饱和软黄土城市地铁隧道安全风险分析及应对措施研究

饱和软黄土城市地铁隧道自身和环境风险普遍较高,为了准确辨识、评价和规避可能存在的施工安全风险,在饱和软黄土典型物理力学特性和地层赋存规律研究的基础上,分析风险发生的根本原因,结合工程实践讨论4种典型风险,并提出风险控制措施。研究表明:1)饱和软黄土在Q3和浅层Q2黄土地层中均有分布,具有欠压密特征、饱水软弱性和失水变形大的特性。2)因大孔隙结构的存在,在水的作用下,土体稳定性变差,是城市地铁隧道工程风险产生的根本原因。3)失水变形是环境风险的根源,制定合理的地下水控制措施是关键;饱水软弱性是自身风险的根源,可采取选择规避、优化竖井位置和开挖方向、评价降水后状态、加强堵头墙刚度及多策并举等控制措施。

欠压密饱和黄土基本物理力学性质研究

黄土浸水可形成两类工程性质差异较大的压密饱和黄土或欠压密饱和黄土。通过对西安地区22个黄土场地的试验和数据统计,分析了两类饱和黄土性质的差异,系统地研究了欠压密饱和黄土的基本物理力学性质,揭示了其具有饱水软弱性和失水大变形的根本原因,归纳得到了西安地区欠压密饱和黄土的物理力学特征指标,为科学研究和工程实践中严格区分两类饱和黄土、分类制定技术措施提供了依据。研究表明:欠压密饱和黄土是黄土浸水过程中未被充分压密、大孔隙结构仍然存在的土,在Q_(3)和Q_(2)上部地层中均有揭露,其具有大孔隙比、高含水率、中高灵敏度、中高压缩性、低承载力和强度等特征,一般处于软塑或流塑状态,其与湿陷性黄土、古土壤和压密饱和黄土邻近分布,形成了软硬不均的地层组合特征。

改性水玻璃加固细砂室内试验研究

为了探讨磷酸改性水玻璃对工程中细砂层加固的可行性和有效性,在合理确定改性水玻璃配合比的基础上,利用无侧限压力仪和直剪仪对加固砂样的应力应变关系及抗剪强度开展研究,分析改性水玻璃溶液对细砂层的加固效果和机理。试验结果表明:磷酸改性的水玻璃溶液对细砂具有明显加固作用,最优体积配合比为水∶磷酸∶水玻璃=13∶1∶3.3。每1 m^(3)改性水玻璃可固结素砂最大约4 m^(3)。固砂体的轴向抗压强度随时间增长呈现先增大后减小的趋势,无侧限抗压强度处于140 kPa~213 kPa范围,凝结时间为42 h时,抗压强度达到最大。较原状细砂,加固初期黏聚力可增加6 kPa~28 kPa,内摩擦角有所降低;随着凝结时间的增加,黏聚力逐渐减小而内摩擦角有所恢复。

黄土地区深基坑钢支撑架设时机优化分析

钢支撑的架设时机,既需要满足基坑支护受力和变形的要求,也要为支撑架设和土体开挖预留空间。基于工程实践的实际需求,选择西安典型黄土场地的深基坑为研究对象,从钢支撑轴力、围护桩桩体水平变形和弯矩分布等三个指标出发,在现场监测的基础上,对比分析了两种支撑架设时机、四个开挖留置宽度条件下,围护桩-支撑-土体之间的相互作用。研究表明:两种支撑架设时机条件下,钢支撑轴力、围护桩桩体水平向变形和弯矩分布均有小幅度增长,增幅在10%~15%以内,基坑开挖实施过程中,整体受力变形风险可控;随着钢支撑端头位置处开挖留置宽度的减小,钢支撑架设的滞后效应越来越显著,围护桩桩体的水平向变形及弯矩均有所增长;选择合理的留置宽度,是保障支撑架设时机优化的关键。

饱和软黄土停止降水后变形规律及应对措施研究

黄土地区城市地铁建设中,降水是保障自身施工安全的重要措施,但对周边环境会造成威胁,必要时需采取停止降水的应急措施。依托两个典型工程,首次研究了停止降水后建筑物和地表变形的发展规律、地下水位的回升情况、水位回升后再次湿陷的可能性及结构自身安全稳定等影响能否停止降水的关键问题,并制定了停水前应采取的一系列技术措施。研究表明:停止降水后,建构筑物和地表变形能够得到有效控制,并出现一定的回弹,上覆荷载越大,回弹变形量越小;停止降水后,水位回升经历迅速上升到缓慢上升再到逐步稳定的三个阶段;在上覆压力未增大的情况下,水位回升不会引起湿陷变形;水位回升后,地铁自身结构稳定无法保证,应增加二衬和基底注浆的技术措施。

西安地铁工程降水风险评价及处置措施研究

降水是保证城市轨道交通工程施工自身安全的重要措施,其对周边环境影响的评价和处置是当前地下工程建设的难点。结合西安地质特征、周边环境和工程经验,提出了西安地铁工程降水风险评价体系和处置措施。降水风险评价体系从地层特征、降水深度、接近程度等三个影响周边环境安全的核心因素出发,进行了分级分类,并据此制定了风险分级处置措施。在风险评价中,重点突出饱和软黄土降水大变形的特征。本文的研究基于大量工程实践,不仅有助于完善《城市轨道交通地下工程建设风险管理规范》,而且可切实有效指导工程设计和施工,规避城市建成区地铁建设引起的周边环境风险。

纤维再生混凝土材料力学性能试验研究

首先通过控制再生混凝土材料中纤维的种类,分析了纤维种类对再生混凝土材料力学性能的影响,然后采用正交试验的方法设计,分析了聚丙烯纤维直径、纤维长度和质量比对添加聚丙烯纤维再生混凝土材料性能的影响。研究结果表明:植物纤维和直聚丙烯纤维均可以抑制再生混凝土的破坏,曲聚丙烯纤维不能抑制再生混凝土的破坏;且植物纤维和直聚丙烯纤维可以增强再生混凝土的峰值强度和变形模量,随着养护时间的增加,植物纤维的增强效果减弱;同时聚丙烯纤维质量比对抗压强度和抗拉强度均有显著影响,聚丙烯纤维长度对抗拉强度影响显著,说明纤维质量比和长度是影响再生混凝土材料强度的重要因素。

黄土-古土壤地层深竖井受力变形特征研究

研究目的:为准确认识黄土-古土壤地层条件下的深竖井受力变形特征,以53.5 m深圆形竖井工程为依托,开展竖井侧向土压力、变形、结构内力及周边地层的竖直和水平向变形的系统监测。研究结论:(1)黄土-古土壤地层深竖井开挖过程中,井壁结构整体变形较小,水平变形“先挤出后收敛”,竖向变形“先下沉后隆起”,竖井开挖至设计深度后,15~30 d进入结构受力变形稳定阶段;(2)竖井井壁收敛变形、侧向土压力和结构内力在深度方向上存在拐点,出现在0.5~0.7倍竖井设计深度处,其受力变形指标和土层性质存在良好的对应关系,在古土壤范围内,井壁变形量和土压力明显减小,约为邻近深度处黄土层的40%~50%,古土壤的存在,限制了竖井变形和土压力的发展;(3)黄土-古土壤地层深竖井井壁结构侧向土压力与静止土压力和主动土压力有显著差异,在0~12 m深度范围内,侧向土压力接近静止土压力;12~28 m范围内,侧向土压力接近主动土压力;28~48 m范围内,侧向土压力均小于主动土压力,为其35%~65%;(4)本研究成果可为相近地层条件下深竖井的土压力计算和支护结构设计提供参考依据。