类矩形盾构隧道开挖引发土体沉降解析解研究

类矩形盾构隧道施工可能会导致明显的土体沉降,并进一步影响周围既有建筑物的安全。基于Verruijt解和积分法推导得到类矩形盾构隧道开挖作用下的土体响应解析解,并充分考虑土体等量径向收缩、类矩形隧道竖向、水平向以及旋转位移4个变形分量的影响,以全面描述复杂施工或地层情况下类矩形盾构开挖引发的土体位移模式。利用实际工程实测数据验证解析解的有效性,并通过参数分析研究各个变形参数对地表土体沉降的影响。研究结果表明,解析理论计算结果与实测数据较为吻合,可较好地评估类矩形盾构引发的土体沉降,类矩形隧道的水平位移和旋转位移会使地表沉降呈现非对称形态,并会使最大地表沉降增大。

电弧增材制造T形件连接节点力学性能研究

电弧增材制造(WAAM)技术在结构工程领域有着广泛的应用前景,具有生产效率高、设备成本低、材料利用率高和环境可持续性等优点。为了探究WAAM碳钢T形件连接节点的力学性能,设计一系列共12组由WAAM碳钢T形件、高强钢(HSS)T形件和高强螺栓组成的连接节点试件,通过试验研究螺栓线位置与螺栓排列方式对试件初始刚度、破坏模式及极限承载力的影响。采用三维激光扫描技术测量WAAM碳钢T形件相关几何参数,采用数字图像相关技术(DIC)辅助测量了T形件连接节点在加载过程中的位移响应。结果表明:WAAM碳钢T形件具有较好的力学性能,当螺栓线与腹板翼缘连接处距离减小时,试件的初始刚度与极限承载力均呈上升趋势,而失效模式均为预期的翼缘破坏,且螺栓未发生断裂。通过对比试验结果和现有设计规程计算结果,对相关计算方法的适用性与准确性进行评估,发现现有设计方法高估了试件的初始刚度,对破坏模式的预测较为准确,但对极限承载力的预测偏保守。最后,对已有计算模型进行修正,修正后的计算模型对连接节点极限承载力的预测效果较好。

富水软土区紧邻基坑工程的地铁隧道保护措施分析

富水软弱土地区施工通常面临易扰动和承压水双重难题,南京河西地区便是典型富水软弱土地区代表,且近些年开发强度较大,同时地铁隧道沿线又是首选地段,通常面临基坑深、大、近等特点,确定可靠的地铁隧道保护措施是亟需研究的问题。文章以南京紫鑫中华广场三期为例,采用提高支护刚度、土体加固、设置隔离桩等保护措施减小基坑开挖对相邻隧道影响,同时通过MADIS软件分析相关保护措施的重要性和必要性,并结合地铁隧道监测数据加以验证,为在富水软弱土地层基坑施工对相邻地铁隧道的影响制定保护措施提供参考。

顶管施工过程中浆液扩散对减阻效果影响

浆液扩散是影响顶管注浆减阻的关键因素,为此建立顶管三维数值分析模型,引入扩散环模拟顶管施工过程中浆液的扩散过程,根据管周土体与管片接触情况修改管土摩擦因数,研究顶管施工过程中浆液扩散过程对减阻效果的影响.将计算得到的顶进摩阻力与实测数据进行对比,验证方法的可靠性,进一步研究了顶管施工过程中滤过效应对土体位移的影响及注浆扩散相关参数对顶管施工过程中土体位移及顶进摩阻力的影响.结果表明:考虑滤过效应时的地表沉降更小;滤过效应引起的渗透系数衰减越强则地表沉降及顶进摩阻力越小;浆液扩散的越快,泥浆套越完整,则顶管顶进期间的注浆减阻效果越好.

触变泥浆组成对减阻性能影响的室内测定试验

同步注浆是顶管施工过程中不可或缺的工序,其中触变泥浆的减阻性能是影响注浆减阻效果的关键因素。为此,本文使用室内摩阻试验测定触变泥浆及浆土混合物的摩阻参数,研究泥浆中不同成分配比对浆液减阻性能的影响。结果表明:泥浆的3种主要组成成分——膨润土、CMC(Carboxylmethyl Cellulose)、纯碱,均对触变泥浆的减阻性能有影响;膨润土含量对触变泥浆的摩阻参数影响最大,浆液中膨润土含量越高、浆土混合物的摩阻系数越小。

某深基坑开挖对高架桥影响的数值和预测分析

文章以武汉某深基坑工程为例,结合现场监测、BP(Back Propagation)神经网络算法和数值模拟,深入研究基坑地下连续墙在高架桥附近的变化及对高架桥桥墩沉降的潜在影响。提出一新方法,利用数值模拟实时预演基坑开挖,采用神经网络算法对施工变化趋势进行动态预测。结果表明:结合神经网络和数值模拟可提前预测关键部位变化,有效预防施工风险。此创新方法旨在为未来类似工程提供可行性指导,实现人工智能化施工监测目标。通过综合模拟与预测,更全面准确地把握基坑施工的动态演变。

加固条件下地下连续墙槽壁稳定性三维分析

采用水泥搅拌桩对地连墙成槽槽壁进行加固是提高槽壁稳定性的重要方式。为了更好的实现对加固条件下地连墙槽壁稳定特性的分析和加固设计,提出了加固槽壁稳定性的三维分析模型。该模型采用半圆柱滑裂体假定,考虑搅拌桩对土体的支护作用,分析了加固后槽壁土体的受力特性,并根据加固搅拌桩剪切强度定义加固槽壁稳定性的安全系数。实例和有限元分析表明该方法能够实现对加固槽壁的合理分析,增加加固深度和提高加固体剪切强度都能有效提高槽壁稳定性,槽段开挖长度越长,加固强度越高,滑裂体最危险滑面对应的滑裂体深度也越深;滑体高度应基于最小安全系数搜索的方式确定。该方法为搅拌桩加固条件下槽壁稳定性分析和加固指标选取提供参考。

外基坑宽度对坑中坑条件下被动土压力的影响

工程实践表明,外基坑宽度和坑中坑会影响基坑坑底滑裂面的形成方式,因此,经典朗肯土压力理论的假设建立在半无限空间土体的基础上不再适用。基于极限平衡理论和微分体受力平衡方法,考虑土体黏聚力和围护结构与滑动土体摩阻力,推导了宽基坑和窄基坑坑中坑的被动土压力理论计算公式。通过具体算例对比了宽基坑与窄基坑在坑中坑条件下被动土压力大小的变化趋势。结果表明,考虑摩擦力条件下的被动土压力大于未考虑摩擦力的被动土压力;无论宽基坑还是窄基坑,有内坑的被动土压力小于无内坑时的被动土压力;无内坑时,外基坑宽度的增加导致被动土压力减小,而在有内坑的情况下,外基坑宽度的增加,反而增大被动土压力;在窄基坑中,随着内坑位置的移动,土压力先变小后增大,且内坑平面尺寸的增大导致土压力逐渐减小。因此,内坑的存在将降低坑中坑基坑的外坑被动土压力,工程中应注意内坑的存在。

新建隧道对上覆既有隧道受力变形解析

为了理解既有隧道在盾构下穿影响下的受力变形规律,提出一种既有隧道与土体相互作用解析方法。采用Loganathan解获得盾构下穿引起周围土体自由位移场;随后,将既有隧道假定成放置在Vlazov地基上的欧拉梁,考虑既有隧道两侧侧向土体作用,基于既有隧道边界条件及Taylor级数展开获得隧道变形响应解析解。通过与上海工程和离心机实测数据比较:该方法与实测数据较为接近,证明该方法的可靠性;与该方法退化解析解比较,该方法计算结果更符合实测数据,随后对相关参数进行分析。参数研究表明:随着新旧隧道竖向间距的增大,既有隧道受到盾构开挖的影响逐渐减小;增大地层损失率会引起既有隧道位移及弯矩线性增大;提高既有隧道抗弯刚度能够明显减小盾构开挖对既有隧道受力变形响应。

隧道开挖引起上覆既有隧道受力变形解析解

为了精确且快捷地评估隧道开挖对上覆既有隧道的影响,首先基于Loganathan公式获得隧道开挖引起周围土体竖向自由位移解,然后将上覆既有隧道视为搁置在Vlasov地基模型的欧拉梁,综合考虑隧道两侧土体对既有隧道受力变形的影响,最后采用积分法获得既有隧道纵向变形解析解。案例分析结果表明:该方法计算结果与实测数据接近;与该方法的退化解析对比,该方法更贴近实测数据。进一步参数研究表明:增大地层损失率会引起既有隧道纵向位移和内力呈现线性增加的趋势;既有隧道抗弯刚度的增强会导致其纵向位移的减小,且会造成其内力增强;新旧隧道竖向距离和土体模量的增大会有效地减小既有隧道纵向位移和内力。

盾构隧道管片土压力的机器学习建模与可解释性

为探究软土地区盾构隧道掘进期间的相关施工因素对管片拱顶土压力的影响,本文针对该地区某盾构工程开展现场测试。通过预埋的传感器测得实际土压力值,同时收集施工期间盾构机相关操作参数。继而使用机器学习中SVR(support vector regression)支持向量回归、XGBoost极端梯度提升树等多种算法构建管片土压力的预测模型,针对预测性能最佳的模型使用SHAP(sHapley additive exPlanations)值法进行参量影响分析。结果表明,SVR支持向量回归在测试集中的预测效果为最佳,均方误差MSE(mean square error)为340.803、平均绝对误差MAE(mean absolute error)为15.819、可决系数R2为0.966 5;掘进总推力对管片土压力的影响最为显著,且与管片土压力成正相关影响关系。

基于循环神经网络的盾构施工参数全局敏感性分析

依托杭州地区淤泥质黏土地层中某盾构隧道工程,利用循环神经网络建立盾构隧道施工引发地表最大位移的预测模型,基于该预测模型和Morris方法分析地表最大位移对各个施工参数变化的全局敏感程度,以探究影响盾构掘进引发地表最大位移的主导因素。研究结果表明,建立的循环神经网络预测模型对地表最大位移的预测效果良好;盾构隧道掘进过程中的同步注浆压力是影响地表最大位移的主导因素,因此施加合适的注浆压力是控制地表最大沉降和隆起量的关键。研究成果可为实际盾构隧道工程中的地表变形控制提供有益参考。

内支撑结构基坑的空间效应及影响因素分析

具有内支撑结构的围护系统在基坑边角处具有更大的系统刚度,使得基坑边角附近处土体的位移小于距离边角较远处土体的位移,即基坑的变形问题表现出空间特性。为了更好地研究L/He(L为沿基坑纵向方向上的距离;He为开挖深度)、开挖深度等因素对空间效应的影响,量测了两个狭长形地铁车站深基坑不同位置处土体的侧向位移、土体沉降等。通过对现场监测资料的分析发现,边角效应能够减小侧向位移的平面应变比,灌注桩围护结构、SMW工法桩围护结构和地下连续墙在边角附近处的平面应变比(PSR)分别为0.50、0.61和0.72。当平面应变比(PSR)接近于1.00时,对应的L/He值分别为2.50、6.00和4.00。随着L/He值的增大,土体的纵向最大沉降呈先增大后保持稳定的趋势。随开挖深度的增加,边角效应的影响范围呈增大的趋势。在基坑纵向沉降的空间效应中,灌注桩围护结构、SMW工法桩围护结构的土体最大沉降值达到稳定时对应的L/He值分别为2.50和5.20。土体沉降和侧向位移的空间效应有一定的相关性。

软土深开挖致地铁车站基坑及邻近建筑变形特性研究

为了更深入地了解软土深开挖引起地铁车站深基坑工程围护结构及邻近建筑的变形特性,结合深厚软黏土地区某个地铁车站深基坑工程进行了系统性监测及结果分析。结果分析表明:地连墙成槽会引起邻近土体侧向位移,最大土体侧向位移值占基坑开挖期间土体侧向位移值20%左右;土体开挖期间南侧(桩基础建筑一侧)、北侧(浅基础建筑一侧)围护结构邻近土体最大侧向位移平均值分别为0.091%H_e和0.120%H_e;y/H_e值(y为垂直连续墙方向上与连续墙的距离,H_e为开挖深度)小于0.92时,基坑开挖引起土体沉降值及沉降差较大;地表变形与浅基础变形较为接近,桩基础建筑变形值明显小于浅基础建筑变形值且嵌岩桩基础建筑变形值最小;邻近浅基础建筑及桩基础建筑均受到空间效应影响,在x/H_e值(x为平行连续墙方向上与端部的距离)小于1.5时,空间效应较为明显,x/H_e值大于2.0时,邻近建筑及围护结构邻近土体变形接近平面应变状态。

软土地区基坑开挖对周边设施的变形特性影响

为了研究基坑开挖对周围管道、建筑、道路的影响,2个狭长形地铁车站深基坑不同位置处土体的侧向位移、土体沉降、管道沉降、建筑沉降等资料的监测数据在开挖过程中被记录.通过分析现场监测资料发现,地表沉降与监测点基坑围护结构距离的关系呈三折线模型,管道沉降与土体沉降有一定的相关性,燃气管道、给水管道和污水管道的沉降平均值占地表沉降平均值的比例分别为94.3%、58.7%、65.3%.管道沉降和地表沉降的变化趋势相似且均呈一定的空间效应,随着L/He的增大,土体沉降及管道沉降的平面应变比（PSR）呈先增大后变化缓慢的趋势,刚度较小的燃气管道的三维效应与土体沉降的三维效应变化相似.距离基坑15m处桥台的最大沉降差发生在距离开挖边缘-5～5m处,差异沉降为0.88×10-3,桥台最大沉降值发生在靠近基坑中心位置处,最大达24.32mm.随着时间的增长,管道沉降和地表沉降均呈现先增大后保持稳定的趋势,底板完成时,管道沉降和地表沉降占最终沉降的比例分别为85%和80%.

软土地区基坑开挖引起的浅基础建筑沉降分析

基坑开挖会引起周围建(构)筑物的附加应力和变形,通过对基坑开挖过程中连续墙围护结构的监测资料分析发现,随着开挖深度的增加,墙身最大侧向位移呈增大的趋势;最大位移深度位于开挖面附近,底板浇筑时侧向位移所占最终位移的比例为91.8%。随x/He值的增加,土体沉降呈先缓慢增加,后迅速减小的趋势。在x【16 m时,土体沉降值较大但差异沉降较小,在10 m【x【28 m,土体沉降呈迅速减小的趋势,土体的差异沉降值较大。在x分别为9.6,27.6,45.2 m时,底板浇筑时的建筑沉降所占最终沉降的比例分别为76.6%,71.5%,56.8%。五层建筑的沉降变化与地表土体的沉降变化相差较大,2~3层建筑的沉降变化趋势与地表的变化趋势较为接近。在y【30 m时,建筑沉降值较小,差异沉降较大;在y】30 m时,沿y方向的建筑沉降值较大,差异沉降较小。

大直径扩底嵌岩桩竖向承载性能

为更好地了解大直径嵌岩桩的承载性能,对3根直径为1 000 mm的普通灌注桩和4根直径为1 600 mm(2 800mm)的扩底桩进行了一系列静载以及自平衡试验。不同类型灌注桩的静载试验分析表明:是否注浆以及注浆量均对桩端阻力及桩侧阻力的发挥均有一定程度的影响。单位端阻力随着位移的增大呈先迅速增大后有所放缓的趋势,对于不同直径的桩其临界位移有所不同,直径为1 600 mm桩(注浆4.2 t),1 600 mm桩(注浆9.5 t)和1 000 mm直桩(注浆2.2 t)对应的临界位移分别为5.26,3.48和2.34 mm,对应的临界单位端阻力分别为3 414.6,3 414.6和3 668.8 k Pa。根据实测值计算所得的1次扩底部分向上的端阻为3 423 kN,为理论计算值的0.52倍。

大直径钻孔灌注桩的竖向承载性能

为了分析大直径钻孔灌注桩的承载性能,对2根直径分别为2.2m的钻孔灌注桩开展自平衡试验,将试验结果与原位测试结果进行对比分析.通过对测试结果的分析发现,注浆后荷载箱的向上及向下荷载-位移曲线的变化更加缓慢,当桩端位移为20mm（1%D,其中D为桩径）左右时,端阻达到极限状态,未注浆桩和注浆桩的极限端阻分别为2 834、3 561kPa.桩身侧阻随着桩土相对位移的增大呈先增大后保持稳定的趋势,淤泥质粉土层、黏土夹粉砂层、圆砾混卵石层的侧阻在桩土相对位移为1.5~3.0mm时达到稳定.注浆能够提高桩端以上一定深度的桩身侧阻,圆砾混卵石层中侧阻的提高幅度约为18%.荷载箱上下的侧阻随位移的变化模式不同,未注浆桩和注浆桩的转换系数的取值分别为0.92、0.91.桩的极限侧阻与不排水剪切强度呈线性关系,且桩的极限侧阻与不排水剪切强度具有较好的拟合度.圆砾混卵石层中极限侧阻与动力触探（63.5kg）击数有一定的相关性.

黏性土中微型桩抗压和抗拔现场试验

为了更好地研究一种新的施工工艺下微型桩的承载性状，选用两根微型桩做现场静栽试验，每根桩中12个振弦式钢筋应力计被均匀布置于微型桩中．通过静载试验的结果发现，微型桩在承受抗压及抗拔时最终呈刺入破坏或桩身被拔出．土层性状和桩土相对位移对微型桩侧阻的发挥有很大关系，桩身侧阻随桩土相对位移变化呈应变硬化关系．不同土层及同一土层受力状态不同时，桩的临界侧阻和临界位移各不相同．通过将微型桩实测单位侧阻与静力触探试验结果对比分析发现，抗压时实测单位侧阻为静力触探试验的锥尖侧阻平均值的0．57—0．99倍，抗拔时实测单位侧阻为静力触探试验的锥尖侧阻平均值的0．37～0．72倍．抗压桩实测单位锥尖端阻为静力触探试验结果的0.38倍．

后注浆和复压对灌注桩端阻力的影响分析

注浆和复压等措施能够加固桩底沉渣进而增大桩的承载力,通过对不同直径灌注桩的现场静载试验分析发现:桩端注浆和复压能够同时增大桩的侧摩阻力和端阻力,随着桩径的增大,桩的极限承载力提高。注浆桩端阻随着端部位移的增大呈先增大后变化缓慢的趋势,直径分别为800,900,1000 mm的桩在极限承载力条件下时的端阻分别为5265,4995,4815 kPa,现场试验的实测端阻尺寸效应系数分别为1,0.95,0.91。复压后端阻的变化速率大于注浆后端阻的变化速率,单位极限端阻分别为5889,5488 kPa。