复合成层地层双线水平盾构隧道施工引起土体变形研究

基于三维统一解结合类随机介质理论的理论方法,建立适用于复合地层条件下的双线水平盾构隧道施工引起土体变形的计算模型,并推导土体竖向和水平变形的计算公式。公式利用三维统一解考虑不同土质条件对盾构施工引起土体变形的影响,利用类随机介质理论将土体损失区域按照地层进行分割,考虑土体损失区域内不同土层的土质条件对土体变形的影响。本文公式不仅可用于复合地层条件下的盾构施工,还可以解决开挖面上存在多种地层的工况,并且考虑施工顺序和双线相互作用对土体变形的影响。研究结果表明:1)经过多组工程案例验算,验证了本文方法的可行性;本文方法广泛适用于各类双线水平盾构施工工程。2)通过计算发现,随着土体深度的增大,土体的水平变形量先增大后减小,最大水平变形量发生在隧道顶部埋深处,且由于双线隧道的相互作用,土体的竖向和水平变形均发生了偏移。3)通过对上硬下软与上软下硬2种工况下开挖面内土层分布变化的单因素分析发现,随着较硬土层在开挖面内的占比提高,土体变形量呈非线性变化,占土体损失区域面积越大的土体对变形的影响越大,且双线盾构隧道施工引起的沉降槽曲线呈现更窄长的“W”形;软土的占比增加时,则“W”形趋向于扁平。

复合成层地层盾构隧道施工引起土体变形计算研究

为解决盾构上部多层水平覆土且开挖面内上下水平分层的复合地层条件下盾构施工引起的土体变形问题,在统一土体解析解法的基础上对其中土质条件影响参数进行修正,使其可以进行复合地层条件下的土体变形计算,并对土体移动焦点范围进行了重新的划分。将修正后的统一土体解析解法与类随机介质理论相结合,得到可以解决盾构开挖面上存在多种土层情况的计算方法,并且可适用于任意开挖面形状的盾构施工。研究结果表明:经过多组工程案例验算,验证了方法的可行性;开挖面上某一土层厚度等量增加会使土体变形发生非线性变化;由于土体损失比变形传递路径对土体变形的影响更大,相同洞径比下的土体变形可能存在差异。

盾构隧道内堆载对基坑开挖引起的隧道上浮量的控制效果研究

基坑开挖会引起下卧盾构隧道产生上浮,隧道内堆载可以有效控制上浮量。本文采用两阶段方法,推导隧道内堆载措施下基坑开挖引起的盾构隧道上浮量计算公式。首先,基于影像源法计算基坑开挖坑底隆起引起的隧道附加应力,采用能够考虑土质条件的方法计算得到隧道内堆载引起的隧道附加应力,叠加得到总的附加应力;其次,采用转动与错台协同模型计算得到隧道受力与变形;使用Midas有限元软件对具体工况进行三维建模,并将隧道纵向隆起量数值模拟结果与公式计算结果进行对比。研究结果表明:本文方法计算结果与有限元模拟结果较吻合,验证了本文方法的合理性;假设基坑开挖长度为L,最佳堆载范围为距离堆载中心±L/3范围内,超出最佳范围时堆载控制效果减弱;土体内摩擦角对隧道变形影响较大,土体内摩擦角越小,堆载对隧道变形的控制效果越好。

修正Mohr-Coulomb准则下倾斜基岩中桩端极限承载力研究

为计算倾斜岩面浅嵌岩桩极限承载力,本文基于修正Mohr-Coulomb强度准则提出了倾斜岩面浅嵌岩桩桩端承载力计算方法。采用特征线法构建了桩端面以下塑性发展区,考虑岩面倾斜角几何关系,推导了倾斜岩面位移滑移场;进一步通过黎曼不变量控制方程,求解了倾斜岩面浅嵌岩桩基极限承载力公式。分析了倾斜岩面坡角、岩体完整性参数以及岩体内摩擦角等因素对桩端承载力的影响。结果表明:浅嵌岩桩基嵌入深度达到极限嵌入比时,桩基达到极限承载力;当嵌入比大于极限嵌入比时,桩端承载力系数不受倾斜坡角和嵌入比影响,此时可按平地桩基进行分析计算;极限嵌入比随倾斜坡角的增大呈幂函数增大,且在岩石完整性较差时,极限嵌入比随岩体内摩擦角的增大而显著增大;当嵌入比小于极限嵌入比时,桩端承载力系数随倾斜坡角的增大近似线性减小,需考虑岩面倾角对桩基承载力的影响。

考虑地层损失的隔离桩对基坑旁侧盾构隧道变形保护研究

基坑的开挖卸载会导致旁侧既有盾构隧道出现变形破坏,工程中常在基坑与隧道之间设置隔离桩来保护既有隧道。为研究基坑开挖影响下隔离桩外既有隧道的水平位移规律,建立基坑、隔离桩、既有隧道的三维力学计算模型,考虑基坑开挖引起的地层损失,推导了基坑卸荷引起的附加应力计算公式,基于Kerr地基模型并对地基系数做出调整,得到隔离桩挠曲变形计算公式,建立隔离桩挠曲变形影响区,根据影响区的地层损失推导了既有隧道水平位移计算公式,同时进行了案例验证与影响因素分析,对隔离桩的“牵引作用”与“保护作用”在理论上做出了解释。研究结果表明:计算结果与工程实测数据及数值模拟结果相互吻合;设置隔离桩能够有效降低隧道水平位移,起到很好的保护作用;保护作用随着隔离桩桩长的增加而逐渐增加;桩长达到临界点后,隔离桩“牵引作用”产生,保护作用随桩长增加而减小;桩间距较小时保护效果较好;隔离桩设置靠近基坑一侧时保护效果明显优于设置在靠近隧道一侧。

珊瑚礁钙质砂工程力学特性研究综述

随着海洋资源的开发利用特别是21世纪海上丝绸之路的快速发展,在丝路沿线基础设施建设过程中遇到了一系列的珊瑚礁岩土工程问题。本文综述了珊瑚礁钙质砂工程地质研究进展,介绍了颗粒破碎对钙质砂压缩特性和应力应变关系和本构模型的影响,整理了地基处理的方法。在此基础上,提出未来开展钙质砂研究时可以考虑含泥量和颗粒级配因素;在开展应力应变研究时,可尝试建立考虑胶结力和石油、酸雨等污染物对钙质砂的影响的新的本构关系;以及适应吹填钙质砂的新型地基处理方法—强夯-振冲分层联合法。

渠式切割水泥土连续墙(TRD)在赣江某综合整治工程中的应用

在水利防渗工程中,渠式切割水泥土连续墙(TRD)作为防渗墙,其设计方法、施工控制要点和实施效果有待进一步的研究。依托江西赣江某综合整治工程,根据项目工程地质特点,比较不同防渗墙的施工优势,设计了联合双轮铣深层搅拌技术(CSM)的TRD施工方案,通过试成墙试验,确定了TRD的施工参数,并对成墙质量进行了钻孔取芯和地质雷达检测。试验结果表明:TRD防渗墙在富水圆砾地层中施工效果较好,成墙速度8~10m/d。钻孔取芯检测结果表明:芯样率较高,完整性好,防渗墙连续均匀;芯样无侧限抗压强度为1.4~1.9MPa,渗透系数小于1×10^(-6)cm/s,强度、渗透性等满足防渗性能要求。地质雷达检测结果显示:TRD防渗墙成墙完整性好,墙体均匀连续且达到设计深度。

隧道矿山法施工可伸缩钢拱架的应用研究

在隧道矿山法施工过程中,不同破碎带的围岩需要用钢拱架进行骨架支护,若设计和建造不当,钢拱架可能发生变形和压缩损坏,影响隧道建设整体质量和安全。文中通过分析隧道内钢拱架支护的作用,讨论各种隧道可伸缩钢拱架的原理,并总结可伸缩钢拱架的研发应用进展,提出进一步研究的方向。

基于统一解的重叠盾构隧道施工土体变形研究

针对重叠盾构隧道施工引起土体变形问题,综合考虑了土体损失、开挖面附加推力、盾构机侧壁摩擦力和注浆压力4种因素引起的土体变形。对于掘进过程中土体损失引起的土体变形,修正了统一土体移动模型三维解,考虑了掘进过程中土质条件对纵向土体变形的影响,采用叠加法得到由于土体损失产生的重叠隧道施工土体变形计算公式;对于开挖面附加推力、盾构机侧壁摩擦力和注浆压力3种因素引起的土体变形,采用Mindlin解进行计算,并根据重叠隧道计算模型将上下线的计算公式进行叠加,得到考虑以上3种因素产生土体变形的计算公式;将公式进行组合,最终推导出重叠盾构隧道施工过程中多重因素共同作用下土体变形的计算公式。结合工程案例对该方法进行验证,对比发现:修正后的三维统一解适用的土质条件范围更广,且预测值更为吻合;考虑多种因素比仅考虑土体损失的预测结果更贴合实测值,证明了该方法的可行性。

矿坑回填区域桩基施工工艺及基坑支护结构变形研究

为研究矿坑回填深、基岩起伏大的复杂岩层中桩基施工工艺,明晰基坑施工过程中围护结构变形特性,依托泰禾龙池基坑项目,针对特殊地层情况,进行了现场钻孔灌注桩施工工艺的研究,并对基坑施工过程中的土体位移、地表沉降规律进行分析。研究结果表明:(1)在矿坑回填深、基岩起伏大的地层中,采用全回转全套筒施工工艺,并根据现场地质情况采取相应的工艺改进措施,能有效保证灌注桩的施工质量,更好地确保基坑开挖的安全;(2)边坡沉降、边坡水平位移、坑外土体沉降、桩体应力及坑外深层土体水平位移都随着时间的变化呈增大趋势,但变化速率都远小于控制值;(3)在复杂地层中开挖基坑,采用灌注桩排桩加放坡的支护方式,基坑变形的控制效果较好。

基于非极限土压力的基坑开挖引起隧道变形的计算方法

由于基坑开挖引起邻近隧道变形,继而影响地铁在隧道中的安全运行,因此如何准确预测邻近隧道变形是个值得研究的问题。根据非极限土压力计算方法,计算基坑开挖卸荷坑壁上的土压力,利用Mindlin求解公式,获得基坑开挖阶段旁侧隧道上的附加荷载,将隧道结构看作Winkler地基梁上的Euler梁,建立弹性地基梁微分方程,给出隧道水平位移变形的解析方法。基于该方法分析了基坑开挖引起邻近隧道的水平位移。研究结果表明:随着基坑开挖深度的增加,隧道水平位移相应增加;考虑非极限土压力计算得到的隧道水平位移结果与实测值较为接近,误差总体保持在20%以内;相较于传统隧道水平位移求解方法,笔者方法更加符合实际。

二阶Stokes波作用下多孔弹性海床动力响应解析解

基于二阶Stokes波理论,研究了非线性海洋波作用下多孔弹性海床的动力响应问题。利用Biot固结理论以及Verruijt储存方程,在笛卡尔坐标下建立了海床的控制方程。通过将海洋波函数拓展到复数域,采用严格的数学推导求得了海床动力响应的解析解,并将该解与既有解进行对比验证。最后分析了波浪和海床特征参数对海床有效应力、剪切应力和孔压分布的影响,结果表明波浪和海床的参数对海床动力响应具有显著的影响。其中波浪周期和水深对二阶Stokes波的二阶项有较大影响,渗透系数和剪切模量则分别影响海床动力响应的变化速率和幅值。

不同盾构施工参数对地表沉降影响的数值分析

为研究盾构隧道施工阶段不同施工参数对地表沉降的影响规律,文中依托杭州某盾构隧道工程,运用Midas GTS NX数值软件建立盾构隧道施工三维模型,分析施工阶段注浆体弹性模量、注浆压力、掌子面推力等施工参数对地表沉降的影响。结果表明,不同施工参数工况下地表横向沉降曲线皆呈现倒V形,且最大值均位于隧道拱顶正上方;适当增大注浆压力、掌子面推力可以减小地表沉降量;注浆体弹性模量大小与地表沉降量成反比;不同施工参数对地表沉降量的影响作用由大到小排列依次为注浆压力、注浆体弹性模量、掌子面推力,研究成果可为相关工程提供参考借鉴。

双向激振下饱和软黏土动模量与阻尼变化规律试验研究

通过GDS双向动三轴系统对双向激振循环荷载作用下饱和软黏土的动模量与阻尼变化规律进行研究。结果表明:随着径向循环应力增加,孔压比增加,双向激振对孔压的影响仅限于对初始孔压的提高,且初始孔压提高的幅度近似与径向循环应力相等;双向激振对门槛循环应力比的影响不明显;径向循环应力对动模量与阻尼的变化规律有显著的影响,在动应变一定的情况下,随着径向循环应力比的增加,动模量降低,阻尼比增加。随着径向循环应力的增加,小应变弹性模量随之减小,且近似与径向循环应力比成线性关系,据此实现了Hardin公式的修正,建立了双向激振下小应变弹性模量经验模型。径向循环应力及围压对(Ed/Edmax)-εd及(D/Dmax)-εd关系曲线影响不明显,通过对双曲线型模型修正,建立双向激振下饱和软黏土动模量与阻尼随动应变变化的经验模型。

酸雨环境下磷酸镁水泥固化锌污染土溶出特性研究

通过对磷酸镁水泥(简称MPC)固化锌污染土进行半动态淋滤试验,以研究酸雨作用下重金属的溶出特性,通过更新淋滤液试验组的浸出液电导率和pH的测试来再次印证Zn^(2+)在半动态淋滤试验中的淋滤特性,并添加普通硅酸盐水泥(简称CEMI)固化土试验组进行对比。通过对MPC固化锌污染土半动态淋滤后浸出液中锌离子浓度的测试,分析淋滤液初始pH值、固化剂类型对MPC固化污染土累积锌溶出特性的影响规律。试验结果表明,CEMI组试样累积锌溶出质量大于MPC组试样;初始淋滤液pH=2时的试样表面溶出锌总量普遍高于pH为4和7,而pH=4和7时的试样表面溶出锌总量比较接近;采用更新淋滤液方式的3组试样溶出的Zn^(2+)量均大于不更新淋滤组;氧化镁与磷酸盐的比值(M/P)为6∶1的试样固化效果优于M/P为3∶1的试样。通过试验数据计算分析,得到了有效扩散系数De;锌的De会随酸雨初始pH的下降而增大,淋滤液初始pH=2时的锌的De普遍大于pH=4,7时的De几个数量级。研究结果表明,酸雨作用下影响磷酸镁水泥固化锌污染土溶出特性的主要因素为水泥固化剂的种类以及酸雨的pH值。

淤泥再生混合轻质土强度特性试验研究

为揭示混合轻质土的强度特性,该文对以工程废弃淤泥为原料土、发泡聚苯乙烯(EPS)颗粒为轻质材料配制并固化而成的淤泥再生混合轻质土的强度特性与强度机理进行了试验研究。通过不固结不排水三轴试验和直剪试验分析了EPS颗粒体积分数、围压、养护龄期及水泥掺入比等因素对其强度特性的影响。结果表明:不同EPS颗粒体积分数和水泥掺入比下混合轻质土试样的p-q曲线呈线性关系,q=mp+α。EPS颗粒体积分数越大,α值越小,水泥掺入比越大,α值越大,两参数均对m值影响较小。在一定应力范围内,混合轻质土的抗剪强度包络线是一条直线,其抗剪强度与水泥掺入比、EPS颗粒体积分数、围压、龄期等均有关系。试样的抗剪强度随着围压的增大而增大。粘聚力随水泥掺入比的增大而增大,随EPS颗粒体积分数的增大而减小。养护龄期越长,混合轻质土的强度和粘聚力越高。混合轻质土的强度发展机理与一般粘性土类似,其强度为粘聚分量、剪胀分量和摩擦分量之和。

软土相邻基坑支护结构受力影响特征及机理研究

通过对软土中相邻基坑在交叉施工条件下相邻区域围护结构监测数据的分析,明确了围护结构受邻近基坑开挖施工影响受力变形的发展特点。结合全工况有限元模拟,考察了交叉施工对相邻支护结构的影响机理,并对支护结构上土压力受交叉施工影响进行了分析。研究得出如下结论:受邻近隧道基坑开挖卸载影响,相邻基坑间有限土体位移场有向较深侧基坑“倾倒”的趋势,从而引起主体基坑相邻侧的挡土结构侧向位移、支撑轴力和墙后土压力减小;有限土体土压力与挡墙位移之间的变化关系与经典土压力理论不一致,值得作进一步理论分析。

浅埋暗挖隧道地面沉降槽宽度系数取值的研究

浅埋暗挖法隧道施工引起的沉降槽宽度系数i值与隧道的半径R、隧道的埋深z和土质有关.采用Attwell分析公式,通过有限元数值模拟得到不同埋深z下的i值,从而求解出公式中的待定系数K与N,得出新的i值计算公式.在进行待定系数求解时,发现lni与lnz的关系存在线性分段性,对i值的公式进行了分段讨论,结论如下:隧道埋深较浅时,半径R变化对i值影响大,对应z/D为1.24~1.80时,K=1.73,N=0.17,i/R=1.73×[z/(2R)]^(0.17);隧道埋深较深时,埋深z变化对i值影响大,对应z/D为1.80~3.28时,K=1.35,N=0.55,i/R=1.35×[z/(2R)]^(0.55).通过实测数据分析并与前人公式对比,结果表明上述公式在杭州软土地区浅埋隧道沉降槽宽度系数的取值更加精确.

盾构穿越既有桥梁桩基磨桩技术的研究

基于杭州地铁2号线建国路站-中河路站区间盾构穿越凤起桥6根大直径桥桩工程需要,根据软土地区及大直径桩基特点进行刀具选型,结合AdvantEdgeFEM有限元软件对贝壳刀的角度进行设计,并对刀具布置方式进行研究。研究结果表明:双面刃、零后角、负前角组成的贝壳刀,结合先行刀与刮刀,采用同心圆三段高差立体刀具布置切削桩基效果最佳。将结果应用到盾构刀盘改进,配合盾构推进过程中的施工控制,对桥面进行沉降监测。监测结果表明:盾构磨桩过河区间中桥面平均累计沉降仅-3.09mm,未对凤起桥及河流产生明显影响,切削钢筋效果较好且只有极少部分钢筋缠绕在刀具上。此项技术成功应用于杭州地铁2号线凤起桥磨桩工程,可为今后类似磨桩工程提供借鉴。

基于颗分曲线预测可降解土体土水特征曲线的初探研究

可降解土体的土水特征曲线测试较复杂,文中改进了Arya-Paris模型,通过颗分曲线和孔隙比来预测土体的土水特征曲线,获得的微分形式的计算模型能够应用颗分曲线的连续表达公式预测土水特征曲线,避免了人为划分颗分曲线进行计算带来的较大偏差;针对可降解土体,提出指数形式的颗分曲线计算模型描述降解过程中固相颗粒粒径的衰变。利用上述改进后的土水特征曲线预测模型和可降解土体的颗分曲线计算模型,基于不同龄期城市固废钻孔样颗分曲线的实测数据,对不同龄期城市固废钻孔样的土水特征曲线进行了预测。通过与实测结果对比发现,预测结果能够较好的反映降解引起城市固废持水特性衰变的总体规律,即城市固废持水能力随着龄期的增大而增加。文中理论工作为研究其他类型可降解土体(不同降解模式)持水特性衰变规律奠定了一定基础。