三维有限元中奇异点源的简化分析方法

减压井是渗流控制的重要手段,减压浅井井底的入渗量不可忽略。在渗流场有限元有关井的计算中,含水层与井半径有巨大尺寸差异,只有将井周围的网格尺寸限制在厘米级或更少,才能达到合理的精度,但效率过低。为提高效率,分析时通常将井底简化为点源。由于点源附近的水头梯度极大,是奇异点,有限元中通常要进行等效处理才能保证全局的精度。提出了以零体积点元模拟点源的方法,该方法基于修正井水位法,利用点源解析解及四面体渗流单元,推导了点元单元的显式解。使用该点元单元模拟井底,可以在不失全局精度的条件下用大网格对点源进行模拟,避免了迭代计算,极大提高了利用三维有限元模拟点源的效率。详细介绍了该点元显式解的推导过程,验证其计算精度,并探究出简化计算方法的适用范围。最后介绍了该方法在实际排水减压抗浮工程中的应用。

后注浆技术在提高钻孔灌注桩单桩承载力的应用分析

文章介绍了合肥市一大型商业广场机械钻孔灌注桩场地试验桩承载力检测的相关情况。由于试验中发现桩顶总沉降量很大,基桩承载力未充分发挥。在基本参数不变的情况下,施工单位在附近区域采用后注浆技术再次施工了一组试验桩,并进行了承载力检测和内力测试。通过两组试验数据比对和桩身应力分布情况可以看出,该地区桩长较长的泥浆护壁灌注桩采用后注浆技术可以明显提高承载力。

盖挖法地铁基坑施工对围护结构及其与立柱差异沉降影响

本文依托武汉地铁12号线中一路站基坑工程,采用Plaxis3D有限元软件建立数值模型,研究不同施工阶段地连墙水平位移、地表沉降和地连墙与立柱差异沉降的影响及变化规律;与明挖法相比,采用主体结构多次分段浇筑并架设内支撑方法对原方案进行优化分析。结果表明:随着基坑的开挖,地连墙水平位移和地表沉降逐渐增大,而地连墙与立柱的差异沉降呈现波动变化;与明挖法进行对比,盖挖法可有效控制基坑变形和降低对周边环境的影响;随着分段浇筑的层数和支撑道数的增加,基坑变形有减小的趋势,地连墙与立柱的差异沉降依旧呈现波动变化,当每个楼板间分3层浇筑且中间架设两道撑时,地连墙最大水平位移可减少22.47%左右,最大地表沉降可减少19.01%左右,本文得到的结论可为类似工程的设计和施工提供参考。

考虑渗流作用的基坑受力变形分析

基于稳态渗流理论,依托太原市某地铁站附属基坑建立了考虑渗流与不考虑渗流的2个深基坑开挖支护过程的三维有限元模型,分别对基坑考虑渗流与不考虑渗流的坑内外稳态孔隙水压力、有效土压力、围护结构侧向变形及坑外地表沉降规律进行对比分析,揭示了渗流对基坑受力变形的影响不容忽视。基坑变形分析结果表明,采用考虑渗流作用的分析方法与不考虑渗流的情况相比其结果更接近实测值,证明该方法合理可靠,并基于此提出了改进的深基坑设计方法。

常州城区承压水影响下基坑抗突涌稳定性判定

以常州地铁2号线青枫公园站深基坑工程为例,通过有限元软件建立承压水条件下基坑开挖计算模型。利用数值模拟方法研究承压水条件下基坑稳定性及周围环境变形影响,将数值计算结果与基坑抗突涌理论判定计算结果进行对比得到合理的基坑抗突涌隔水层临界厚度值。结果表明:传统的基坑抗突涌压力平衡判别法计算得到的隔水层临界厚度值偏大,而基于强度破坏的数值模拟判别法得到的隔水层临界厚度值偏小,基于变形控制的基坑突涌数值模拟判别标准得到的隔水层临界厚度值较合理。

地铁车站深基坑开挖变形智能多步预测方法

为更好预测深基坑开挖期间地下连续墙的侧向位移变形,基于长短期记忆神经网络(LSTM)智能算法理论构建了LSTM多步预测模型.首先对多步预测模型的多输出策略进行论述,其次详细介绍了LSTM多步预测模型的构建方法,并对模型输入集空间维度和时间维度两项超参数进行探究,以提高模型的预测准确度.最后依托某富水砂土深基坑工程实例,分析了模型预测值与实际监测值的差异.3个典型监测点的数据分析结果表明LSTM多步预测模型具有较强的泛化能力,相关算法对深基坑开挖变形预测方法的改进优化具有参考价值.

地铁车站软土深基坑开挖变形全过程数值模拟研究

软弱土层的深基坑施工会引起周边道路开裂及临近建(构)筑物沉降,如变形过大则会对周边建(构筑物产生不利影响。文章以南京地铁5号线虹桥站地铁车站为研究背景,基于有限元软件建立了地铁深基坑全过程开挖的三维数值模型,其中土体采用摩尔-库伦本构模拟其力学行为,结合特定断面对软弱土层基坑开挖施工过程的支护结构性状和基坑土体变形的情况进行分析。数值计算结果与实测对比表明:围护结构侧位移与实测比较一致,沉降值较实测偏小,分析其原因可知施工过程中的一些临时荷载,在数值模拟中并未体现,所以导致了两者的差异。因此,在实际施工中应着重控制基坑周边的地面超载,避免产生过大沉降和地表倾斜。

降水条件下基坑宽长比对邻近既有隧道变形的影响

针对基坑降水施工时对邻近既有隧道变形的影响已有学者进行研究,但降水条件下基坑宽度与长度的比值对隧道最大竖向位移的影响尚有空白。为探讨基坑降水时基坑宽长比对邻近隧道的变形影响,首先借助模型试验研究邻近隧道在基坑宽度和降水深度改变时产生的受力变形规律,再利用数值软件进一步分析基坑宽长比的影响,最后针对隧道竖向位移进行归一化处理,分析了不同降水深度影响下基坑宽长比对邻近既有隧道变形的影响规律。结果表明:通过模型试验可以发现,降水会使坑外出现明显的降水漏斗,并且随着基坑宽度和降水深度的增加,出水量会逐渐增加,坑内水位不断降低,既有隧道的竖向位移和弯矩产生明显变化,坑外隧道呈现压扁式的“横鸭蛋”变形。通过数值分析可以发现,当基坑宽长比较小时,应将宽长比和降水深度综合考虑,而当基坑宽长比较大时,应格外避免超降现象。另外,通过归一化发现,各降水深度下的位移曲线近似满足同一函数关系,当基坑宽长比小于0.4时,基坑宽度越大隧道位移越大;当基坑宽长比大于0.5时,隧道的竖向位移不会随着基坑宽度的增加而增大,但隧道位移的范围会增加4至5倍。

浅层地热开采中砂岩单裂隙渗流传热试验研究

浅层地热能的开发利用关系着“双碳”目标的顺利达成,其中目标储层岩石裂隙渗流传热特性的研究对地下水源热泵系统的成效至关重要。但以往的裂隙渗流传热研究多是考虑粗糙面、流速、围压、温度等单一因素对其传热效率的评价,并未系统探究多级流速下浅层地热储层(围压和岩石温度)变化对渗流传热演化规律的认识及其贡献程度的对比。因此,文章基于课题组自主研发的裂隙岩石渗流传热试验系统,开展了多级流速下的砂岩单裂隙渗流传热试验,分析了单裂隙渗流传热在多级流速下的全过程演化特性,探讨了浅层地热中的敏感性参数(围压和岩石温度)对渗流传热的影响规律及其贡献程度。试验结果发现:(1)出口水温和对流换热系数随水流流速的增大,其变化趋势有明显的阶段性转折;(2)围压的增大导致裂隙开度减小,流动边界层变薄,而温度梯度的增大将引起热流密度的上升,都将导致出口水温和对流换热系数呈现上升趋势;(3)岩石温度的贡献程度明显高于围压,特别是从60℃增大至70℃时,对流换热系数有了大幅度增长。

层状地基土水平抗力比例系数反演的杂交粒子群算法

土的水平抗力比例系数是基坑支护结构变形计算的重要参数,针对层状地基土中水平抗力比例系数反演的多目标优化问题,结合支护结构水平位移实测值和杆系有限元法,提出基于粒子群算法(PSO)的层状地基土水平抗力比例系数反分析法。给出水平抗力比例系数和目标函数精度双控的反演计算收敛条件和水平抗力比例系数最优解稳定条件。在利用基坑工程数值模型验证反演参数准确性基础上,运用工程实例进一步验证杂交粒子群算法(breedPSO)在水平抗力比例系数反演计算中的适用性。对比分析优化方法的计算效率和反演参数的收敛特性。结果表明:杂交粒子群算法具有更高的计算效率和计算精度,为合理反演水平抗力比例系数提供了有效途径。

临水强透水地层船闸基坑帷幕防渗与管井降水措施研究

临水强透水地层总是伴随着高地下水的特点,对于该地层的基坑施工易造成许多危害和不利影响,因此需要采用帷幕和管井的防渗降水措施,目前对于帷幕和管井的防渗降水效果的评价方式仍处于探索阶段。利用ABAQUS有限元计算软件,分别对帷幕和管井作用下的基坑渗流特征进行研究,采用单宽渗流量、帷幕降水深度、边坡水位作为帷幕防渗效果的评价标准,采用管井流量和边坡水位作为管井降水效果的评价标准,对帷幕深度和帷幕距基坑的距离以及管井深度、管井间距和管井半径进行敏感性分析,并对帷幕管井共同作用下帷幕和管井的防渗降水效果进行分析,为船闸基坑工程中帷幕和管井的布置方案提供设计依据。

基坑开挖对临近桥墩的影响

本文依托绍兴高铁北站TOD(transit-oriented development)综合体深基坑工程,通过现场实测和数值模拟研究不同施工阶段对紧邻高架桥变形和倾斜率的影响和变化规律;采用坑外加固的方法对施工过程进行优化分析,总结距离对高架桥的影响规律。结果表明:随着基坑的开挖,高架桥的桥墩和桥桩基的变形逐渐增大,且桥墩的变形比桥桩基的变形大;随着坑外土体加固深度的增加,桥墩顶和桥桩基的竖向位移逐渐减小,加固深度越深,对高架桥的位移控制效果越好,当加固深度为30 m时,位移减小了50%,有效地保护了紧邻高架桥的安全,在实际施工中建议加固深度取为基坑的开挖深度最佳;桥墩和桥桩的变形随着高架桥距基坑的距离的增大总体上呈现出逐渐减小的趋势,当高架桥距离基坑较近时,会受到坑角效应的影响,出现波动减小的趋势。结论可为基坑设计和施工及类似工程提供依据和参考。

基坑开挖顺序对围护结构及既有高铁站的影响分析

依托绍兴高铁北站TOD综合体深基坑工程,分析了基坑分区、分块施工等开挖顺序对地连墙水平位移和临近高铁站房竖向位移的影响和变形规律。研究结果表明:不同开挖顺序对基坑及周边建筑物的变形影响显著,而仅考虑优化基坑的开挖顺序是不全面的,必须考虑地下主体结构施工引起的基坑地连墙刚度和边界条件的变化等因素。对于超大型基坑,综合考虑施工工期和经济性等因素,跳坑开挖可以显著地减少对周边的影响,开挖后应及时进行地下梁、板等的浇筑,与地下结构不浇筑相比,地连墙最大水平位移可减小45.96%、相邻高铁站房最大竖向位移减小34.65%。文中得出的结论可为类似工程设计和施工提供依据和参考。

邻近既有高速铁路深基坑降水问题探讨

针对既有高速铁路附近深基坑降水问题,以某高速铁路盾构井为研究对象,开展现场水文试验以分层获取岩土层渗透系数,探讨渗透系数对基坑降水浸润线的影响,并采用不同方法预测基坑涌水量。首先介绍了深基坑降水设计所需水文地质资料来源,然后绘制既有高速铁路桥墩的水文地质断面图,以检算基坑降水对既有高速铁路的影响是否符合规定限值,为设计合理的降排水措施提供依据。本文的研究成果可为类似工程提供参考。

富水砂卵石地层深基坑降水特性及涌水量研究

以洛阳市周山大道下穿开元大道路口明挖深基坑工程为依托,分析各降水参数改变对渗流场分布与降水效率的影响。通过Midas GTS NX有限元软件,模拟分析不同降水参数下降水井抽排地下水情况,同时建立了标准状态下涌水量特征曲线,并针对非标准状态提出涌水量修正方法。结果表明:除地层渗透系数改变地下水流速外,其他参数均会导致流网形态发生改变,与阻隔效应耦合后将间接影响降水速率。另外,通过工程实例验证考虑止水帷幕阻隔作用后的深基坑涌水量预测公式及其修正函数具有合理性,可应用于砂卵石地层深基坑降水工程。

富水地层基坑施工降水试验研究

依托于裕溪船闸富水砂层的基坑工程,通过现场布置抽水井以及观测井,研究了地下水位变化,并根据降水试验数据,运用降水理论公式计算了富水砂层的渗透系数以及井阻,分析了井阻对于降水效能的影响。试验结果表明临水富水砂层地段施工降水易引起场区地下水补给,井阻占降水降深极大的比例,降水方案设计中需考虑井阻对降水性能的弱化作用。

超深富水基坑开挖工程突涌以及变形分析

以宁波轨道交通7号线明海大道站标准段超深基坑工程为例,通过模拟承压水作用条件下的基坑开挖模型,研究了基坑开挖对周围环境的影响。在数值模拟的结果基础上,结合基坑抗突涌验算,预测了地面沉降、地下连续墙的变形以及基坑内隆起变形,并进行了参数研究。结果表明:基于HSS本构模型模拟超深富水基坑开挖工程,地连墙水平变形值和坑底隆起变形均小于位移控制值,与现场实际和工程经验一致;经验算,基坑抗突涌与基坑底部稳定性均满足要求。因此无需进行降承压水处理以及坑底加固,现有施工方案已能满足工程的安全性考虑;参数研究表明,基坑变形对地下连续墙入土深度并不敏感。在宁波地区进行深基坑工程时,不建议采取增加地下连续墙深度的方式来控制变形。

层次分析法在基坑支护方案比选优化中的应用

基坑支护工程是一个较为复杂的综合性工程,在工程施工中选择一个合适的基坑支护方案很重要。文章应用层次分析法进行基坑支护方案的比选优化,建立层次结构模型,并将其目标层、准则层细化为指标层,通过专家对各指标的评价意见以及相关规范对最后确定的方案进行有效分析,优选出最佳的实施方案,并利用YAAHP软件辅助验证优选出的方案结果的准确性,确保基坑支护的可行性、安全性等性能达到最优,从而使实际工程施工满足要求。

深基坑分区施工对紧邻地铁结构变形影响与保护对策分析

文章通过对某地下人防项目基坑施工期间紧邻的地铁结构变形影响分析表明:外部深基坑土方开挖期间对邻近的地铁结构变形影响较为明显,但在基于“分层分块、先撑后挖、及时封底”的开挖原则下,通过优化施工方案,可以有效控制地铁结构的最终变形量。

净水厂地下箱体深基坑绿色施工技术

基于无锡市北尖公园净水厂基坑工程,开展EPC模式下基坑开挖专项方案绿色施工技术研究,对地下箱体基坑支撑体系、开挖方法及运输方式等进行比选,在充分考虑节能减排的基础上,确定施工方案为两道钢筋混凝土支撑的围护结构+放坡马道开挖方法,土方外运首选水运,水运受限时结合陆运,合理规划场内、场外运输路线。实施后可减少碳排放量超过648.26 t,实现绿色低碳的环保目标。