基于测斜的软土地铁深基坑地下连续墙估算弯矩精度研究

通过数值分析获得了不同工况下软土地铁深基坑的侧向变形值及计算弯矩值,基于6次多项式对侧向变形进行拟合,并结合弯矩估算方法确定估算弯矩值。同时对比了估算最大正弯矩值、最大负弯矩值与计算最大正弯矩值、最大负弯矩值之间的误差。研究结果表明:采用6次多项式拟合基坑侧向变形的平均绝对误差最大值仅为0.25 mm,拟合精度较高;采用最小二乘法曲线拟合的弯矩估算方法会高估地下连续墙受到的弯矩值,平均高估4.5%左右,因此可以采用估算弯矩值进行安全预警,但结论是偏于保守的,同时也要注意其可能导致的虚警、假警情况。

MJS工法桩在滨海地区软基加固工程中的应用

为探究MJS(Metro Jet System)工法桩大面积施工对周边环境的影响及其安全性,基于福建省滨海地区首例MJS工法桩加固涉铁软基工程实例,通过试桩试验探讨施工工艺并全面分析桩施工对周边环境影响规律。结果表明:单桩施工对土体扰动微小,而多桩施工产生的累积效应不可忽略;土体深层水平位移沿土体深度总体呈“上大下小”趋势,根据桩侧不同距离土体的深度影响范围,结合工程实际将桩周边土体划分为主影响区、中影响区和微影响区;土体孔压变化率沿深度方向总体呈先增大后减小现象,深处结构性扰动较小的软土对喷浆压力较敏感;MJS试桩施工中,临近高铁桥墩台的变形基本呈无规律振荡状态,试桩施工结束后随软土结构重组,墩台变形趋于稳定,且绝对值及差异沉降均远小于规定值,不会危及墩台结构稳定性及高铁运营安全。

缩管式恒阻大变形锚杆抗冲击特性及其治理岩爆潜力研究

深部岩体非线性大变形特性引发的岩爆灾害一直是岩土工程的世界性难题,严重制约了工程建设的施工进度和工程安全,加强对岩爆防治措施的深入研究刻不容缓。基于钢管挤压变形原理,提出了一种新型的缩管式恒阻大变形锚杆,该种锚杆可在容许较大的变形量的同时提供较高的恒阻力。在前期研究的基础上,通过落锤冲击试验探索了缩管式恒阻大变形锚杆的抗冲击性能。试验结果表明:在整个冲击过程中,缩管式恒阻大变形锚杆的工作阻力稳定在150~180 kN范围内,恒阻特性显著;缩管式恒阻大变形锚杆吸收能量大、效率高,单次可吸收冲击能量为53kJ;在冲击过程中,试件压缩率仅减小了0.54%~1.43%,变形情况较为稳定。缩管式恒阻大变形锚杆具有良好的抗冲击特能,可为地下工程建设过程中岩爆灾害的治理提供有力的技术支撑。

多圈管冻结温度场特征分析及工程应用

多圈管冻结工法已在深厚地层井筒掘砌中广泛应用,但对多圈管冻结温度场需进一步深入研究.以某冻结井筒为原型,对关键层位开展冻结管无偏斜条件下的冻结温度场模型试验、进行冻结管偏斜条件下的温度场数值计算,同时利用温度场信息可视化软件对现场实测结果进行分析.将三种测试手段获得的结果进行比较,得出冻结管偏斜对冻结壁有效厚度影响较小,但对冻结壁平均温度、冻结壁交圈时间影响都很大,且容易在冻结壁内部产生密闭未冻承压水仓,造成冻胀力聚集,对冻结壁整体稳定性及井筒开挖不利.其结果可为多圈管冻结法凿井设计与施工提供参考.

高应变率荷载作用下钢筋与ECC的黏结滑移关系研究

采用水泥基复合材料(engineering cementitious composite,ECC)替代混凝土可以提高结构在偶然荷载作用下的抗连续倒塌性能,但在悬链线大变形阶段钢筋与ECC间可能会出现黏结滑移破坏。基于分离式霍普金森压杆(SHPB)试验装置,进行了钢筋与ECC的动态黏结滑移性能试验,分析了ECC强度等级、应变率、钢筋直径对极限黏结强度、刚度和滑移量的影响规律,获得了高应变率下钢筋与ECC的平均黏结滑移曲线,得到其黏结滑移破坏模式。并与静态黏结滑移试验进行对比,得到了动态黏结强度增强因子。进一步,通过钢筋开槽内贴应变片法,获得不同锚固位置的黏结应力及相对滑移的分布规律,提出黏结位置函数。最后,根据试验结果得到钢筋与ECC平均黏结滑移本构,进而乘以黏结位置函数得到考虑锚固位置影响的动态黏结滑移本构,为ECC结构构件设计及有限元分析提供试验依据和理论参考。

基于B样条曲线的心轨重构廓形参数影响分析

针对固定辙叉钢轨廓形不规则变化特点,基于B样条理论提出一种考虑固定辙叉钢轨断面廓形特征的参数化设计方法,并提出拟合钢轨廓形贴合度评价指标和关键控制参数对廓形贴合度影响权重指标;以60 kg/m钢轨12号固定辙叉为例,采用DOE(design of experiments)方法分析轨顶横坡、侧面纵坡和复合圆弧段比例系数对心轨轨头整体廓形、轨顶面廓形和侧面廓形的影响.结果表明:1)在心轨20 mm断面,轨顶横坡、侧面纵坡和复合圆弧段比例系数对心轨整体廓形变化的影响权重分别为21.08%、56.89%和22.02%,对心轨顶面廓形变化影响权重分别为8.42%、61.95%、29.63%;在心轨50 mm断面,各关键控制参数对心轨轨头整体廓形变化影响权重分别为55.9%、33.38%、10.72%;侧面纵坡对心轨20 mm和50 mm断面的侧面廓形变化影响权重分别为76.82%、66.04%.2)当心轨轨头宽度为20 mm时,侧面纵坡对各部分廓形变化影响均达到50%以上;随着心轨轨头宽度的增大,心轨轨顶横坡对整体廓形变化影响权重由21.8%增至55.9%,侧面纵坡和复合圆弧段比例系数影响权重则分别减小41.3%和51.3%.

聚丙烯纤维再生混凝土主破裂前兆特征研究

为研究聚丙烯纤维再生混凝土的破裂尺度和主破裂前兆特征,设计制作了20组粗骨料替代率为25%和50%的试件,通过开展单轴压缩声发射试验,提取聚丙烯纤维再生混凝土破裂过程声发射能量和主频。以能量为媒介,探讨破裂尺度和声发射信号特征之间的对应关系。采用K-means聚类方法将大尺度破裂和小尺度破裂进行二维聚类分析,然后运用支持向量机得到大尺度破裂和小尺度破裂两类聚类的分界线。分析了聚丙烯纤维再生混凝土破裂过程声发射信号演化规律,发现存在声发射事件率减少,大尺度破裂信号增加,低能量小尺度破裂信号消失等特征。引入前兆响应系数概念,计算结果表明低能量小尺度破裂信号消失特征的前兆响应系数最大,前兆响应时间最早。

象山隧道拓宽改造工程方案研究

对象山隧道拓宽改造工程方案进行研究。对比增建隧道、大开挖道路、原位拓宽3种扩建形式,综合分析象山隧道工程现状、拓宽改造基本原则和影响因素,提出原位拓宽形式的合理性。分析原隧道两侧小洞各拓宽成3车道、保留中间两个大洞和原隧道两侧大洞连通小洞各改建为一个大洞两种原位拓宽改造方案,从结构受力、营运能力、施工难度、交通影响和经济性等方面进行比选,确定可行性方案。对连拱隧道拓宽改造施工提出建议,为今后类似的隧道拓宽改造工程提供参考。

不同固结路径下钙质砂固结排水强度性状研究

钙质砂是我国南海岛礁建设的主要吹填材料,岛礁建筑施工中钙质砂地基将受到不同固结路径外荷载作用,开展不同固结路径下钙质砂的固结排水强度特性研究是岛礁地基建设的迫切需求。对取自我国南海某吹填岛礁的钙质砂开展不同固结路径三轴固结排水剪切试验,探究钙质砂的强度参数和颗粒破碎程度随固结路径的演变规律。研究结果表明:钙质砂的应变软化和剪胀特性随平均有效应力的增大、有效主应力比的增大而逐渐减弱;与等向固结工况相比,随着有效主应力比减小至0.45时,钙质砂固结排水峰值强度折减系数介于0.60~0.95之间;在常规应力范围内,当有效主应力比增大,峰值内摩擦角呈减小趋势,介于38°~53°之间。在固结阶段,颗粒破碎程度随偏应力的增大而变大,但在剪切完成后颗粒破碎程度反而最小,剪切阶段的颗粒破碎占主导地位;验证了不同固结路径下峰值内摩擦角与相对破碎率的定量关系式,计算得到的峰值内摩擦角预测值为实测值的0.8~1.2倍。固结应力路径和固结压力不同引起的颗粒破碎程度差异,是导致剪切后钙质砂固结排水强度性质差异的主要原因。

基于量纲分析的深埋硬岩相似材料研究

为获得具有岩爆倾向性的深埋灰岩相似模型,基于量纲分析方法引入岩爆能量原理建立岩爆相似准则,参考原岩相关参数结合岩爆相似准则推算相似模型对应的原岩目标相关参数。引入岩爆倾向性指数、弹性能和耗散能,以石英粉含量、重晶石粉含量、石膏水泥质量比、水含量为影响因素采用4因素5水平的正交试验方案,进行单轴抗压试验得到各项参数。对试验结果进行敏感性分析并将优选试件进行二次优化试验完善配比,将试件与目标相似模型参数误差降低在10%以内,结果表明,二次优化后的模型试件与目标相似模型误差为5%。对优化后的试件设置不同的冲击速度进行动态冲击力学试验,其峰值应力规律符合灰岩动态破坏时规律,为灰岩室内静力学与动力学相关研究提供参考。

卸压孔设置对冻结暗挖隧道冻胀卸荷影响研究

冻结法暗挖隧道施工中,冻胀常导致土体和隧道等发生大变形,给地铁隧道和周边环境以及建(构)筑物带来不利影响。以福州市滨海软土地层冻结暗挖隧道工程为例,通过对原型工程建模和非线性分析,综合实测数据及工程情况,分析冻胀变形分布规律和设置卸压孔前后冻结暗挖隧道的位移变化特点。研究结果表明:人工冻结加固技术结合卸压孔应用,对土体冻胀力的释放和冻胀变形的控制效果较好,与没有设置卸压孔时的地层相比,卸压孔在冻土帷幕冻结交圈形成后,为土体冻胀提供自由变形空间,降低了土体的冻胀位移和冻胀应力;冻结期末2个冻结暗挖隧道中心点纵向剖面处冻胀位移最大值由28.88 mm降至16.75 mm,冻胀应力最大值由335 kPa降至265 kPa,卸压作用效果明显。研究结果可为人工冻结暗挖隧道工程提供借鉴和参考。

碱激发富镁镍渣淤泥固化土USC及机理分析

研究固化剂质量分数(固化剂掺量)、淤泥水的质量分数及碱激发剂种类等因素对淤泥固化土无侧限抗压强度(UCS)的影响,采用扫描电镜(SEM)、X射线能谱(EDS)分析、X射线衍射(XRD)和压汞仪(MIP)分析淤泥固化土的微观结构,并揭示其作用机理。试验结果表明:碱激发富镁镍渣固化剂能有效固化淤泥土,最高强度可达702 kPa;由淤泥固化土水化反应生成了钠镁硅铝酸盐聚合物凝胶产物(N-M-A-S),凝胶产物通过黏结土体颗粒并填充土体孔隙,使淤泥固化土的结构更加致密紧实。

新建铁路隧道上穿施工对既有铁路隧道影响分析

采用MIDAS有限元软件,模拟两隧道间距为2.76、4.76、6.76 m时,新建铁路隧道上穿既有隧道的施工过程,对比分析既有隧道的位移和应力变化情况,并与现场监测数据对比验证。结果表明,3种不同间距下,随着新建隧道开挖,既有隧道竖向位移向上隆起,水平位移在两隧道交叉点前向左偏移,两隧道交叉点后向右偏移,既有隧道横断面竖向位移大于水平位移,既有隧道应力变化趋势以两隧道交叉点为界,先波动增长后波动递减,且最大拉应力位于既有隧道左边墙处;既有隧道位移与应力变化和两隧道间距呈反比,以两隧道间距2.76 m为基准,间距每增加2 m,既有隧道最大竖向位移依次降低了21%、36%,最大水平位移依次降低了57%、53%,最大拉应力依次降低了11%、21%;基于既有隧道位移结果,总结了不同间距下既有隧道关键部位的位移预测公式,且间距为2.76 m时,既有隧道位移及围岩应力数值模拟结果均接近现场实测数据。

地铁场站咽喉区上盖建筑结构振动测试

为研究地铁运行对上盖建筑的振动影响,以福州市某轨道交通线地铁场站咽喉区上盖建筑为测试对象,采用现场测试的方法,对地铁场站咽喉区上盖建筑楼板中央和剪力墙脚处的振动响应特征进行分析,并基于烦恼度模型对其舒适度作出评价。研究结果表明:随着楼层数的增加,楼板跨中铅垂向振动逐渐衰减,而第四层为振动放大层,其楼板及剪力墙脚的振动加速度有效值均被放大;楼板铅垂向振幅峰值的优势频率为40~70 Hz,剪力墙脚铅垂向振幅峰值集中在10 Hz附近,随着楼层数的增加呈现先衰减后放大的趋势,而水平垂轨向振幅与楼层数正相关,振幅峰值集中在0~20 Hz和40~60 Hz;楼板振动加速度级VAL在1~50 Hz随频率增加而增大,在50~80 Hz随频率增加而逐渐降低,且第一层VAL超出一级限值,各铅垂向Z振级VLZ整体上随楼层数的增加而减小;地铁运营状态下,地铁场站咽喉区上盖物业居住者在第一层卧室中可能会产生“轻度烦恼”的生活体验。研究成果可为地铁场站上盖建筑结构的减振设计提供参考。

基于小波降噪的地下连续墙弯矩估算方法研究

基坑地下连续墙侧向位移监测过程中不可避免地存在误差,以往利用侧向位移估算地下连续墙弯矩时忽略了对监测数据误差的处理。为解决监测数据误差带来的问题,引入小波降噪方法对侧向位移监测数据进行降噪处理,基于降噪后数据实现地下连续墙弯矩估算。以福州地铁2号线上街站基坑工程地下连续墙典型测点的侧向位移监测数据为研究对象,选择db3小波基函数、硬阈值函数、heursure阈值对其进行5层小波降噪处理,采用6次多项式对降噪后的监测数据进行拟合并确定拟合曲线曲率半径(挠度),结合材料力学受弯构件相关理论实现地下连续墙弯矩估算。结果显示:1)小波降噪可以有效去除侧向位移监测数据误差,监测数据误差主要分布在-0.6～0.6 mm; 2)利用降噪后的监测数据进行多项式拟合可以有效提高拟合精度; 3)地下连续墙最大估算弯矩为635.1 k N·m,约为设计值的40%,施工过程中地下连续墙安全状况良好。

基于云模型的基坑工程地质条件复杂性评价研究

针对基坑工程地质条件复杂性评价具有模糊性和随机性的问题,基于云模型理论处理地质指标的模糊性和随机性,提出一种定量指标为区间数的云模型确定方法。分析归纳福建地区的地质特点和基坑工程施工过程中可能存在风险,构建基坑工程地质条件复杂性评价体系及各指标的量化标准,将各评价等级划分为"简单"、"一般"、"较复杂"、"复杂",将其映射到区间[0,2. 5)、[2. 5,5. 0)、[5. 0,7. 5)、[7. 5,10. 0]上,并确定对应云模型的数字特征。将所提理论及方法应用于福州地铁2号线某车站基坑工程中,基于评价结果针对性地提出地下水、软土等的处理方案,工程实践验证了该评价方法的可行性和有效性。

深厚软弱地层地下连续墙槽壁稳定性分析

考虑土体的分层特征,假定槽壁破坏体为具有倾斜滑动面的三维楔形体,基于土体极限平衡原理推导了深厚软弱地层中地下连续墙槽壁的稳定安全系数表达式。提出以强度等效原理计算槽壁加固后复合土体抗剪强度指标的方法,进而推导了土体加固后槽壁的稳定安全系数表达式。引用算例验证了槽壁稳定安全系数的有效性并结合工程实例对深厚软弱地层中槽壁的稳定性影响因素进行了详细分析。结果表明,软弱土层的槽壁失稳现象更容易出现在浅层部位,加固后槽壁失稳可能出现在深层部位。减小槽段施工长度、增加泥浆比重和液面高度、增大加固体厚度和强度、降低地面超载和地下水位等措施均有利于富水软弱地层中地下连续墙槽壁的稳定性。

风化凝灰岩土钉支护基坑工程的数值分析和模拟

基于具体基坑工程项目的现场地层土工参数,利用PLAXIS有限元软件对其进行数值模拟和分析,系统分析基坑开挖支护过程,风化凝灰岩中的土钉支护结构在基坑开挖过程的受力状况与稳定性、土体变形情况以及渗流场分布情况,展示了土钉支护结构的作用原理。研究结果表明,土钉支护结构的基坑开挖过程出现坑壁水平位移、基坑底部隆起、基坑周围岩土体沉降等变形现象,且基坑坑壁坡脚处剪应力集中、基坑内部产生渗流场等,分析也显示,基坑支护结构在开挖过程变形都在允许值范围内,未产生破坏。

临江工程抗浮水位计算方法分析

临江工程场地因其土层渗透性较强,且江水在汛期内水位变化加剧对场区内地下水带来很大影响,不宜直接采用地面高程或洪水位作为建筑抗浮水位。对此,以福州地区某一临江工程为例,提出根据规范法、基于地下水渗流理论的半经验公式法和数值模拟法来预测抗浮水位,3种方法得到的建议抗浮水位分别为10.00、9.78、9.08 m。并通过统计周边场地水位资料,发现勘察期间历史最高水位和洪水位高程普遍低于以上3种方法的计算结果。验证了临江建筑抗浮水位直接采用地面高程或江水洪水位的不足和片面,为今后类似建设项目抗浮水位的选取和抗浮设计施工提供参考和依据。

福州滨海软土MJS工法桩加固施工及环境效应

结合福州滨海首例MJS工法桩涉铁深厚软基加固工程,总结提出MJS工法桩软基加固施工工艺参数。基于圆柱形孔穴扩张模型建立轴对称有限元数值模型,精细化分析考虑MJS喷浆成桩过程的桩侧土体变形规律。结果表明:桩侧土体侧向位移总体呈Z字形分布,随着喷浆成桩逐步提升过程中压力的释放,正向位移幅值逐渐减小,负向位移幅值逐渐增大,且最大位移位置逐渐上移;通过喷浆压力影响分析表明,喷浆压力在1.3P_(地)~1.6P_(地)时土体侧移较小,变形性态较好;地表沉降小且一致性较好,地内压力系数控制在1.3~1.6比较合理。变形实测值和计算值相近,最大侧移及地表沉降各占预警值的13.4%和50.4%,属于微扰动施工,满足工程要求。在喷浆成桩过程中,靠近地表时控制好内部喷浆压力是关键,且在喷浆压力与地压相互作用中,产生的地表沉降应值得关注。