国际工程中重型罐基承载力确定及地基沉降特性分析

浅基础承载力及地基沉降评估是工程勘察设计的基本问题,从事国际岩土工程有关的建设项目,应充分了解国际主要浅基础评估方法、计算公式及设计流程。以伊拉克鲁迈拉油田重型储罐工程为案例背景,进行了系统完整的浅基础案例分析,分别基于抗剪强度准则与沉降控制准则确定了重型罐基的地基承载力,并结合数值分析技术分析了储罐基础的沉降变形性状。结果表明:浅基础承载力的确定应兼顾地基强度与变形要求,沉降是储罐基础承载力的主要限制因素;结构荷载对储罐基础中心点的沉降影响最为显著,地基沉降随着深度以及与储罐中心距离的增加而逐渐减小,基底沉降性状总体呈“碗状”形态;相邻罐体的荷载会对基础变形产生一定的叠加影响,两罐相向部位的沉降较相离方向略大。研究可为从事类似国际岩土工程项目时确定地基承载力及地基变形提供参考。

一种地基沉降的高效表达方法研究

目前地基沉降影响评估一般只在沉降云图或沉降等值线上手动标出最大沉降和差异沉降,而不详细说明地基基础重点部位的沉降情况,不仅影响成果表达的丰富性和准确性,还不利于了解基础其他部位的沉降情况。提出一种对建筑地基基础各重点部位沉降及差异沉降的高效表达方法,并将该方法应用于实际工程。结果证明,该方法能读取PLAXIS3D软件的数值计算结果,不仅可快速绘制沉降云图、沉降等值线、地基基础重点部位沉降及差异沉降等图件,还可通过将上述图件叠加显示,大大提高成果表达的丰富性和准确性。

深埋隧道穿越富水破碎带围岩突水机理

基于隧道穿越处于复杂应力场与渗流场环境的富水破碎带时存在发生重大突水事故的安全隐患,通过对破碎岩体的渗流特点进行研究,建立孔隙颗粒介质流失的渗流模型;基于连续介质力学和变质量动力学理论,推导饱和破碎岩体变质量渗流-变形耦合理论模型;以福建漳州梁山隧道L7富水破碎带为工程背景,分析围岩的渗流场、应力场与位移场分布特性,并总结隧道断层破碎带的突水塌陷机理。研究结果表明:断层破碎带突水实质上是围岩的力学平衡和地下水的渗流平衡因施工扰动发生急剧变化,引起围岩应力重分布及地下水能量释放;隧道施工揭露断层后,岩体颗粒随孔隙空间的流体发生迁移形成新的渗流通道,导致地下水在水头压力作用下向工程临空面涌出,形成漏斗形的渗水区域;随着渗流作用时间的延长,地下水和岩土体逐渐流失,隧道上方的破碎岩体发生严重的滑移变形,形成椭圆形塌陷区域,与现场实际塌陷破坏规律基本吻合。本文提出的渗流-变形耦合模型对理解破碎岩体渗流力学机制和深埋隧道突水灾害的预防设计具有参考价值。

基于隧道与断层破碎带距离因素的震害规律分析

断层破碎带是引起隧道震害的关键因素之一,隧道破坏程度与断层的相对位置、距离等因素关系密切。文章通过对12种典型数值模型的模拟分析,研究了隧道与断层破碎带距离因素影响下隧道结构的地震破坏规律。为确定模型的加载方式,依据地震几何学原理与地震动衰减效应进行地震波传播的理论研究;以有限差分软件FLAC^(3D)的非线性动力分析模块为平台,将计算得到的地震波输入到隧道模型中;通过对计算结果的系统分析,探讨了隧道与断层不同距离对隧道结构的震害影响。研究结果表明:隧道结构的震害主要发生在边墙肩部和角部等位置,其破坏区域大致在共轭45°方向上;隧道与断层破碎带相交,衬砌的变形破坏主要发生在与破碎带接触的部位;隧道位于断层上盘,距离因素对震害影响显著,且距离约10 m时最严重;隧道位于断层下盘,距离因素对震害影响不明显。研究成果对跨断层隧道的震害风险评估及防震、减震设计有重要指导意义。

傍河工程中地下水与地表水水力联系研究

地下水与地表水水力联系是傍河工程中十分重要的问题,主要表现在其对地下水控制工程有着重要影响。针对目前行业研究方法存在问题,重点考虑建设工程的特点及需要,以在建的延崇高速公路(北京段)妫水河隧道工程为例,提出了利用傍河抽水试验来分析地下水与地表水水力联系的一种便捷方法。首先,详细分析了隧道沿线的复杂水文地质条件(尤其是凹形与凸形两类河岸对河流沉积作用的重要影响),在此基础上布置了傍河抽水试验;根据傍河抽水试验获得的数据,分别从水位降落漏斗形状和△h^2-lgr曲线规律两个角度定性分析了地表水对地下水的影响,并对水文地质参数计算方法进行了研究;然后考虑傍河工程施工中地下水控制工程实际需要,根据镜像法原理,提出了利用河流补给边界位置来定量评价地下水与地表水联系的一种思路;最后,利用镜像法反演了河流对地下水影响的河流补给边界位置,反演结果得到了隧道沿线地质条件及相关经验的佐证。

基于块体理论的围岩稳定性分析及数值模拟研究

岩体的完整性及节理裂隙的发育程度是影响围岩稳定性的主要因素。潜在失稳块体将引起围岩掉块、剥落、滑移甚至坍方等失稳现象。以小三岔口隧道为依托,基于块体理论研究,借助围岩结构分析和数值模拟相结合的方法,从岩体结构特征入手,定位隧道开挖潜在失稳区域,寻找可动块体,确定关键块体,深入分析围岩失稳变形模式,揭示无支护条件下围岩的变形、受力特征并提出针对性施工建议。研究结果显示:岩体节理裂隙发育、节理面相互切割成不利组合和岩块结构面结合性差是围岩失稳的根本原因;关键块体的运动是造成围岩失稳的直接原因。

断层破碎带相对位置影响下隧道的地震响应分析

依据地震波衰减效应确定模型的动力加载方式,将计算得到的地震波输入到能够考虑隧道与断层不同相对位置的典型数值模型中,研究断层破碎带影响下隧道结构的地震动力响应规律。研究结果表明:隧道与断层破碎带的相对位置关系对震害程度影响显著;隧道位于断层上盘时,地震动力响应比相交或位于下盘的情况剧烈;地震破坏主要发生在边墙肩部和角部位置,且断层破碎带与地震作用方向的夹角较小时,隧道结构的动力损伤较严重。

微水试验技术在临河沉积区渗透特性研究中的应用

河流沉积区域地层岩性复杂,含水层呈现多岩性层状分布的特点,垂向上不同深度的渗透特性差异较大。通过在河流沉积区域场地开展的多组现场傍河微水试验,探讨了在复杂地层中进行微水试验的现场试验技术,并将计算得到的渗透系数与该区域抽水试验结果相对比,分析了微水试验技术在傍河复杂地层中的适用性。试验结果表明,微水试验在复杂地层渗透系数测试中具有较高的可信度,与常规抽水试验相比,抽水试验得到的渗透系数是微水试验测试结果的1.57~7.20倍左右,平均为3.14倍,远小于室内试验的偏差。开展微水试验时,对钻探、成井和洗井的质量要求较高。对于地层变化复杂的场地,测试含水层的平均渗透系数时,必须设置足够数量的试验井,以规避地层岩性变化引起的误差效应。

弱胶结软岩地层相邻大断面巷道合理间距研究

基于相邻巷道开挖扰动和爆破振动对已有巷道影响的理论分析,推导了相邻大断面巷道合理间距的确定公式。以麦垛山马头门硐室与主变电所巷道间距设计为依托,利用数值方法计算变间距多个模型的开挖扰动影响,以确定其巷道间距。研究结果表明,麦垛山马头门硐室与主变电所巷道间距的理论计算值应不低于36.6 m;数值分析发现当巷道间距为40 m时,马头门硐室与主变电所巷道中间围岩的应力场已接近原岩应力,巷道围岩位移场与塑性区基本趋于对称稳定,马头门硐室支护荷载与未受影响前基本一致。利用上述研究成果,综合现场施工状况,最终确定其间距为40 m。工程施工后硐室与巷道稳定,验证了在软岩地层中该巷道间距设计的科学合理性。

不同本构模型下建筑荷载对近邻地铁的沉降影响分析

针对高层建筑施工对近邻地铁隧道产生的影响,采用MC模型及CY模型两种土体本构模型,预测分析新建高层建筑荷载对紧邻地铁区间隧道及周边地表的沉降影响。结果显示,在计算参数均相同的条件下,两种本构模型得到的建筑荷载对周边土体的影响范围是一致的,但是该影响范围内的地表及隧道结构竖向沉降差异较大;根据工程经验,认为CY模型更符合真实情况。

单轴压缩荷载下不同倾角三维通透裂隙扩展机理研究

采用红砂岩制作分别含有不同倾角三维通透裂隙的圆柱体标准试件,进行单轴压缩试验,并结合实时监控和数值模拟的方法对其断裂破坏机制进行系统分析。试验发现:单轴压缩荷载下,不同倾角预制裂隙主要以翼裂纹和反翼裂纹两种模式扩展,扩展路径均在一定程度上偏离最大主应力方向,当预制裂隙倾角小于等于45°时,裂隙扩展以反翼裂纹为主,且扩展路径偏离程度随预制裂隙倾角的增大而增加,当预制裂隙倾角大于45°时,裂隙扩展以翼裂纹为主,且扩展路径偏离程度随预制裂隙倾角的增大而降低;含裂隙试件的起裂角度随预制裂隙倾角的增大而减小,起裂强度,峰值强度以及弹性模量均随预制裂隙倾角的增大而增大。数值模拟结果发现,翼裂纹的萌生与扩展主要由拉剪应力主导,反翼裂纹的萌生与扩展主要由压剪应力主导,拉应力集中区域随着预制裂隙倾角的增大而逐渐缩小。

近断层隧道地震动力响应宽度影响分析

为了评价断层破碎带宽度对近断层隧道结构动载稳定性的影响,建立了10m内的6种小宽度模型,通过FLAC 3D进行数值计算,分析断层破碎带不同宽度时隧道结构与围岩的横向断面地震动力响应特征。结果表明,断层破碎带宽度是影响隧道结构及围岩动载稳定的关键因素,当断层破碎带宽度超过5m时,衬砌开始出现剪切破坏区,且围岩塑性区范围大面积扩展;可将5m宽度作为近断层隧道结构动力响应程度划分的重要阈值,如果在建隧道毗邻的断层破碎带宽度大于该阈值,则应当在近距环向设置减震层或对衬砌进行局部加强。

深大基坑基底隆起变形性状及规律分析

过大的基底隆起严重影响深基坑工程的稳定性与安全性,为研究基底变形特性及其发展规律,规避底部隆起引发的深基坑失稳破坏,以北京某超深大基坑项目为例,通过分析深基坑隆起诱发机理,建立基坑开挖数值模型,系统研究整体开挖引起的土压力差、支挡结构向坑内变位、地下水渗透及深层承压水水头变动等导致的基底隆起变形特性及变形规律。结果表明,整体开挖是坑底隆起的主要原因;支挡结构变位对坑底隆起影响范围集中在距侧壁约1倍开挖深度区域;地下水渗透及深层承压水水头变动引起周边地层的整体上浮,但对基底隆起影响较小;基底实测变形前期以稳定回弹为主,后在某时段内发生明显的突变隆起,然后又缓慢上浮达到峰值,并以日变形量亚毫米级缓慢上浮、下沉波动。

可回收锚杆在深基坑工程中的应用

基坑工程回填后,留弃于附近地层中的锚杆导致了极大的材料浪费与地下污染,而且易成为邻近区域后续工程建设的障碍。随着地下空间的充分开发以及人们对地下产权保护意识的逐渐加强,可回收锚杆成为解决这一问题的新技术。以北京市某邻近地铁车站深基坑工程为背景,详细介绍了邻近地铁车站深基坑工程中可回收型锚杆的设计、施工工艺及技术要求,并结合现场监测数据进行了可回收锚索的适用性评价,为以后类似工程提供参考和借鉴。

北京地区PBA法施工对周边环境影响评估方法

北京地区采用PBA法施工的工程大多位于城市繁华区,其对周边环境影响显著,该类工程在施工前需开展风险评估工作。采用数值分析评价PBA法施工对周边环境的影响依赖于模型的准确性和参数的可靠性。为了快速调整模型并确定计算参数,提出一种适用于北京地区PBA法施工对周边环境影响的评估方法,即将Peck经验公式法与数值计算法相结合。通过实践检验,证明该方法实用、可靠,对于北京类似工程的环境影响评估具有借鉴意义。

弱胶结软岩巷道围岩位移反演地应力研究

为克服弱胶结软岩钻孔塌陷、遇水软化及崩解给常规地应力测试带来的困难,提出了弱胶结软岩矿区巷道围岩位移反演地应力分析方法.通过在圆形巷道位移解中引入几何修正系数,运用阻尼最小二乘法求得了直墙半圆拱巷道顶板、两帮、底板的修正位移解,基于伊犁四矿软岩巷道围岩位移测试数据,反演得到了该矿区的地应力分布,并结合数值分析进行了地应力正演验证.结果表明:巷道位移修正解、数值模拟值和现场监测值吻合度较高;该矿区地应力场以自重应力为主,最大水平应力是垂直应力的0.7~0.8倍,其方向为NNE^SSW,方位角为10°~20°,对巷道掘进方向和采区布置的影响具有明显的方向性.

地面超载条件下覆跨比对浅埋隧道稳定性的影响

以青岛地铁江西路站为工程背景,通过典型数值模型的计算与分析,研究了地面超载环境中覆跨比对浅埋隧道的变形与受力特征等开挖稳定性规律.结果表明:不同覆跨比下浅埋隧道的破坏形态相似,首先是拱肩部位的围岩发生剪切破坏,然后破坏面逐渐发展至地表,围岩的塑性区形状呈倒锥体;覆跨比大小对隧道的围岩稳定性影响显著,覆跨比小于0.2时,围岩的破坏程度严重,出现地表、拱顶沉降变形不收敛的现象;覆跨比增大,有利于加强围岩与支护的共同作用,可以控制地层的变形发展、降低围岩的应力扰动;地面超载值越高,隧道结构的变形与地表沉降越大,围岩的应力扰动也越严重.

大淋水泥化弱胶结软岩巷道分阶段闭合支护技术

大淋水条件下泥化弱胶结软岩巷道的变形及失稳机理比较复杂,淋水会造成岩体软化、泥化,使围岩承载力下降、支护体失效,最终导致巷道产生非线性大变形.通过现场围岩变形观测与FLAC 3D软件数值分析,充分了解了新上海一号煤矿软岩巷道的变形破坏特征.在大量软岩巷道支护实践经验的基础上,提出了以防治水为前提,一次支护卸压、二次支护定型、关键部位强化为原则,顶板注浆、底板钢筋混凝土反底、底角格栅、全断面喷浆为手段的综合性分阶段巷道围岩闭合支护方案.在113采区回风巷进行了70m现场应用试验,结果表明该方案有效控制了软岩巷道的围岩变形.