基于CGA模型的盾构扭矩预测研究

以盾构近距离下穿既有车站结构为背景,提出了一种结合卷积神经网络(Convolutional Neural Networks, CNN)、门控制循环单元神经网络(Gated Recurrent Unit, GRU)和注意力机制(Attention)的新型盾构荷载预测模型。首先用CNN-Attention模型提取数据的高维空间特征并区分不同特征的重要性,然后通过GRU模型提取数据的时序特性,紧接着通过注意力机制提取出重要时间节点信息,最后得出预测的结果。为验证所提模型的预测效果,选取了4种现有的算法进行比较。结果表明所提出的模型在三种评价指标上均优于其他算法模型,同时该模型还可为盾构刀具磨损、地表及结构变形等方面的预测研究提供思路。

颗粒级配对粒状材料不排水力学特性的影响

为了研究颗粒级配对粒状材料不排水力学特性的影响，采用两种形状自相似度很高的材料（玻璃球和Hostun砂）进行了一系列传统三轴不排水压缩试验。对于每种材料，保持相近的相对密实度制作了6个不同颗粒级配（不均匀系数Ca=1．1～20）的试样，然后进行剪切。试验结果表明，颗粒级配对粒状材料的不排水力学性能存在明显影响：两种材料试样的偏应力水平随着不均匀系数的增加而降低，抗剪强度随着材料的不均匀系数Cu的增加而降低，并在Cu〉5后呈现出趋稳势态。基于不排水剪切试验中颗粒集合体二阶功的演化规律，对材料受荷载过程中出现不稳定性的条件进行分析。结果表明，在相同密实度下，粒状材料的静态液化潜能随着材料不均匀系数Cu的提高而增强，高不均匀系数的材料变得不稳定。

考虑级配效应的粒状材料本构模拟

粒状材料被广泛应用于岩土工程中,其颗粒级配变化特性会影响材料的力学性能特别是承载力特性。为了更好地描述级配对粒状材料力学性能的影响,基于弹塑性力学和临界状态土力学,将依赖颗粒级配的临界状态线引入到一个简单的本构模型中。应用此模型来模拟不同粒状材料(DEM理想球体、人工材料玻璃球和天然砂土Hostun砂)的三轴排水/不排水实验。结果表明:此模型仅采用一组级配相关的临界状态参数就可以统一描述不同颗粒级配粒状材料的力学响应。

基坑逆作施工与上部运营铁路的相互影响分析

对上海西站15号线地铁车站基坑逆作法施工进行开挖与支护三维数值模拟,分析15号线车站基坑开挖与上部铁路运营的相互影响。土体模型采用莫尔–库伦弹塑性本构模型,以快速拉格朗日有限差分法为计算手段,探究基坑在逆作法开挖过程中,铁路路基基坑围护结构的变形情况。本计算分析结果可为类似基坑工程的设计和施工提供有益的参考。

逆作土方通道式施工工艺对基坑变形的影响

采用软土蠕变(SSC)模型模拟不同工况下基坑开挖的全过程,对比分析了不同施工工艺对基坑围护变形以及其周边环境的影响.结果表明:逆作土方通道式施工工艺与传统施工工艺的基坑围护变形特征相似,且通道式施工工艺可有效控制围护结构的变形,减小坑外土体的最大沉降量、坑底隆起量和坑外土体侧向变形,对周边环境起到了较好的保护作用;当考虑上覆列车荷载时,逆作土方通道式施工工艺所产生的铁路路基变形在铁路正常运营范围以内.

一种新的高渗透性地层中盾构隧道同步注浆浆液损失的多物理场模拟方法

为满足精细化分析的要求,首先建立了一种计算高渗透性饱和地层中盾构隧道同步注浆浆液渗流扩散的多物理场水力耦合模拟方法。该方法以基于连续介质力学的质量平衡方程描述浆液的运移,通过在质量平衡方程中引入了质量交换项来考虑浆液在土体孔隙中的淤堵及其引起的土体渗透特性的变化,并结合混合物系统的动量平衡来考虑多孔介质的水-力耦合过程。随后,通过ABAQUS二次开发,建立了一个新的7自由度平面应变单元,使得该方法可被应用于分析工程尺度的初边界值问题。最后,以一个典型的盾构隧道开挖与注浆过程为例,进行建模分析。结果表明,所提出的多物理场模拟方法可以实现对注浆及注浆后浆液压力、地面沉降以及浆液扩散范围的时空变化预测。研究还发现,当地层渗透系数大于1.0×10-6 m/s时,需考虑浆液在地层中的渗透流失;同时,浆液在土体孔隙中的淤堵会导致土体孔隙度及渗透性的降低,从而减少了浆液的进一步流失,但其对地层变形没有显著影响,因此在工程实际中,可不考虑浆液淤堵以分析浆液最大流失量及地层变形。

隧道围岩与支护结构变形协调控制机理及工程应用

为解决高应力下隧道岩爆以及软岩大变形控制难题,本文从隧道围岩荷载与支护平衡、变形协调控制及围岩能量守恒三方面进一步分析地下工程平衡稳定方法的特点;根据不同围岩级别总结地下工程平衡稳定方法中隧道支护结构抗力与围岩变形特征曲线,并提出隧道围岩支护的施工建议;通过分析围岩与支护结构有效荷载传递规律与功能转换特征,揭示围岩平衡与支护结构变形协调控制机理,并结合高应变吸能层材料设计一种表征为“吸能让压支承抗压”的一体化新型隧道围岩支护工艺。通过工程应用表明,基于新型支护工艺在岩爆、软岩大变形隧道中围岩压力降低28.09%,保障了隧道安全高效施工。

粒状材料临界状态的颗粒级配效应

采用理想颗粒材料(DEM理想球体)、人工颗粒材料(玻璃球)和天然颗粒材料(Hostun砂),通过数值和室内常规三轴排水试验研究了颗粒材料级配对其应力–应变响应和临界状态的影响规律。试验结果表明:在相同加载初始条件下(e0=0.574,p0'=400 kPa),随着不均匀系数Cu(d60/d10)的增大,试样在q–ε1平面上从剪胀变为剪缩,在εv–ε1平面上表现出由应变软化转变为应变硬化的特性。通过不同围压下的三轴排水试验,在e–p'和q–p'平面上分别对不同级配的颗粒材料集合体绘制了临界状态线,e–p'平面随着Cu的增大临界状态线往下偏移,而在q–p'平面上临界状态线不随Cu的改变而改变。

核电低压缸及凝汽器的地震响应分析

以建筑抗震设计规范标准为依据,采用有限元法对某核电低压缸及凝汽器结构的地震响应进行了分析,通过地震时程分析法和反应谱分析法得到低压缸及凝汽器在水平和竖向方向地震荷载作用下的位移响应特征.结果表明,该低压缸及凝汽器结构的地震响应呈现出板结构的振型特征,其抗震性能优于一般的建筑结构.

软土地层盾构近距上跨运营地铁施工技术

为研究新建线路上跨既有地铁隧道的施工控制措施的合理性,通过现场试验的方法研究了杭州地铁7号线上跨既有地铁1号线的施工措施,并对隧道变形及地表沉降监测数据等进行了分析。研究表明:1号线运营地铁的道床变形、管片收敛及病害扩张等均得到有效控制;7号线施工过程中的地表沉降、管片姿态等均在允许范围内。研究结果对类似盾构近距离上跨既有地铁隧道施工提供一定的借鉴。

内部侵蚀对地下结构影响的数值分析:在隧道渗漏问题上的应用

当地下水从衬砌接缝或裂缝进入隧道时,土体中的细颗粒会在渗流作用下从土体骨架上脱落流入隧道内,这种现象被称作内部侵蚀。然而,当前对隧道渗漏问题的研究中,并没有考虑土体细颗粒流失对隧道结构及周围土体的影响。因此,在连续介质力学框架下开发了一个两相四组分模型,以描述内部侵蚀过程及其引起的土体孔隙度、细颗粒含量及渗透系数等变化;结合一个与颗粒级配相关的非关联临界状态弹塑性本构模型,将细颗粒含量的变化与土体孔隙率、密实度及临界状态线的空间位置相关联以考虑内部侵蚀对土体力学性质的影响。研究结果表明,本模型可以描述隧道渗漏引起的侵蚀区域的时空演化全过程,而基于孔压降低的分析方法会低估渗漏引起的衬砌内力和地层变化。此外,研究还发现三维条件是准确模拟土体内部侵蚀过程的一个重要因素。

土压平衡盾构滚动角纠正方法研究

针对盾构掘进过程中出现滚动角增大的问题,以杭州地铁7号线城站站—四季青站区间盾构掘进工程为依托,提出采用钢楔机构装置纠正盾构滚动角的新方法;建立盾构掘进过程中的转矩计算公式,在此基础上,给出相应参数计算方法,并结合实际工程对纠偏方法进行验证;最后研究隧道埋深、地层类型和盾构直径等参数对钢楔机构数量的影响。研究结果表明,钢楔机构纠偏装置可以快速有效地解决盾构滚动角过大的问题。

盾构同步注浆引起土体变形的影响研究

壁后注浆是盾构隧道施工的关键环节,而同步注浆是为了减少盾构隧道施工对土体扰动而采取的壁后注浆方法之一,是盾构隧道施工的重要施工工艺,对土体变形有着显著的影响。从理论方法研究、数值计算、模型试验和实测分析等几个方面分别阐述了同步注浆对土体变形影响问题的研究现状,同时,结合工程实际总结分析了一些减小同步注浆引起的地表变形的措施,最后分析了盾构同步注浆对土体变形影响还存在的一些问题和可能的研究方向。

外加剂对注浆材料即时和延时性能的研究

为了优化软弱土地层注浆材料性能,本文设置13组浆液基准配合比,根据试验结果和工程经验确定浆液的基准配合比;通过研究外加剂对浆液即时、延时性能的影响规律,得出浆液配合比,并得到浆液延迟注浆优化方案。结果表明:减水剂和缓凝剂均能延缓浆液的即时凝结速度以及流动度损失速度,其中缓凝剂增大浆液初凝时间的效果更为显著,随延迟时间增长,浆液的流动度和初凝时间持续下降,终凝时间增长。为合理控制浆液的流动性和凝结时间,建议浆液的减水剂掺量尽量在水泥掺量的4.2%以下,缓凝剂掺量在0.08%~0.10%区间内。同时在延迟注浆不超过4 h的情况下,可以通过再次掺加减水剂的方法恢复浆液性能。

顶管施工对紧邻隧道的附加影响研究

采用有限单元法模拟间距为5m的两个平行顶管隧道的施工,结合实测数据分析新建顶管隧道对已建隧道的附加影响;并在此基础上计算该区域内较小间距下（3m和2m）隧道附加位移和附加内力的变化情况。研究结果表明,该区域新建隧道对间距2~5m的已建隧道的附加位移影响很小,在2mm以内。计算得出,在2~5 m间距内竖向附加位移随着间距的增大而提高,水平附加位移随着间距的增加而降低。隧道结构的最大附加轴力和最大附加弯矩均随着间距的增大而降低。在间距小于3.5m的情况下,隧道结构的轴力和负弯矩的附加值均较为明显。

双线大断面类椭圆顶管工程相互影响研究及工程应用

在双线大断面类椭圆顶管工程中,会因先后施工而在结构内力、变形、位移等方面产生相互影响。为了能更好地优化设计,对影响程度有效适当地予以控制,研究中选用合适的有限元计算方法和模式,基于郑州商鼎路双线顶管工程施工监测结果的反演分析,进一步对涉及相互影响的相关因素,如:双线净距、高跨比、断面型式、埋深等进行了敏感性分析,从中得出适用小型车双向4车道和大型车双向4车道横断面的设计要则,并将分析结论推广应用在上海淞沪路—三门路下立交工程中双线大断面类椭圆顶管工程的优化设计中,可供类似工程借鉴和参考。

基坑盖板下逆作车站地下连续墙托换破除技术

附属结构与地铁车站连通常需要对地下连续墙进行破除,当地下连续墙上设有临时承重盖板时破除的施工难度更大,风险更高。以某地铁盖挖逆作车站的地下连续墙破除施工为依托,提出了利用局部破除体作为临时竖向支撑进行托换破除的施工方法。首先,采用数值计算分析了不同托换间距对盖板结构体系的受力影响,综合施工进度和作业空间考虑,确定预留1m宽的临时托换柱和不大于12m的破除间距为控制指标,能够满足各受力结构体系在临时托换施工下的承载性能要求;其次,对盖板下地下连续墙破除及切割块转运施工进行了详细分析,给出了分块尺寸、切割块吊装、预留柱节点等关键施工环节的控制指标与做法。实施结果表明:利用既有地下连续墙作为临时托换结构进行破除地下连续墙的施工方法,安全可靠,施工速度快,成本经济。

基于硅灰对注浆材料抗水分散性能影响的外加剂优化研究

为了探究硅灰对富水地层同步注浆材料抗水分散性能的影响,优化注浆材料复合外加剂,配置了5组不同硅灰掺量下以及6组硅灰/聚丙烯酰胺(PAM)/羟乙基纤维素(HEC)复合外加剂不同掺量下的同步注浆材料,分别进行了稠度、流动扩展度、凝结时间和抗水分散性能试验。结果表明:硅灰、HEC和PAM的掺入增加了同步注浆材料的稠度,但是降低了流动性;PAM降低浆液流动性的程度更大,硅灰可以减小浆液的流动性经时损失;硅灰加速了同步注浆材料的凝结,提高了浆液的早期强度。pH值试验、抗冲刷试验和水陆强度比试验结果均表明,三种材料复掺可显著提高同步注浆材料的抗水分散性。当硅灰掺量为1.0%~2.0%,PAM掺量为0.05%,HEC掺量为0.20%~0.30%时,同步注浆材料的稠度、流动性、凝结时间和抗水分散性均达到较优的效果。

盾构隧道同步注浆的几个核心问题探讨

在盾构法隧道工程建设中,盾尾间隙同步注浆是一个非常重要的工序,可缓解因施工导致的地层损失、隧道变形、地面沉陷等问题。对盾构隧道同步注浆的发展概况简要综述,对其几个核心问题进行探讨,包括浆材的选配、施工参数的控制、浆液扩散机理、浆液对管片和岩土体的作用及注浆效果的评估等。针对核心问题的研究,采用的分析方法(室内模型试验、现场实测、理论分析和数值模拟)各有侧重。基于相关的研究现状,展望了未来各个方面的研究方向,以期为相关研究和工程人员提供有益参考。

冲击映像法在水利工程中的应用与探讨

水利工程中常常由于局部脱空而引起水工结构物出现渗漏甚至爆裂等现象,需要采用准确的探测手段对局部病害进行探测,为实施精准治理,除险加固提供依据。本文展示了冲击映像法在水工结构筑物脱空检测中的优势,准确反演了输水管道、水库闸门底板和泵站高位井底板等水工构筑物运营下的脱空病害,为实际工程健康诊断提供了翔实的依据。