静-动荷载作用下欠固结软土盾构隧道长期沉降与最优埋深计算方法

为研究地表堆载、列车荷载和欠固结软土固结沉降联合作用下的盾构隧道长期沉降数值及其变化规律问题,依托广州市南沙至珠海(中山)城际项目,利用PLAXIS建立有限元模型计算外部作用下的盾构隧道长期沉降值,通过单因素敏感性分析和非线性拟合方法分析各影响因子对长期沉降的影响并确定5种关键影响因子,提出长期沉降与最优埋深计算方法。研究结果表明:1)超固结比与隧道埋深对长期沉降影响最大,上部堆载荷载值、荷载作用宽度和列车荷载影响次之,而荷载距离、列车速度和渗透系数对长期沉降的影响可以忽略不计;2)为求解盾构隧道长期沉降值,提出静-动荷载作用下欠固结软土盾构隧道的长期沉降计算方法,计算值与模拟值吻合良好;3)将国家规范中盾构隧道变形控制值(20 mm)作为隧道沉降控制值,代入长期沉降计算公式,反推得到隧道最优埋深计算公式,其中软土欠固结特性对最优埋深影响最大。为有效控制长期沉降发展,建议将隧道整体置于较好的土层中,如需设置在淤泥及淤泥质土层中,则应进行地基处理、排水固结,以改善土体欠固结程度。

大型地下空间综合交通枢纽中巨型斜柱长期沉降的监测及预测分析

结构及其重要构件的长期沉降是影响地下空间综合交通枢纽施工安全的关键因素之一,对其开展监测与预测具有重要的工程意义。以深圳市黄木岗大型地下空间综合交通枢纽为研究背景,采用自动化监测系统,首先监测了12轴巨型斜柱施工后的119期长期沉降,分析其长期沉降规律,并评判其预警状态。监测结果表明,斜柱施工后,长期的沉降规律为先在安全状态内小幅波动,再增大至黄色预警状态,最后在安全状态与预警状态之间小幅波动。然后,利用109期监测数据分别构建斜柱沉降的反向传播(back propagation,BP)神经网络模型和遗传算法-BP(genetic algorithm-BP,GA-BP)神经网络模型,并预测之后10期的斜柱累计沉降量以对比验证两种模型效果。结果表明,相比BP神经网络模型,GA-BP神经网络模型的预测值与实测值更吻合。

欠固结地层盾构施工土体长期沉降分析

为研究欠固结地层中盾构隧道施工后周边地层的长期沉降特性,以及双曲线和指数曲线数学模型预测周边地层长期沉降的适应性,依托广州市某地铁隧道项目进行长期监测。结果表明:欠固结地层盾构施工后的实测沉降数据包含欠固结地层自身沉降和盾构施工引起的地层沉降。以各测点的增量沉降值绘制曲线,当横向土体增量沉降曲线不成槽后,实测沉降基本为欠固结地层的自身沉降。同一平面位置处,埋深越大的测点,其总长期沉降量越小,相对于盾构隧道施工前的地层原始状态,盾构施工后的隧道周边土体呈现密实化趋势。

武汉软土地区地铁隧道长期沉降规律及原因分析

以武汉地铁8号线出入段线矩形隧道为分析对象,将近5年的地铁运营监测沉降数据与隧道沿线工程地质条件、地下水及周边施工进行对比分析,系统研究地铁隧道长期沉降规律。结果表明,出入段线隧道最大累计沉降106.1 mm,且沿线形成了三个大的沉降槽。隧道结构下卧软弱土层较厚且分布不均、地下水位及上盖物业开发是导致出入段线长期沉降的主要原因。轨道交通结构的长期沉降问题,需要结合“设计—施工—运营”统筹考虑。

基于蠕变特性的吹填砂性土长期沉降计算

中东地区的港口码头一般通过吹填砂土造陆。受限于施工工艺,细粒易在吹填过程中形成淤积,从而导致沉降过大。当前的设计计算方法对于高细粒含量砂性土工后沉降的计算均未考虑细粒含量、矿物类型等因素,难以评估细粒含量对工后沉降的影响。为解决该工程问题,提出一种基于蠕变特性的吹填砂性土长期沉降计算方法,并与传统及基于原位试验的计算方法进行对比分析,验证了计算方法的可行性。

局部渗漏地铁隧道地表长期沉降研究

地铁隧道局部渗漏对地表长期沉降有较大影响。本文采用数值分析方法,将局部渗漏地铁隧道的衬砌等效为均质透水体,利用相对渗透性系数κ来反映其透水情况,对Abaqus软件进行二次开发,自编USDFLD子程序以实现相对渗透性系数κ随地铁运营时间的发展线性增大的条件,探究隧道局部渗漏程度随地铁运营时间的发展而加剧时,软土地区地铁隧道地表长期沉降发展的规律。结果表明,当κ由下限值随运营时间线性增加至上限值时,相应地表沉降值介于κ取上下限时的沉降值之间,且沉降值大小与κ取上限时的地表长期沉降值较为接近,相对渗透性系数κ越大时该特点越明显。沉降初始发展速率介于κ取上下限时的沉降初始发展速率之间,且地表最大沉降发展速率的衰减速度小于κ取上下限时的衰减速度。

基于长短期记忆网络模型的堆载作用厂房桩基长期沉降预测

为有效预测堆载作用下厂房桩基长期沉降变形特征,基于长短期记忆网络模型具备的容错性高、记忆功能强等优势,建立了长短期记忆(LSTM)网络预测模型;结合四川省攀枝花市某工业厂房工程,对比分析了指数预测模型和LSTM网络预测模型预测堆载作用下厂房桩基长期沉降变形特征的能力。研究结果表明:LSTM网络预测模型可自动识别复杂数据源中的关键信息,因而可有效表征厂房桩基长期沉降变形的非线性特征,相较于指数预测模型,LSTM网络预测模型具有精度高、误差小等显著优势,可为保障类似厂房长期的稳定性和安全性提供有效理论支撑。

衬砌局部渗流对软土隧道地表长期沉降的影响研究

软土隧道地表长期沉降特性与隧道的渗透性以及周围土体的时效特性密切相关。在综合考虑隧道的局部渗透性以及土体时效特性的条件下,采用数值模拟的方法,对隧道长期性态发展过程中衬砌局部渗流对地表沉降、沉降槽及地层损失的影响进行了分析,在此基础上对上海地铁2号线某区间隧道长期沉降的发展进行了预测和比较。

泥炭质土层盾构施工扰动引起隧道长期沉降的研究

为了研究泥炭质土层盾构施工扰动引起隧道的长期沉降问题,将隧道周围土体视为连续、均质、各向同性的饱和黏弹性介质,采用五元件模型描述泥炭质土的流变特性,耦合Terzaghi-Rendulic二维固结理论,建立了隧道衬砌在完全不透水的情况下,盾构施工扰动引起周围土体超孔隙水压力消散的控制方程。采用分离变量法、保角映射、Laplace变换及逆变换等数学方法对该控制方程进行求解,得到了隧道周围土体超孔隙水压力消散的解析解,最后对土体的竖向应变进行积分获得了隧道长期沉降的计算公式。结合一工程算例分析了昆明泥炭质土层超孔隙水压力消散及隧道长期沉降的变化规律,研究结果表明:与上海软黏土相比,在初始阶段泥炭质土层中超孔隙水压力的消散速度较快,然后迅速变缓并趋于稳定。泥炭质土层中隧道的长期沉降持续时间更长且沉降量更大,在900 d的时间内隧道沉降趋于稳定,其累积沉降量约高达150 mm。此外,昆明泥炭质土的流变特性显著,如将土体中超孔隙水压力消散90%作为主固结沉降的完成时刻,则土体次固结沉降约占隧道总沉降量的36%,是隧道长期沉降中不可忽视的一个重要组成部分。

局部渗漏水对盾构隧道长期沉降的影响规律

隧道变形的稳定可控是地铁安全运营的重要保障之一.以上海地铁二号线工程为研究背景,在考虑土体固结与渗流耦合,以及软土流变特性的基础上,通过三维数值模拟重点研究了不同渗漏位置和程度对隧道周围土体孔隙水压力分布、隧道及土层沉降的作用机理.研究发现,隧道局部区域发生渗漏时,随着渗漏程度的增大,隧道渗漏区域周围土体孔压降低的程度不断提高,受孔压降低影响的范围扩大,隧道及地面长期沉降也随之变大;渗漏总环数相同时,与仅隧道中部发生渗漏工况进行对比,隧道三处区域同时发生渗漏时产生的土层沉降槽范围和隧道沉降量较大.

车振荷载引起的软土越江隧道长期沉降分析

随着越江隧道建设的高速发展,车振荷载引起的隧道长期沉降已成为亟待解决的问题。针对一些由于交通车辆运行引起的饱和软土地基长期沉降问题,比较实用的预测方法是基于循环累积变形的经验拟合公式。考虑到土体的真实K0固结应力状态对土体强度和变形的影响,对笔者以前提出的经验拟合公式进行了改进,建立了K0固结条件下软黏土的不排水累积应变与累积孔压实用计算公式;并对上海地区典型饱和软土所进行的非等向固结不排水循环三轴试验结果进行了经验拟合,得到了相关参数。同时结合工程实用的分层总和法,建立了长期沉降的简化计算方法,最后对某越江隧道工程的长期沉降进行预测。

黏土中隧道开挖引起的地表及地表以下土体长期沉降计算方法

基于Mair提出的隧道开挖引起的土体瞬时沉降的理论以及进行的有限元数值模拟结果,推出地表及地表以下不同深度土体长期沉降的计算方法。首先模拟了Ong的离心机试验以验证数值模型的合理性,然后对隧道开挖引起的不同深度处土体长期沉降问题进行了模拟研究,建立了长期和瞬时情况下地层损失率之间的关系,并推导出长期情况下各深度处沉降槽宽度系数和最大沉降值的计算式,从而可确定沉降槽的形状。经与现场实测资料和数值模拟结果对比,验证了方法的合理性,可作为实际工程的借鉴。

考虑蠕变性状的港区软土地基参数反演和长期沉降预测

结合上海某集装箱码头建设项目,针对本工程深厚淤泥质黏土的场地条件,引入Mesri蠕变模型考虑堆场地基的长期蠕变变形。利用施工期和工后短期实测分层沉降资料,由最小二乘法建立目标函数,运用分层迭代反演方法反演得到各软土层的黏弹性参数;将反演得到的土层参数代入自行编制的沉降计算软件,计算得到地基沉降量,并将计算值与实测值进行对比,对比结果证明了参数反演的可靠性;利用反演得到的土层参数对工后的长期沉降进行了预测,为本工程的安全运营提供了指导。

盾构侧穿邻近古建筑地表长期沉降预测与分析

结合上海地铁11号线侧穿徐汇天主教堂的实际工程,考虑MJS桩加固及建筑物存在对地表长期沉降的影响,采用数值计算和现场实测相结合的方法,对盾构侧穿邻近古建筑地表长期沉降进行预测和分析。计算结果表明,地表长期沉降随时间逐渐增大最后渐趋稳定,而由于MJS桩加固作用及建筑物的存在,地表长期沉降槽与传统形式有很大差异,表现出明显不对称性。此外,由于MJS桩的保护,有效控制了加固区附近的长期沉降,降低了长期沉降对周围环境的影响。从数值计算结果与现场实测情况来看,两者反映的规律基本一致,可验证数值计算方法的可靠性。基于上述研究成果,讨论MJS桩加固、建筑物、扰动范围以及蠕变参数等变化对地表长期沉降的影响,可为今后类似工程提供借鉴。

飞机荷载作用下超载预压软土地基的长期沉降

为了研究超载预压地基在飞机荷载作用下的长期沉降,通过对温州淤泥质黏土进行室内循环三轴试验,建立饱和软黏土的累积塑性应变模型和累积孔压模型.利用层状弹性理论计算地基中的动偏应力,结合已建立的经验模型得到在交通荷载作用下软土地基的累积塑性应变和孔压消散应变.采用分层总和法计算飞机荷载作用下温州机场跑道超载预压地基的长期累积沉降,将计算沉降值与实测沉降值进行对比,验证了饱和超固结土不排水累积塑性应变模型和累积孔压模型的合理性.

软土隧道地表长期沉降的粘弹性流变与固结耦合分析

随着城市地铁的大量投入使用,软土隧道长期沉降问题也得到越来越多的重视.为了研究软土隧道长期沉降随时间的发展规律,采用粘弹性流变模型并耦合太沙基固结理论对软土隧道地表长期沉降进行了分析、预测.结果表明,软土隧道的长期沉降持续时间长,和瞬时沉降相比,长期沉降量也比较显著.计算发现,耦合太沙基固结理论的粘弹性流变分析方法是隧道长期沉降分析的一种简化有效的计算方法.

考虑应力应变时间效应的桩基长期沉降计算方法

土体的应力应变时间效应对桩基长期沉降有重要影响。在长期荷载作用下桩基的沉降主要包括两个部分:桩尖刺入量和桩底土体的蠕变压缩沉降。采用Mesri蠕变模型描述土体的蠕变行为,用桩的Mindlin应力公式计算桩端和桩侧荷载在桩端平面以下产生的附加应力,用Boussinesq应力公式计算承台分担荷载产生的应力。分别给出了桩尖刺入量和桩底土体蠕变压缩量的计算方法,从而提出了一种考虑土体蠕变效应的桩基长期沉降计算方法。计算结果与桩基长期监测结果较为吻合,表明在获得可靠的计算参数后可用提出的方法估算桩基长期沉降。

软土地层盾构隧道长期沉降与施工因素初探

软土地层中地铁盾构隧道长期沉降与隧道的结构安全和地铁日常运营息息相关,受到工程界的重视。通过收集分析国内外典型软土地区盾构隧道长期沉降实例,指出施工扰动和管片漏水是长期沉降的最主要因素。然后结合苏州地铁的地表沉降监测数据,分析了盾构隧道施工期沉降的主要因素。最后在地铁隧道基底沉降实测数据的基础上,利用常用的数学模型,预测该隧道的长期沉降量。实测数据分析表明:由切口土压力、盾构外壳与地层的摩擦和盾尾注浆引起的施工扰动是引起地铁盾构隧道施工期沉降的主要原因,常用的数学模型能够大致地模拟地铁盾构隧道的长期沉降。

列车振动荷载下铁路粉土路基的长期沉降

结合路基粉土在循环荷载下的动力特性试验,提出动回弹模量与累积变形的预估模型.通过动力有限元分析并与现场实测相比较,研究在列车荷载作用下铁路粉土路基的动应力响应.建立列车在运行条件下铁路粉土路基长期沉降的计算方法,探讨列车速度、轴重、轴载次数以及道床、路基参数等对路基长期沉降的影响.研究表明:当线路平顺性较差且路基压实系数不高时,铁路粉土路基的长期沉降随列车速度提高线性增大,随轴载次数增加先快后慢增长,且列车轴重越大或路基压实系数越低,沉降速率越快;当粉土路基压实系数较低时,适当增加道床厚度或提高路基压实系数均能显著减小路基长期沉降;在列车动载下铁路粉土路基的长期沉降存在一个"临界影响深度",路基压实系数越低,影响深度越大.

软土地区地铁行车荷载引起的隧道长期沉降分析

为讨论软土地区地铁运行引起的隧道长期沉降问题,对饱和软黏土室内循环加载试验数据进行分析,研究K0固结条件对轴向循环塑性累积应变的指数计算模型幂指数取值的影响,并对已有经验拟合公式进行改进,建立了K0固结条件下软黏土累计塑性应变计算公式。通过上海地区典型饱和软黏土循环加载试验数据验证改进模型的合理性,得到模型的相关参数。模型能够更好反映偏压固结条件下循环加载轴向塑性累积应变的发展规律。同时应用轨道结构单层梁模型,改进有限差分数值模拟中荷载施加方式,结合工程实用的分层总和法,对上海某地铁区间隧道的长期沉降进行预测。