 kN,应力为7.09 MPa,应力比仅为0.030.隧洞不同位置处锚杆轴力有所差别,总体表现为拱顶处锚杆轴力最大,拱肩处次之,拱腰处最小.锚杆轴力计算值与实测值两者变化规律基本一致,但总体上计算值比实测值稍大,主要是由于现场测试时围岩已经发生位移,而且锚杆实际工作中锚固体部分产生一定滑移,造成实测值较低.综合分析建议锚杆长度从3.0 m减少到2.5 m,纵向间距从1.0 m增加到1.2 m,环向间距为1.0 m,梅花形布置,不仅可以减少施工周期,而且可以降低施工成本,具有较大的经济效益.     

软岩隧道开挖方法数值模拟分析

论述了适用于纱帽山隧道Ⅴ级围岩的开挖方法,采用大型非线性有限元分析软件ADINA,对适用于双线分离式公路隧道Ⅴ级围岩的三种开挖施工方法进行数值模拟;运用ADINA自带的单元生死功能动态模拟开挖支护过程,对比左导洞先行开挖编制的施工工序、台阶分部开挖法和上下台阶留核心土法三种开挖方法,分析三种开挖方法对隧道变形的影响。结果表明:针对左导洞先行开挖编制的施工工序其中隔壁起到减跨作用,从而控制沉降;它与台阶分部开挖法在开挖后位移场分布基本是对称的,在量值上有略小差别,不会造成地表不均匀变形,不会影响洞室的稳定;台阶分部开挖法左侧地表变形略大于右侧,且差值大于针对左导洞先行开挖编制的施工工序。     

考虑位移影响的支护桩内力计算有限差分法

传统的深基坑支护计算方法比较繁琐,而假定的土压力与内力计算结果在许多情况下与实际情况不太吻合.本文将基于有限差分法,根据支护桩位移与土压力的关系,编制了一个迭代的计算程序模拟开挖的土压力变化,进而计算出基坑支护桩每一个点的内力与位移,提高了有限差分法的计算精度,方便进行设计优化和施工监测.     

基于上限定理的砂卵石地层盾构隧道开挖面稳定性分析

目前对砂卵石地层开挖面稳定理论模型的研究相对较少,施工过程中盾构机支护力的施加多凭借施工经验进行。为研究砂卵石地层开挖面失稳问题,运用极限分析法上限定理,结合椭球体放矿理论,建立盾构隧道开挖面极限分析模型的计算方法,研究开挖面前方土体变形未发展至地表与发展至地的表两种工况,得到了极限支护力的上限解析解。并选取五种典型的理论分析方法验证了计算结果的正确性。结果表明：所提出的对数螺线椭球体机制得到的开挖面极限支护力受地层内摩擦角、隧道直径以及土体重度的影响较大,埋深和黏聚力的影响较小,地表超载的影响最小;其中开挖面极限支护力均随着土体重度和隧道直径的增大而线性增大,随着摩擦角增大呈现非线性减小趋势;通过与旋转破坏机制、3D对数螺线机制、FLAC^3D数值模拟得到的开挖面前方塌落区域的对比,所提出的开挖面前方塌落机制与数值模拟能接近地层的失效形状。     

卵砾石土地层偏压地形大跨浅埋隧道施工方法研究

为了研究卵砾石土地层偏压地形大跨浅埋隧道的合理施工方法,建立考虑实际地形状况的隧道三维计算模型;分别采用台阶法和分部开挖法以不同施工顺序对隧道的施工过程进行数值模拟,经对比分析,确定隧道的合理施工方法。研究结果表明:卵砾石土地层偏压地形大跨浅埋隧道采用超前预支护辅助措施,先从浅埋一侧拱部断面开挖的上半断面临时中隔壁四分部法是可行的施工方法;施工过程中,影响围岩位移的主要因素是支护系统能否及时封闭,以及开挖断面的数量多少;对于偏压地形大跨浅埋隧道来说,先开挖支护浅埋一侧拱部断面,再开挖支护深埋一侧拱部断面,然后依次(浅埋~深埋)开挖支护下台阶和仰拱的施工顺序有利于拱部围岩稳定,引起的拱顶下沉较小,也较为均衡。     

地铁车站基坑工程工期风险值计算

基于全概率、蒙特卡洛思想,构建阶段工期变化风险值的计算方法与步骤.从工期未发生异常变化、工期发生异常变化但未采取补救措施,以及工期发生异常变化且采取补救措施3方面进行阶段工期变化风险的概率计算,建立了工期异常时间全概率法的计算公式;运用蒙特卡洛思想,构建了基于Matlab的阶段工期变化风险蒙特卡洛法的计算步骤,并将贝塔分布函数用于描述工期变化.最后以某车站基坑工程为例,计算获得了该基坑开挖与支护工期变化风险值,验证了全概率法和蒙特卡洛法的实用性.     

立柱隆起对地铁深基坑钢支撑体系稳定的影响

针对基坑支护设计和施工中对立柱隆起危害认识不足的问题,通过理论分析,提出考虑立柱隆起影响的钢支撑承载力计算方法。运用实测数据,从正常施工、超挖及基坑放置过长时间3个工况分析了立柱隆起对钢支撑体系的影响,并进一步分析了单根支撑破坏后支撑体系的响应。研究表明：钢支撑承载力随立柱隆起的增大而明显减小;设计轴力越大,允许的立柱竖向位移越小;最后一层土开挖是风险最高节点,倒数第二道是相对最薄弱的支撑;超挖会引起已安装钢支撑的轴力明显增加,危及支撑稳定;基坑长时间放置,立柱持续隆起将威胁到钢支撑的安全,每层土放置时间长短将影响各道支撑进入失稳状态的顺序;最薄弱钢支撑一旦失稳破坏将引发支撑体系“多米诺”骨牌效应,造成该处挡墙整体垮塌或断裂;所用的分析方法,可用于钢支撑体系设计和施工过程中实时判定钢支撑体系的安全性状。     

高架桥下基坑开挖次序对桥墩变形的影响分析

以某市双地道基坑开挖对既有高架桥桥墩变形影响为研究背景,重点研究在轻轨高架桥正常运营情况下利用数值模拟对不同施工方案造成高架桥桥墩位移变形以及在实际施工过程中收集桥墩变形数据总结相关规律。运用MIDAS-GTS建立三维整体计算模型来模拟地道基坑施工开挖次序,进而动态预测基坑支护结构及高架桥桥墩的位移变形状态,分析了双地道开挖在两种不同施工方案下的数据,得出更有利于施工安全建设的方案。计算结果表明:地道基坑开挖高架桥桥墩水平位移最大值为-3.68 mm,竖向位移最大值为2.14 mm;地道基坑支护结构水平位移最大值为11.89 mm。数值模拟结果与主要监测数据对比分析表明,地道基坑开挖在各个阶段对高架桥桥墩的变形影响均在规范限值以内并与实际监测数据走向基本一致。研究结果表明:该项目数值模拟施工过程中优先施工距桥墩较远的基坑对桥墩产生的扰动较小;较好的体现实际施工过程中桥墩的变形趋势以及变形程度;基坑施工至承台位置时对桥墩变形增量达到最大。     

坑中坑基坑内坑支护桩弯矩发展规律

坑中坑基坑是一种较为复杂且尚未得到充分研究的基坑形式。为研究基坑开挖过程中内坑支护桩的内力发展规律,进行了施工过程中的支护桩内力现场测试。通过采集桩身纵向受力钢筋的应力来反演桩身弯矩,分析了支护桩桩身弯矩在施工过程中的发展规律。通过有限元数值计算拟合了试验结果,研究了外坑开挖深度和平台宽度变化时内坑支护桩桩身弯矩的变化趋势,结果表明：坑趾系数(外坑平台宽度/开挖深度)与内坑支护桩桩身最大弯矩的变化存在着密切联系,通过拟合给出了桩身最大弯矩增长率随坑趾系数的函数曲线,桩身最大弯矩增长率可作为坑中坑基坑中内坑支护桩设计时的安全系数加以考虑。     

深开挖有限元分析中释放荷载模拟--三种常用方法比较及改进的Mana法

论述深开挖有限元分析中释放荷载的三种模拟方法——Mana法、单元应力内插法和位移法.通过实例对比分析指出位移法精度最高,但程序处理较繁琐;单元应力内插法计算效果最差,编程也不方便;Mana法概念明确,易于程序处理,但第一级开挖荷载偏大,以致影响以后各级的计算效果.文中对Mana法改进后,计算精度明显提高.     

溪洛渡右岸导流洞大型闸门竖井快速掘进技术

溪洛渡水电站导流洞工程规模居世界前列,其右岸导流洞闸门竖井开挖断面尺寸大、工期紧张、施工干扰大,充分利用竖井断面大、作业面宽的特点,采用了类似于洞外边坡开挖支护的方法开挖支护施工,使工期提前1.5个月,实现了竖井开挖快速施工.对右岸导流洞闸门竖井的开挖快速施工技术进行的分析和总结,可供其他类似工程借鉴和参考.     

厦门翔安海底隧道CRD法施工数值分析

厦门海底隧道属国内首建,出口端地层软弱、易膨胀、随挖随塌,稳定性差,施工难度很大。根据该地段的地质条件,设计六种不同的开挖与支护工况,利用数值法分别模拟这六种开挖过程的地层三维变形状态,分析和总结其变形、失稳规律,优化隧道开挖和支护方案及其工艺,提出了实用且可靠的施工措施和建议,有效地指导了施工,解决了施工技术难题。为同类工程建设提供了理论依据和实践经验。