西安盾构法施工引起的地面沉降有限元分析

本文运用有限元基本原理，利用大型通用有限元软件ANSYS时西安地铁尤家庄到南康村站隧道区间段进行数值模拟，分析对开挖面施加不同平衡反力时沉降的变化情况，建议西安地铁施工时将其控制在100kPa～150kPa范围内。分析了不同开挖时间地面各点沉降和水平位移变化规律；埋深不同各点的沉降和位移的时间历程变化规律，横断面埋深不同沉降和水平位移的变化规律。     

黄土地层盾构隧道开挖对地表沉降影响的有限元分析

基于黄土地层，采用邓肯-张非线性弹性本构模型，考虑盾构隧道开挖过程对周边建筑物的影响，建立了盾构隧道衬砌与土体相互作用的有限元计算模型．对黄土地层中盾构隧道外径和埋深及其与邻近建筑物的距离对地表及相邻建筑物沉降的影响规律进行了数值分析，结果表明：在相同盾构外径下，地面沉降随隧道埋深的增加几乎呈线性减小趋势；在相同隧道埋深下，地面沉降随盾构外径的增加几乎呈线性增大趋势；无论盾构外径如何，隧道顸部及相邻建筑物处的地表沉降值均随隧道和建筑物水平距离与盾构外径比的增大而减小，也随隧道埋深的增大而减小．文中给出了受沉降影响较大的范围，可为地下工程施工时对周边建筑物及地基采取加固措施提供理论依据，并为西部地区的地下工程建设提供参考．     

城市地铁施工沉降的数值模拟研究

地下工程施工,会引起地层移动而导致不同程度的沉降和位移,从而影响到隧道和地表建筑物的正常使用和安全运营。以某一地铁施工为依托,运用PLAXIS有限元软件对施工进行动态开挖模拟,分析其沉降因素,正确估计特定地区可能发生的地面变形沉降,将模拟结果与现场监测的资料进行了对比分析,模拟结果可信度高。该研究对城市地铁隧道工程的设计与施工具有重要的指导意义。     

基于土层重力效应的近邻双孔隧道地层位移计算和扰动分区

为分析近邻双孔隧道施工的相互影响，利用复变函数和Schwarz交替法求解基于土层重力效应且洞室发生收敛变形的地层位移解析函数，通过设置位移约束点对地层位移进行修正，最终获得了土层重力效应下近邻双孔隧道开挖的解析模型。采用该解析模型分析了迭代次数、位移约束及洞室水平变形对地层位移的影响规律。结果表明：当迭代次数为2时，计算结果已满足精度要求；设置竖向位移约束边界使地表相对沉降曲线整体发生向下偏移，左侧水平位移约束边界则使相对水平变形向左侧发生一定量的偏移；随着洞室水平变形系数的增大，地层相对竖向变形随之增大而相对水平变形却随之减小，且对两者的影响程度不一致。基于地层位移判别准则，获得了基于几何近接度和埋深比的双孔隧道的强、弱、无影响分区。     

相邻桩锚基坑开挖变形相互影响数值分析

以两个相邻桩锚支护的基坑工程为实例,基于小应变硬化土(HSS)模型,通过Z-Soil岩土有限元分析软件建立数值计算模型,分析相邻基坑开挖对基坑变形的影响.分析结果表明:相邻桩锚基坑开挖明显减小排桩桩顶水平位移、排桩深层水平位移、坑间土体深层水平位移和坡顶水平位移,对于桩顶水平位移的影响最为显著;相邻桩锚基坑开挖也增大坑间地表沉降,产生的沉降接近两个单坑引起的沉降叠加,最大沉降位置出现在两基坑的正中央;相邻桩锚基坑的支护设计宜考虑相邻基坑开挖的影响,宜以变形不超过单坑开挖产生的水平位移为控制基准.     

深基坑开挖对邻近既有独立基础变形的影响

针对深基坑开挖对近邻既有独立基础变形的影响问题,应用有限元软件ABAQUS建立包括基坑、土体、独立基础在内的整体模型,分析基坑开挖深度、建筑物与基坑间距、连续墙厚度及嵌固深度等因素对基坑近邻独立基础沉降量与水平位移的影响。分析表明:开挖深度对基础沉降量的影响程度大于其对基础水平位移的影响程度。建筑物与基坑间距对基础沉降的影响远大于对水平位移的影响,当间距大于1.0H时,对基础沉降基本没有影响。连续墙厚度对独立基础水平位移的影响较大,对沉降的影响较小。增加连续墙的嵌固深度对临近独立基础沉降与水平位移的影响程度较接近。     

基于有限元设计敏感度分析的管棚直径研究

通过对增量形式运动方程直接微分，推导了开挖引起地层位移对管棚惯性矩的设计敏感度的求解方法．以上海某地铁车站出入口通道工程为实例，分别就常规开挖跨度条件下以及开挖跨度变化时，如何选择合理管棚直径进行了研究．结果表明：对于软弱地层中常规跨度，采用管棚法施工的地下工程，管棚直径从Φ79mm到Φ108mm范围内，为敏感度急剧变化范围，在该范围内，管棚直径的提高对于位移的影响较为显著，在这些工程中，选择Φ108mm管棚是合适的；而当地下工程的开挖跨度超过一定值后，从控制位移角度出发，宜采用较大直径管棚．     

变截面隧道开挖地表土体移动与沉降预测

基于随机介质理论,结合直墙圆拱收敛模式,提出考虑隧道变截面情况下地表移动与沉降的预测方法。该方法将截面连接处的土体损失看作是线性渐变的,引入变截面线性过渡段,推导出隧道变截面处的地表沉降和横向水平位移方程;结合北京地铁廖公庄站现场监测数据,验证该方法的适用性。研究结果表明:本文方法能较好地预测城市地下工程变截面处地层移动与沉降变化规律;变截面处地表沉降曲线斜率随着围岩主要影响角正切与埋深的比值(tanβ/H)增大而增大,但其影响范围减小;变截面处地表沉降曲线的沉降量随着跨度R增大而增大,但其影响范围和曲线斜率不发生改变;隧道变截面处的土体纵向地表变形在一定范围内呈线性变化。     

考虑轴力的管线变形控制微分方程及其优化解

为计算地铁施工引起的既有管线附加变形,将地埋管线视为弹性地基梁,受到地层竖向和水平位移荷载作用,考虑管线变形的几何非线性,建立了管线变形的控制微分方程组.采用优化方法进行模型求解,进行了案例计算和离心模型试验.将有限元解和试验结果同优化解进行了对比,验证了优化方法的正确性.分析了地层水平位移和几何非线性对管线变形和内力的影响.结果表明:管土摩擦系数较小时,管线在开挖影响范围内全长受拉.管土摩擦系数较大时,管线在隧道开挖中线附近受压,在其余范围内受拉,在管线变形计算中应同时考虑压应变和拉应变.较大的地层沉降使管线变形呈现几何非线性,表现为管线竖向位移引起管线轴向伸长,且管线弯曲变形与轴向变形存在一定的相互影响.     

隧道开挖对地表沉降影响的数值分析与沉降预测

文章以隧道开挖引起地表沉降变形为研究对象,采用FLAC 3D有限差分软件模拟隧道开挖施工过程,分析了在不同地质条件下不同开挖方法引起的围岩或土体应力场、位移场变化,对比分析在不同的围岩级别、开挖形状等条件下隧道施工引起的地表沉降变形规律;同时利用最大隧道周边位移值作为孔隙厚度,计算地层损失率,预测地表沉降槽,结果表明,地表沉降曲线与Peck沉降理论曲线吻合较好;比较了4种地表开挖方法的地表沉降值,给出了在不同的地质条件下更加符合实际的开挖方法,为实际施工分析提供一定的理论依据。     

重力式地下孔灌土壤水分运动规律试验研究

设计了一种重力式地下孔灌系统,具有集雨和灌溉双重功能.通过室内土箱试验,研究了不同压力水头、竖管孔径和埋深条件下土壤水分运动规律.结果表明:Philip入渗模型能够较好地描述重力式地下孔灌土壤入渗过程,决定系数大于0.99;累积入渗量随压力水头和竖管孔径的增大而增大,竖管埋深对其影响微弱;幂函数能够较好地描述湿润锋运移过程,湿润锋运移距离呈现出垂直向下大于水平方向、水平方向大于垂直向上的规律;三个方向上的湿润锋运移距离与压力水头和竖管孔径呈正相关,竖管埋深对其影响较小.重力式地下孔灌土壤入渗主要受压力水头、竖管孔径等因素的影响.     

多向地震耦合作用下MRD结构的地震反应分析

地面的竖向运动和水平运动具有相关性,因此竖向地震作用会影响磁流变阻尼器(MRD)减震效果.对多向地震耦合作用下MRD结构的理论进行研究,建立了MRD结构在水平与竖向耦合地震作用下的运动微分方程.分析了竖向地震作用对结构的影响.研究表明,考虑和不考虑竖向地震作用,MRD对结构均有良好的控制作用,但是竖向地震作用的存在,结构的地震反应有不同程度的增加.其增量随着竖向地震作用的增加而增加,因此建议在高烈度地区的MRD结构考虑竖向地震作用对结构的影响.     

水平筋形式对水平-竖向加筋砂土强度的影响

选用有机玻璃作为加筋材料,针对不同的水平筋形式（带孔、满布）、竖筋高度以及不同围压下的水平-竖向(horizontal-vertical,H-V)加筋砂土,进行100多组平面应变试验.研究不同的水平筋形式对H-V加筋砂土强度的影响,同时验证竖筋高度和围压对强度的影响.试验结果表明,水平筋带孔时,H-V加筋砂土的强度优于满布情况下的强度.这主要是因为孔洞能够将轴向荷载传递给下部土体,使竖筋不会过早破坏,孔洞自身也形成了一种格室效应,增强了土体的强度.同时,孔洞的大小对加筋土体强度也有一定的影响,验证了竖筋高度存在最优值.     

点源滴灌滴头流量设计模式的试验研究

以室内试验为基础,测定了重壤土、中壤土、砂壤土在不同滴头流量、不同灌水量下的点源人渗运动过程,通过对点源人渗特性的单因子分析表明,湿润锋水平、垂直扩散距离不仅与滴头流量、灌水量关系密切,与土壤特性(土壤容重、初始含水率)也存在良好的幂函数关系,得出了以土壤物理参数和湿润比及湿润深度为基础的点源滴灌滴头流量的设计模式。     

保水剂对砂壤土水分二维入渗的影响

为揭示保水剂用量对有覆砂与无覆砂条件下土壤水分二维入渗的影响和规律,以裸土试验组为对照,通过模拟单点源入渗试验,研究在覆砂与无覆砂条件下保水剂用量(0、0.1%、0.2%、0.5%)对土壤水分入渗过程的影响.结果表明:两种不同条件下的土壤水分入渗规律基本一致.在入渗初期,随着保水剂用量的增大,入渗速率越小,累积入渗量越大,湿润锋在水平与垂直方向上的推移以及湿润体横纵比的差异均不显著;入渗中期的入渗速率和累积入渗量规律与入渗初期一致,但湿润锋在水平方向上的推移增大,而垂直方向上的推移减小,湿润体的横纵比增大;入渗后期,入渗速率基本趋于稳定,累积入渗量继续增大.Kostiakov入渗模型可以反映保水剂对砂壤土水分二维入渗的规律性.     

滴灌土壤水分水平运移模型的辨识

在滴灌条件下,滴头流量对土壤的水分运移影响很大,是影响作物生长的主要因素。依据滴灌条件下土壤水分水平运移的观测数据,建立滴头流量与水分水平运移距离的传递函数模型,利用粒子群优化(PSO)算法对模型的各个参数进行辨识与优化。在同一滴头流量下,比较不同土壤水分水平运移模型的动态变化,验证了传递函数模型在不同流量下的有效性,提出了实现实时调控滴头流量与水平运移距离的传递函数模型,为实现作物根系所需水分水平运移距离的反馈调节,有效地保证作物根系所需的水分,减小了水资源的浪费创造了条件。     

滩涂地区预压作用下人工硬壳层对桥梁桩基的影响分析： 以浙江省十一塘高速为例

滩涂地区深厚的软土地质条件给现浇箱梁的施工带来了较大挑战,依托浙江省十一塘高速公路一期工程,研究了预压荷载作用下人工就地固化硬壳层对桥梁桩基的影响。基于土体硬化模型建立了三维数值计算模型,对比不同硬壳层深度下桩身轴力、侧摩阻力和水平位移的变化规律,结果发现：当硬壳层厚度为2 m时,桩身轴力减少约16%且硬壳层的厚度会改变负摩阻力的传递深度,表现为硬壳层厚度越厚桩侧阻力中性点越往上移。此外,在一定深度影响范围内,硬壳层能够有效控制桩顶和不同深度处桩身水平位移,硬壳层厚度越大,桩顶水平位移越小。最后通过分析土体模量对桩身水平位移的影响发现,桩身水平位移会随该层土压缩模量的增大而减小且Eur的影响将高于E50及Eoed的影响。     

双层顶管隧道施工引起的土体竖向变形规律研究

采用数值分析方法,研究了双层顶管隧道施工引起的土体竖向变形规律。研究表明:顶管隧道施工引起的地层移动主要是由于地层损失引起的。地层移动主要是垂向位移,其水平位移很小,可忽略不计。在垂直顶管走向上,地面沉降呈以顶管轴线为对称轴且开口向上的抛物线形状,其最大值发生在顶管正上方。在顶管施工过程中,先行施工的下层顶管引起的沉降约占总沉降量的80%;当上层顶管位置不变时,总沉降量随着下层顶管埋深的增大而线性增大;当顶管间距逐渐增大时,上层顶管开挖引起的沉降量与总沉降量之比逐渐减小,下层顶管引起的沉降量与总沉降量之比逐渐增大,下层顶管对上层顶管影响逐渐减弱。     

矩形基础地基破坏机理细观模型试验

采用自行研制的土体数字化变形测量装置,对承受中心荷载的矩形基础进行了室内细观模型试验,重点研究矩形基础沿着长边和短边剖面上土体位移发展直至破坏的全过程。研究结果表明:矩形基础下地基土位移的影响范围随着荷载增加而不断向竖向及水平方向扩展,沿着矩形基础长度和宽度方向竖向位移的影响深度在破坏时趋于一致,而基础宽度方向的水平位移影响范围约为长度方向的1.5倍,且沿着基础宽度方向地表隆起变形比长度方向大,沿着长度方向滑动面主要由基础两边的剪切滑动区及基础正下方的倒梯形弹性平衡区构成,沿着宽度方向弹性平衡区为三角形,矩形基础下弹性核的形状为横置的三棱台。研究结果为矩形基础地基破坏模型的建立提供了理论依据。     

水平—竖向耦合荷载下单桩承载性状数值分析

为了研究单桩基础在水平—竖向耦合荷载下的承载性状,以工程实例为基础,通过数值计算的手段建立了均质海相软黏土层中单桩受耦合荷载的计算模型,研究均质土层中竖向与水平耦合荷载作用下单桩的承载力、变形特点。结果表明：当施加的水平力未超过临界荷载,水平力的施加对单桩竖向承载力无影响;当施加的水平力超过临界荷载,水平力的施加对单桩竖向承载力有着不利的影响;水平力的施加延缓了竖向抗拔承载力破坏点的出现,且随着施加的水平力的增大,抗拔极限破坏点出现得越晚,水平力的施加提高了单桩抗拔承载力;预先施加竖向力会减小水平力产生的桩顶水平位移,提高单桩水平承载力;且存在一个最优的竖向荷载,使得桩顶水平位移最小,桩身弯矩最小。