基坑开挖对围护结构及邻近建筑物变形影响分析

为研究基坑开挖过程对邻近建筑物的影响和基坑围护结构的变形规律,以赣江金赣服务中心项目市政配套工程为背景,通过有限元软件FLAC3D进行数值分析计算,分析不同工况下基坑围护结构和建筑的变形情况。分析结果表明:基坑开挖打破原始应力平衡,建筑物位移呈现出与基坑距离越近,其倾斜和沉降变形越大的趋势;且基坑深度与其最大水平位移值密切相关,最大水平位移值发生在基坑深度的2/3左右。可为类似工程条件下基坑设计、施工提供借鉴和参考。

基于OFDR的采动覆岩铰接结构回转角度及“三带”变形表征研究

为了研究陕北某矿采动覆岩结构的光纤应变表征方法,基于12217工作面工程地质条件,分析了OFDR(光频域反射技术)的应变监测原理,在采动覆岩运动状态分区和分布式光纤应变监测原理基础上,建立了水平光纤应变表征采动覆岩铰接结构回转角度的力学分析模型,推导出应变峰值宽度与岩层破断后所形成采动覆岩铰接结构回转角度的函数关系,定义了铰接结构回转临界角度的概念,提出了基于光纤应变特性和采动覆岩铰接结构回转角度的覆岩“三带”划分判据,并采用光纤应变表征方法对采动覆岩应变特征进行分析。结果表明:采动覆岩“三带”的不同变形程度与铰接结构回转角度的大小呈正比例关系,因此通过铰接结构回转角度划分“三带”范围是可行的;通过水平光纤应变峰值特性计算铰接结构回转角度,与二维物理相似模型试验的近景摄影测量角度相比,两者平均误差小于1°,验证了提出的光纤应变表征采动覆岩铰接结构回转角度的力学模型有效性。二维物理相似模型得到的垮落带高度和裂隙带高度与该工作面现场结果一致,与理论计算数值吻合,符合该矿实际情况。研究结果为分布式光纤监测技术表征采动覆岩变形特征的应用提供了新的研究思路。

大曲率弧形深基坑施工对临近建筑物的影响及控制技术研究

针对南京惠民大道综合改造工程超深大异形基坑分层施工对周边环境产生的不良影响问题,采用MidasGTSNX软件对基坑施工全过程进行数值模拟,研究了基坑分层施工过程中周边建筑物的变形情况。研究结果表明:①基坑分层施工过程中,周边建筑物发生了不同程度的位移和变形,随着开挖深度的增加,建筑物位移逐渐增大,且向基坑一侧发生不同程度的变形,但倾斜率均在安全范围内;②周边建筑物结构内力受基坑施工影响程度较小,施工引起的最大应力仅为0.21MPa,在可控范围内。最后根据数值模拟结果,针对基坑支护薄弱及临近建筑物区段提出了相应的加固措施,可为类似工况的基坑施工变形控制提供借鉴和参考。

差异化工程案例在隧道工程教学中的应用

隧道工程课是一门理论性和实践性都很强的专业基础课,但是现有课程的理论知识与具体的工程实践存在差距,特别是随着隧道工程施工条件的复杂化、工程建设的专业化程度越来越高,现有隧道工程课程教学内容明显落后于工程实践,且教学方法单一.因此在课堂教学中引入差异化工程案例进行教学,对加深和提高学生对相关知识的理解、激发学生学习兴趣、培养高素质隧道工程应用型人才具有重要意义.文章阐述了差异化工程案例教学的教学思路和实施过程,并对教学效果进行了评价.

断面尺寸对拱形波纹钢结构受力与变形影响的数值计算分析

文章依托无岳高速桐城至岳西段波纹钢结构涵洞工程,应用有限元软件建立数值计算模型,分析填土完成后不同断面尺寸波纹钢结构的受力和变形特征。结果表明:波纹钢拱涵的应力值和位移值随着断面尺寸的增大而增大。随着断面尺寸增大,结构上部所受应力及位移变大,且最大应力及位移常出现在结构顶部。在一定范围内,通过改变断面尺寸,会影响波纹钢结构的受力和位移峰值,但受力及位移的变化趋势并不改变。研究可为波纹钢结构选型提供一定的指导和参考。

TBM掘进煤矿巷道装配式支护结构足尺试验

随着全断面掘进机(TBM)在煤矿深井岩巷掘进中的推广应用,不良地层已成为影响TBM掘进煤矿深井岩巷施工安全性和掘进效率的主要因素。为解决TBM在煤矿不良地层中巷道围岩支护困难的问题,提出了TBM掘进煤矿巷道装配式支护结构,并加工制作了装配式支护结构足尺模型,使用煤矿井巷支护结构大型试验平台,开展不同侧压系数下的支护结构足尺加载试验;通过拉杆式位移计监测支护结构关键节点位移,采用应变片监测支护结构足尺模型应变分布演化规律,同时搭建足尺模型变形摄影测量监测系统,监测获得足尺模型变形数据;开展侧压系数为λ=1.0和1.5两种加载条件下的装配式支护结构足尺模型均载和非均载试验;试验研究装配式巷道支护结构的变形破坏形态、承载力和应变分布特征,厘定支护结构承载能力的影响因素,揭示支护结构失稳破坏机理;开展支护结构数值试验,获得足尺模型试验中难以监测的轴力、弯矩等参数。结果表明:支护结构在管片接头和跨中首先出现局部失稳,进而导致结构整体失稳;侧压系数λ=1.0和1.5时,支护结构极限承载力分别为3 972.2和2 763.2 kN;随侧压系数提高,支护结构承载力呈指数型下降,结构变形破坏也更为明显;足尺模型试验中支护结构极限承载力略小于数值试验,足尺模型试验和数值试验结果一致性较好;均载试验中,支护结构接头处轴力较大,接头和管片跨中处弯矩较大,弯矩均为正值,而非均载试验中,支护结构轴力略有降低,弯矩值正负皆有,且弯矩值高于均载试验值。

运营期地铁车站与下穿道路一体化结构的动力响应

为评估地铁运营期列车振动对车站结构及周边土体产生的影响,以合肥市地铁一号线长淮站为工程背景,运用有限元软件建立三维数值模型,分别计算地铁从车站左侧、右侧、双侧经过三种情况下路面沉降、车站一体化结构的速度响应和加速度时程曲线,通过数值计算结果得出以下结论:①当列车动荷载作用在车站单侧时,其引起的下穿路面最大沉降均位于荷载作用路面的前后两端,两种情况相差不大,当列车动荷载同时作用于车站两侧时,下穿路面最大沉降位于路面的正中心,成中间大两头小;②三种情况下,一体化结构动力响应最大点位于纵向距车站末端30 m左右,底板的动力响应最大,其后依次是中板、顶板、中间柱、侧墙;③正常运营情况下长淮站车站一体化结构的动力响应处于安全允许范围内,研究结果对地铁的后期运营和维护具有重要的意义。

地铁基坑支护结构和地基的稳定性研究

基于合肥地铁4号线石台路站基坑工程,采用有限元软件Midas建立三维数值模型,通过研究不同工况,分析地下连续墙变形规律和基坑外侧土体受力规律。研究结果表明:随着开挖过程的进行,地下连续墙的水平位移逐步增大,其最大水平位移约发生在基坑开挖深度的1/2处;地下连续墙的变形呈现明显的凸形,主要集中在基坑中上部,顶部和底部嵌固端变形较小,其水平侧移呈现出“中间大,两头小”趋势,并向坑内凸出;基坑外侧周边的地表沉降呈现“凹”形,地表土体的最大沉降位置距离地下连续墙5.5 m;地下连续墙的水平位移与其厚度有关,随着墙体厚度的逐步增大,其水平位移逐步减小,但当墙体厚度达到1.2 m之后,再增加其厚度,其水平位移不再随之减小,出现边界效应。

合肥市降雨量对地铁3号南延线车站地下水位影响分析

地下水位是地下结构设计的重要参数之一,为获取合肥市降雨量对地铁车站水位影响规律,对合肥市轨道交通3号线南延线站点进行地下水位监测。选取其中云谷路、青年路、仙霞路、站前路、芮祠路等典型站点,采用变异系数法和线性拟合法来分析研究车站地下水位变化与降雨量关系,得出结论如下:排除河流与微小蒸发量影响,各站点地下水位随着降雨量的上升而上升,随降雨量下降而下降,升幅为0.2~1.1m,降幅为0.37~1.11m;降雨量大小呈季节性变化特征,8月份达到最高,为312.5mm,10月份最低,为11.5mm;云谷路站、仙霞路站、站前路站、芮祠路站地下水位变化与降雨量线性拟合结果表现良好,仙霞路站影响系数达到3.828,青年路站影响系数仅为0.234,云谷路、站前路、芮祠路三个站点影响系数均大于1,表明合肥市降雨量对地下水位有明显主导作用,青年路站因派河存在,受大气降雨不十分明显。

超大深基坑支护结构分析

超大深基坑工程在设计与施工过程中受到多种复杂因素的制约。本文以淮安东站站前广场基坑工程为背景,对基坑支护体系的合理选用以及变形规律进行理论分析,并用稳定安全系数法计算围护结构最大水平位移与现场监测数据进行对比。结果表明基坑的的整体控制性指标均在合理范围内,支护效果较好,且稳定安全系数法的计算结果与现场监测数据误差不大,为类似工程建设提供一定的参考。

合肥地铁创新大道站深基坑支护结构变形规律及优化

地铁基坑施工过程中支护结构应力变化和优化设计是施工的重点。通过对创新大道站地铁基坑进行数值模拟,得出了地表沉降和围护结构的受力及变形特性,并与监测数据进行对比,结果验证了模拟的正确性。基于数值模拟结果,对基坑支护结构进行优化,使其能够满足基坑设计安全和经济效益两个主要优化目标。优化后新方案的最大变形量仍能满足技术规范的要求。同时能够节约经济成本,缩短施工工期,具备一定的可实施性。

三面临河浅基岩含流砂地层深基坑地下水综合防控措施研究

为解决三面临河特殊环境条件下浅基岩含流砂地层深基坑开挖过程中的地下水防控技术难题,结合合肥清三冲调蓄池深基坑工程,对基坑特征及基坑场地地层参数进行分析,提出一种"先在基坑上部适当放坡降深、再在基坑周圈连续封闭且与基岩顶面严密结合"的地下水综合防控措施。同时,对深层搅拌桩及高压旋喷桩嵌岩施工、钻孔灌注桩穿越流砂地层钢板护壁护筒施工等关键技术进行阐述。工程实施效果及监测数据表明,基坑坑内降水开挖对周边环境及支护结构影响均在合理范围内,基坑侧壁整体无明显渗漏水情况发生,地下水防控措施防护整体效果良好。

富水地层深基坑支护结构插入比研究

基于淮安东高铁站站前广场大基坑,采用Midas软件建立三维数值模型,计算了八种不同插入比工况下,富水地层深大基坑的围护结构水平位移、坑外地表沉降、立柱桩最大弯矩值与围护结构外侧地下水流速的变化规律。结果表明:基坑围护结构水平位移曲线在不同插入比工况下,总体呈现中间大、两边小的横“山峰”形,当围护结构插入比大于2.1时,水平位移值变化开始趋于稳定;基坑开挖对地表沉降影响较大的范围是围护结构中间段往外5m到30m区域;插入比的增加可以减小止水帷幕外侧地下水流速最大值,从而减小支护结构受到的渗流破坏。

基于ABAQUS的波纹钢管廊结构受力与变形特性分析

针对波纹钢的受力与变形特性,采用ABAQUS有限元,并结合工程中监测数据,分析了不同填土高度下管廊结构的应力及位移变化特性.结果表明:波纹钢拱涵的位移值与应力值随着填土高度的增加而增大;结构上部区域的位移值要大于下部区域的位移值,最大位移发生在涵顶处;随着填土高度的增加,应力最大值的发生位置也随之上移,且波纹钢拱涵中部位置应力明显大于上部和下部位置;波纹钢拱涵波峰、波谷应力值大小沿截面中轴线左右两侧不对称;波峰处应力要大于相对位置波谷处应力;波纹钢的截面尺寸会影响波纹钢结构的抗变形能力和后期恢复能力,Ⅰ型波纹钢在抗变形能力上不如Ⅱ型波纹钢,但后期恢复能力较强,可塑性较高。

挡土墙结构模型的仿真模拟与优化设计

本文以合肥工业大学第十三届结构设计大赛赛题为例,利用ABAQUS对制作的模型进行竖向静力荷载、扭力荷载、水平瞬时拉力荷载的力学仿真模拟,并依据结果对模型进行优化设计,以期获得承载能力最好的挡土墙设计模型。

暗挖区间仰拱对支护结构影响数值分析——以合肥地铁2号线为例

隧道在施工过程中需设置合理的支护结构来保证围岩施工的安全性,仰拱作为一种重要的支护结构,需要对其支护力学效应进行探讨。以合肥市轨道交通2号线为工程背景,采用有限元软件Midas对隧道底部的仰拱支护效应进行数值模拟,对比分析了有仰拱施工与无仰拱施工的隧道围岩力学效应,研究结果表明:隧道仰拱能有效增加衬砌结构的稳定性,能有效减少隧道底部隆量起与隧道顶部下沉量,并且通过分析最佳仰拱半径,找出最合理半径值,能有效指导今后类似工程施工。

钻井法凿井气-液-固耦合排渣流场及刀盘吸渣口优化

针对西部地区侏罗系地层煤矿立井钻井法施工中出现的气举反循环洗井排渣与钻进效率低下问题,以陕西可可盖煤矿中央回风立井ϕ4.2 m超前钻井为工程背景,基于CFD-DEM(计算流体力学和离散单元法耦合)研究方法,建立了气-液-固多相耦合排渣数值模型,揭示了排渣管内、井底流场的速度及压力分布规律,并基于自研的气举反循环排渣试验装置,采用PIV(粒子图像测速法)测试技术对流场分布的正确性进行验证;提出了优化刀盘吸渣口评判指标和方法,对吸渣口的数量、长径比、面积比、总面积占比进行优化,得到了超前钻头刀盘吸渣口布置的最佳方式和相关参数;讨论了钻头转速、注气量、风管没入比和泥浆黏度等主要因素对排渣流场的影响。研究结果表明:(1)排渣管内流体的运移以轴向流动为主,且途经注气端时,流速发生跳跃式剧增;井底流体的运移主要以水平流动为主,流体的垂直上返仅存在于吸渣口附近;井底流体的水平流动以切向流动为主,径向流动仅在吸渣口两侧较为明显,且远离吸渣口处,径流速度较小易产生岩屑沉积;(2)当刀盘吸渣口数量为2,长径比为0.4,面积比为1,总面积占比为1.94%时,吸渣口的布置方式最佳,且清渣率较现行吸渣口布置方式提高66%;(3)增大钻头转速可显著增强吸渣口的吸附作用,注气量、风管没入比与井底和排渣管内流体的轴向速度均呈正相关关系,低黏、低密度的泥浆易获取高流速,但携岩能力较差。研究结果可为破解侏罗系地层深大立井钻井法洗井排渣与钻进效率低下技术难题,提供有益的理论参考。

工业广场保护煤柱开采井筒破损致因及防治技术

针对工业广场保护煤柱开采导致井筒破损的问题,以大社煤矿为工程背景,分析工广煤柱开采井筒围岩移动变形特征,揭示井筒破损致因;提出工广内后续工作面开采防治井筒破坏方案,形成相应的施工技术,并成功应用工程实践。研究表明:该矿工广内92606工作面邻近副井,开采引发的井筒竖向附加力是井筒破坏的致因;如不提前采取防治措施,后续92606外工作面开采,将导致副井井筒发生二次破坏;研究提出的不停产单卸压槽防治方案,具有不影响矿井生产、卸压率高、施工简单、成本低等优点。采用壁后注浆、开切卸压槽、架设密集井圈等技术,顺利完成了该矿不停产防治副井井筒破损工程。监测表明,该井筒竖向和环向应力,均小于井壁极限.承载力,处于安全状态,运行良好,达到了预期效果。

采动覆岩裂隙演化的光纤监测耦合性及分带表征

分布式光纤感测作为科学认识采动覆岩动态演变规律的重要工具,其监测数据的准确性主要取决于光纤-岩体的耦合关系。选择神东某矿作为研究对象,将分布式光纤感测技术应用于相似模拟实验,结合光纤-岩体耦合关系,探究采动覆岩垂直分带时空演化特征与光纤应变数据峰值点位置的内在联系。针对以往研究中光纤应变数据容易受光纤-岩体耦合关系影响,从而导致测试结果出现误差的问题,提出用岩体裂隙率表征光纤-岩体耦合关系的新方法。通过光纤-岩体耦合关系试验,得到光纤-岩体应变传递系数与岩体裂隙率之间呈线性函数关系,并采用二值化方法处理模型图像获取各区域裂隙变化量,分区域地计算出采动覆岩直埋光纤的应变传递系数,为进一步探究光纤应变数据峰值与采动覆岩垂直分带特征之间的关系提供了支撑。研究表明:光纤应变峰值点位置能用于关键层下方离层以及覆岩分带表征,利用构建的关键层下方离层及覆岩分带表征模型,结合峰值检测算法,得到关键层的位置分别为44、68、107 cm,以及垮落带、导水裂隙带发育高度分别为35、68 cm,算法识别结果与理论计算数值吻合,符合神东某矿的实际情况。

裂隙发育过程对采动裂隙椭抛带压实区的影响研究

采空区瓦斯抽采的关键是了解工作面上覆岩层裂隙的演化过程。为了研究综采工作面覆岩采动压实区演化规律,高效进行煤矿采空区瓦斯抽采工作,以神东某矿区2207工作面为原型,通过物理相似模拟实验,利用自主研发的覆岩裂隙监测系统将图像进行直方图均衡化增强和中值滤波去噪处理,获得二值化裂隙图像后利用分形理论定量描述裂隙率,对典型周期来压覆岩垮落裂隙率进行统计分析,建立了裂隙发育程度受工作面推进时间的时空函数和采动裂隙椭抛带压实区演变修正模型。结果表明:覆岩平均裂隙率变化符合DoseResp函数关系,裂隙的发育过程包括产生、扩展蔓延、压实闭合3个阶段,裂隙在产生、闭合这2个阶段发育速率较平缓,而在扩展阶段发育速率陡增。采空区上覆岩层裂隙场形成旧裂隙区、压实区和新裂隙区3个区域,裂隙发育周期的不同导致旧裂隙区与新裂隙区在发育状态、压实程度和空间形态上有着明显差异,这些差异导致了采空区覆岩非对称性下沉现象的发生。通过分析覆岩应力恢复与覆岩内部裂隙演变关系,进一步验证了采用DoseResp时间函数曲线可以很好的表现采空区上覆岩层裂隙异速演变特征。最后建立了考虑覆岩裂隙异速演变效应的采动裂隙椭抛带压实区修正模型,并结合现场工程实践,有效提高瓦斯抽取高位钻孔布置的准确性,为工作面的安全开采提供理论指导。