深基坑开挖对邻近古建筑影响实测分析

基坑开挖对坑外地表及周边浅基础古建筑等有重要影响。结合佛山地铁三号线大良站基坑开挖工程,对基坑地连墙结构、坑外地表及古建筑(慈善会)的变形进行了监测分析。结果表明:随基坑开挖深度增大,地连墙的水平位移最大值位置逐渐向下移动,最大水平位移约为14 mm;地连墙顶部位移逐渐由坑内指向坑外,变形呈“下凸上凹”型;周边地表沉降规律表现为凹槽型,沉降槽点在0.2~0.3H(H为基坑深度)之间;古建筑累计沉降随基坑开挖深度的增大而增大,且其邻近基坑侧更大,最大值约为15 mm,不均匀沉降值约为7 mm;在同一工序下,古建筑沉降趋势与地表沉降趋势相同,前者沉降变形更大,且相对滞后。基于分析结果:基坑开挖过程中加强横撑、适时回灌、及时施作封底等措施对减少邻近古建筑变形具有重要工程意义。

浸水浅埋黄土隧道复合地基受力性状试验研究

湿陷变形是黄土隧道建设与运维过程中一直面临的难题,其中复合基底在黄土隧道建造中发挥着关键作用,有效缓解了黄土隧道的湿陷变形问题。为了研究湿陷性黄土地层隧道复合基底承载力及其湿陷变形问题,通过室内大型模型试验,研究了复合基底浸水和未浸水工况下基底受力变形性状,结果表明:较天然基底,复合基底各测点应力响应深度有所增大,基本都在60 cm以内,但基底土体应力减小幅度较无桩工况有所减小;浸水能提高复合基地桩顶和桩间接触压力,但桩顶压力变化趋势相对较大;此外,浸水作用能降低加固区应力增量,下卧层应力增量有所增大。

路基压实黄土动力特性的试验研究

在大量动三轴试验的基础上,对压实黄土的动力特性进行研究。试验结果表明:压实黄土的动应力-应变曲线在一定条件下近似为双曲线模型,并得到部分试样的模型参数取值。压实黄土动弹性模量随着动应变的增加而减小,逐渐趋于稳定,并且在不同干密度、不同含水率及不同围压状态下变化趋势基本相同。阻尼比受含水率、固结应力比、干密度及围压等因素的影响,综合反映为随动应变的增加而增加,取值为0.2～0.3,但离散性较强。振陷变形与干密度、含水率及荷载作用次数有着密切关系,干密度愈大,含水量越小,振动次数愈大;在同等的应力条件下,振陷变形愈小,并且存在一临界动应力。当动应力小于该值时,振陷变形较小,与动应力近似线性关系;当动应力大于该值时,振陷变形增加较快,呈现明显的非线性。

软土结构性对渗透及固结沉降的影响

基于原状土与重塑土的一维固结及渗透试验分析,得到土体结构性对渗透的影响特征,并提出土体的渗透系数与孔隙比的计算公式。根据对土体的应变特性的试验分析,给出考虑土体结构性的沉降计算方法,尤其是在固结系数的计算公式中考虑结构性的影响。该计算方法避免传统方法必须进行绘图的缺陷,且可进行数值化计算,并通过工程实例验证该方法的可靠性。

隧道洞顶围岩竖向全位移量测及变化规律研究

围岩内部位移通常是在工作面开挖后再进行量测,因而导致现场量测结果存在一定损失。为得到隧道施工过程中围岩内部位移的变化规律,自行研制开发了适用于量测隧道洞顶围岩竖向全位移的多点位移测试仪,该仪器具有测试原理简单、现场埋设方便、测试数据精度高的特点,且比传统多点位移计的测点多。结合阿拉坦隧道,利用该仪器对隧道洞顶处的围岩内部位移进行了量测,得到了隧道浅埋段洞顶围岩内部位移的变化规律,经分析发现,如果采用传统多点位移计进行洞内量测围岩内部位移的方式,围岩内部位移的损失程度将达25%以上,这将给围岩稳定性的判定造成直接影响;此外,通过对监控数据的分析,还得到了隧道开挖引起的围岩松弛范围。其结果对隧道的开挖与支护具有重要指导意义。

饱和软土地基固结沉降的现场测试

工后沉降与差异沉降是影响公路工程质量的关键。为加快施工期及预压固结期间的沉降速度,减小工后沉降,对四川达州-重庆高速公路软土地基进行了塑料排水板预压固结处理,并利用沉降探头、沉降杯对其进行了沉降观测,得到软基沉降变形的规律;同时通过孔压探头对其进行了现场孔隙水压力消散测试,得到孔隙水压力发展变化的规律。测试结果表明:该方案能有效地加快软基的沉降速率,缩短预压时间,加快施工进度,减小工后沉降变形与差异沉降。

一维固结理论中固结系数的试验分析

利用长安大学改装的K0固结仪,对原状土样与重塑土样进行了固结渗透试验,根据试验所得到的数据,分别对2种土体的变形与渗透特性进行了分析,并结合太沙基一维固结理论,得到了固结系数的确定方法;在此基础上,对固结系数的变化进行了非线性分析,揭示了固结系数在固结过程中的变化规律及土体结构性对它的影响,这对准确计算地基土体的固结沉降有指导作用。

车辆荷载下黄土参数对路堤沉降变形的影响

根据车辆荷载的作用大小及形式,应用ABAQUS软件开展不同动力参数下路堤沉降规律数值分析,得到压实黄土路堤动力参数及车辆超载情况对路堤沉降变形的影响规律。研究结果表明:压实黄土动力特性指标对路堤沉降变形影响大小依次为:弹性模量、泊松比和阻尼比;在强度指标中,内摩擦角对路堤沉降变形影响不敏感,而黏聚力较敏感;超载条件下,随着车辆荷载的增加,路堤沉降近似线性增加;路堤在行车荷载长期反复作用下,干密度对路堤沉降变形影响的最敏感,其次是含水率,固结压力对路堤沉降变形的影响相对较小。

一维固结变形理论参数的试验分析

通过对原状土样及重塑土样的一维固结及渗透试验分析,对一维固结变形理论中的有关试验参数进了系统试验分析。探索了土体侧压力系数在固结过程中的变化规律,发现对正常固结土存在一临界固结压力,当固结压力大于该值时,土体的变形以次固结变形为主;通过对渗透系数的变化进行分析,表明土体结构对渗透系数有较大影响,且提出了渗透系数的计算公式;同时利用割线模量法给出了地基沉降的计算公式。在此基础上,对固结系数的算法进行了有益的尝试,并将之与传统方法进行对比,提出了一种固结沉降计算新方法。最后,通过工程实例,验证了研究成果的可靠性。

川西高海拔寒区富水隧道温度测试与冻胀分析

寒区隧道冻害问题与围岩温度及水压分布关系密切,采用铂金属热敏电阻元件与渗压计测试某寒区隧道的围岩温度与水压分布,以此为基础结合隧道实际,采用数值方法系统分析考虑渗流条件的温度场及冻胀力。研究结果表明:围岩水压力随时间变化基本稳定,在隧道边墙处约为60 k Pa,在隧底处约为80 k Pa,且在测试段落内水压沿隧道结构分布一致,地下水补给与排放处于平衡状态,基于实际入渗状态下的隧道洞口最大冻深达6.1 m,得到了最大冻深条件下冻胀力沿洞身的大小与分布。研究结果可为类似寒区隧道工程的设计与施工提供参考。

大断面黄土隧道围岩流变对旋喷桩地基受力与变形的影响

黄土隧道基底病害是较为常见的一种病害形式。为了分析大断面黄土隧道加固地基的基本性状,以傅家窑1#隧道旋喷桩加固段为依托,在考虑围岩流变条件下,采用数值模拟的方法,对隧道加固地基受力与变形进行了分析。研究结果表明:隧道地基压力随围岩流变时间的增长逐渐增加,加固地基压力最终呈现为“马鞍形”。隧底围岩应力在流变初始阶段呈现“应力泡”状分布,随流变的发展,呈现为“盆”状分布,基底中线附近桩体逐渐由受拉状态转变为受压状态;墙角附近桩体始终处在受压状态,且桩身轴力逐渐增大,桩体承载性能得到利用;高压旋喷桩加固地基围岩变形表现为先回弹,但回弹变形小,然后沉降,再回弹的变化规律,与天然地基相比,加固地基回弹变形量为天然地基回弹变形的0.1倍。

软岩隧道浅埋段围岩全位移空间分布特征研究

围岩位移信息的收集对指导新奥法隧道施工具有重要意义。在各种因素制约下,围岩位移信息采集不可避免存在损失位移。文章依托阿拉坦隧道工程实例,以现场实测全位移数据为基础,确定了各施工阶段的围岩应力释放率,并在此基础上,对隧道浅埋洞口段地表与拱部围岩的全位移变化规律进行了三维数值分析。结果表明:隧道开挖过程中,地表测点竖向位移最大为33 mm,与实测结果基本一致,且地表测点竖向位移远大于水平位移,竖向损失位移比例占围岩总位移量的比例高达42.86%;隧道拱顶围岩竖向位移计算值为60 mm,与现场实测结果基本一致,隧道拱部围岩不同方向的损失位移所占全位移的比例不同,水平方向约为21.42%,竖向高达40%以上;掌子面通过监测断面前后约1.0倍洞径范围内围岩变形速率较大,在此区间,围岩竖向位移发生量约占总沉降量的70%。

支护条件下软岩隧道小型拱形塌腔围岩变形分析

以小型拱形塌方为研究对象,考虑支护条件,对自重应力场作用下软岩隧道小型拱形塌方腔体周边围岩及支护结构的变形受力进行了深入研究。结果表明:塌方腔体围岩水平位移增加值不均匀,拱顶处接近于0,垂直位移增加值相对均匀,两者最大值均位于塌腔与隧道断面交界点;距洞壁越近,水平位移和垂直位移越大;围岩应力释放程度不同,不同测线水平应力变化规律差异较大,垂直应力随距洞壁距离增加而不断增加,最终趋于稳定;塌方后支护结构的局部轴力变大,剪应力也较正常情况增加,表明支护结构受力明显增加,如处治不及时则可能发生二次塌方。提出应用锚杆进行塌方处治的方案,得出锚杆发挥了良好的加固围岩作用,围岩变形得到了有效控制。

考虑隔热层的寒区隧道围岩温度径向传播规律及相关参数研究

寒区隧道围岩径向温度传播规律对隧道保温设计具有重要的指导意义。目前寒区温度场的研究多为现场实测与理论分析2个方面。为得到寒区隧道支护结构与围岩温度沿径向变化的规律,自行研制了温度模拟足尺试验仪器,并在此基础上开展了无隔热层与有隔热层2种条件下的模拟试验,分析了隧道围岩径向温度场变化规律。结果表明:模拟环境温度为-12.5℃条件下,无隔热层时,90 h时环境温度降到-9℃,初喷混凝土层与围岩的交界面处的温度降低至0℃,当温度进一步降低时,围岩出现冻结状态,且随着时间的推移,冻结范围逐步扩大,192 h时环境温度降低到-12.5℃,各界面温度基本达到稳定;设置4.5 cm隔热层时,由于隔热层作用,450 h时支护结构混凝土及围岩内的温度均大于0℃。结合试验最后确定了隔热层、隧道支护混凝土与围岩的导热系数与导温系数,结果可为寒区隧道保温设计提供依据。

修正割线模量法在沉降计算中的应用

为准确计算地基的沉降量,在总结已有研究成果的基础上,提出一种基于原状土的修正割线模量法。通过对传统割线模量法的理论进行修正,提出修正系数α概念,该系数的大小取决于土体初始割线模量和其自身受到自重应力的大小,且对于单一均质地基,该系数呈现逐渐减小的趋势。最后依据实际工程,应用分层总和法确定地基的沉降量。经曲线、割线模量法和修正割线模量法的计算结果与实际观测结果比较分析,表明修正割线模量法所得结果与实际观测值更为接近,验证了该方法的可靠性。

悬挂式止水帷幕深基坑分级降水开挖变形特性

在地下水丰富且发育有深厚的透水层的地区,考虑到施工难度以及经济性因素,深基坑的隔水设计往往采用悬挂式止水帷幕。基于佛山地铁某深基坑变形实测资料,采用ABAQUS建立三维流固耦合模型,考虑分级降水开挖的实际工况,研究开挖过程中悬挂式止水帷幕基坑的变形规律。结果表明:地连墙变形在开挖的各个阶段均呈“中间变形量大,两侧变形量小”的鼓胀形。最大侧向位移点在开挖的各个阶段均位于开挖面附近,随开挖深度的增加呈下移趋势。地连墙墙顶位置容易朝着坑外发生变形。坑外地表沉降曲线呈“凹槽”形,随着开挖深度的增加,最大地表沉降点逐渐远离基坑。在基坑开挖过程中,软土层开挖扰动引起的地表沉降呈减小趋势,由坑内降水引起的地表沉降呈增加趋势,由降水引起的沉降可达总沉降量的一半以上。回灌前后坑外地表沉降分布规律基本一致,均呈“凹槽”形,采取回灌措施可在一定程度上控制悬挂式止水帷幕地表沉降变形。

粘土的结构对渗透性质影响的试验研究

天然沉积的粘性土都具有一定的结构性 ,根据研究粘土的渗透性能与土体的结构性具有密切的关系。土体的渗透性是土力学中主要的研究课题之一 ,对某些工程问题具有重要的意义。本文对粘土在不同压力下进行原状土与重塑土的渗透试验 ,并根据试验结果探讨了粘土结构性对渗透性的影响 ,得出一些有意义的结论 。

软土深基坑单井回灌参数优化与现场测试分析

为解决因深基坑降水和基坑渗漏引起的地表沉降问题,通常在坑外进行地下水回灌,而回灌参数会影响地表沉降控制效果。为了选取合适的回灌参数,采用ABAQUS有限元程序进行滤管长度、回灌井井径、井深、回灌压力对地表沉降影响的敏感性分析,得到如下结论:回灌压力和回灌井井深为控制地表沉降的关键因素,对控制基坑周边的沉降变形相对敏感,在设计回灌井时应首先考虑;而滤管长度和回灌井井径对控制地表沉降变形不敏感。回灌压力越大,控制地表沉降的效果越好,但不能无限制增加回灌压力,应根据回灌井周围密封强度计算回灌压力上限值。回灌井越深,基坑周边地表沉降越小,但应结合地质条件选取合理的井深。将选取的回灌参数用于现场回灌试验,回灌后坑外地下水位明显抬升,有效地控制了基坑周边地表沉降。

盾构隧道侧穿历史古建筑的监测分析与施工控制

盾构机的穿越施工会对地表建筑物造成扰动,产生一系列不良影响,对于历史悠久的古建筑物,盾构施工整个过程更需严格控制。为减少盾构隧道掘进对古建筑物——清晖园的影响,需对清晖园在不同工况下进行实时监测并反馈指导施工,确保清晖园在侧穿过程中的安全。实测及统计分析结果表明:开挖面处有大量地下水会引起周围建筑物的显著沉降;气压辅助开仓过程会引起开挖面压力的失衡,引起建筑物隆起或沉降;合理的掘进参数可将建筑物沉降控制在较小范围内;盾构机掘进影响范围内的建筑物沉降大体可分为5个阶段,可通过加快掘进速度使盾尾到达沉降变化较大测点处,通过同步注浆及二次注浆来控制沉降。通过对侧穿过程的全程监测和统计反馈,盾构左线成功完成了对古建筑的侧穿,相关经验可供类似工程借鉴。

铁路隧道基底脱空条件下的动力响应分析

列车荷载作用是诱发在役隧道基底病害的主要原因。为分析隧道基底脱空条件下对列车荷载的响应问题,以某铁路隧道工程Ⅲ级围岩正常断面为对象,通过现场在隧道铺底顶面埋设压力盒,对铺底混凝土层受力进行测试;在此基础上,通过数值计算,重点分析列车荷载作用下基底不同脱空长度下的基底中心线、轨道处与轨枕端头处的应力分布规律及铺底顶面振动特性。结果表明:在铺底顶面,动压力在轨道、轨枕端头处与基底中心线处分别为80,20 k Pa和60 kPa。经计算模拟,基底存在40 cm与80 cm宽脱空区时,在轨枕端头处、轨道处及中心线处应力规律基本一致,在脱空区处应力出现先减小再增加现象,且轨道处突变最大,脱空区侧壁处存在应力集中现象,脱空区影响深度范围约2 m。80 cm宽脱空区在数值上与40 cm宽脱空区相比,基底动应力、铺底顶面加速度与振动位移的最大增幅分别为50%、30%和3%。