正断层错动下地铁盾构隧道变形破坏模型试验研究

为揭示跨隐伏断层地铁盾构隧道结构变形破坏特征,采用自主设计的模拟隐伏断层错动加载试验装置,开展1∶25几何比例的跨断层盾构隧道模型试验,分析正断层错动下盾构隧道的力学响应规律及变形破坏特征.试验结果表明:在2 cm正断层错动影响下,隧道纵向差异变形呈现非线性增大趋势,环缝接头张开变形主要位于断层下盘隧道拱顶及断层上盘隧道拱底,且环缝峰值张开量已超过盾构隧道接缝防水限值;断层延长线与隧道交界处管片直径收敛变形较为严重,该处管片呈现拱腰外侧受拉、拱顶及拱底外侧受压的受力状态;管片与地层之间接触压力受断层错动的影响较大,存在围岩挤压区与围岩松散区,但接触压力峰值相对较小;盾构隧道的主要变形破坏特征为环缝接头拉裂破损、管片纵向开裂及环缝接头变形,管片发生斜向剪切破坏及局部压溃破坏的概率较低.基于盾构隧道环纵向变形破坏特征,建议将管片环缝变形及接头混凝土拉裂破损作为界定跨断层盾构隧道结构破坏的主要控制指标.基于隧道的变形破坏模式,提出了跨断层盾构隧道结构设计及应对措施的建议.

盾构穿越施工对运营铁路股道的变形影响分析

依托北京地铁3号线盾构下穿北京朝阳站铁路股道区工程,通过数值计算并结合现场实测数据,分析区间盾构穿越施工过程中既有铁路路基变形特征,探讨板桩加固体系及地面注浆加固对铁路股道的变形控制效果。研究结果表明,板桩加固体系可显著降低盾构穿越施工引起的铁路路基变形,股道6^(#)路基最大沉降变形仅为1.27 mm,地面注浆加固方案对铁路路基变形控制效果弱于板桩加固体系,但盾构穿越后铁路路基最大沉降值仍满足沉降控制标准,而仅通过隧道二次补浆加固地层并不能保证既有铁路线路运营安全。研究成果可以为类似工程提供参考。

断层错动作用下盾构隧道结构易损性研究

为了研究活动断层错动导致盾构隧道结构失效概率模型,考虑断层属性、隧道几何特征以及断层与隧道位置关系等因素对盾构隧道力学响应的影响,以环缝接头变形及管片直径收敛变形率作为结构性能指标,通过一系列跨断层隧道拟静力数值分析以及回归分析,建立盾构隧道各性能指标与地面永久位移的关系,提出跨断层盾构隧道结构易损性分析流程,评估盾构隧道不同性能水准的超越概率,并和已有试验易损性及经验易损性曲线进行对比分析。结果表明:1)隧道与断层的位置关系、隧道所在地层变形模量对跨断层盾构隧道变形破坏程度的影响较大,其中穿越断层工况盾构隧道极易发生变形破坏,其次是上跨断层硬土工况,上跨断层软土工况中盾构隧道抵抗断层错动能力最强;2)针对跨断层盾构隧道结构失效特征,建议在开展结构易损性研究时以环缝接头变形作为主要性能指标。研究结果可为跨活动断层盾构隧道灾害评估及减灾技术提供理论指导。

基于激光点云数据的建筑物三维可视化系统

为了获理想的建筑物三维可视化效果,为建筑物测量提供有效技术手段,设计了基于激光点云数据的建筑物三维可视化系统。首先利用激光扫描仪采集建筑物激光点云数据,对建筑物激光点云数据进行冗余去除、畸变补偿和滤波处理,然后对激光点云数据进行坐标转换处理,利用3D Max建模软件建立建筑物三维可视化模型,最后通过实验分析其性能,结果表明:该系统具备较强的兼容性、激光点云数据预处理能力,建筑物三维重构精度超过93%,建筑物三维重构时间控制在4 s以内,具有更高的建筑物三维重构效率。

跨活动断层盾构隧道纵向受力及变形特征

为了研究断层错动下盾构隧道力学响应特征,引入Vlasov双参数地基模型,并考虑水平地基摩阻力的影响,提出跨活动断层盾构隧道纵向力学响应解析模型.以正断层错动工况为例,采用模型试验及数值模拟验证解析模型的合理性,讨论影响隧道结构纵向力学响应的因素.建立考虑环缝接头塑性变形的三维数值模型,分析环缝接头塑性变形对隧道结构纵向受力与变形的影响.研究结果表明:解析模型计算得到的隧道纵向力学响应特征与模型试验、数值计算所得规律一致,当不考虑竖向地基剪切刚度时,解析解计算得到的隧道纵向弯矩偏大;相较浅埋土质地层工况,深埋岩质地层对隧道纵向变形限制作用更加明显,导致结构纵向内力增大;隧道与断层之间竖向距离、断层破碎带宽度及结构纵向抗弯刚度有效率等因素均对隧道最大纵向内力影响显著;当考虑环缝接头塑性变形时,在断层错动20 cm工况下,盾构隧道环缝接头已经产生显著的塑性变形,严重威胁盾构隧道的运营安全.

考虑环缝接头塑性变形的跨断层盾构隧道纵向响应解析解

本文基于Winkler地基Timoshenko梁理论,考虑水平地基摩阻力及盾构隧道环缝接头塑性变形特征,提出了一种跨断层盾构隧道纵向响应解析模型。首先,以正断层错动工况为例,采用数值模拟方法验证解析解的合理性。然后,分析了盾构隧道环缝接头的塑性变形特征,并通过参数分析讨论了影响隧道纵向变形响应的因素。研究结果表明:断层错动下盾构隧道环缝接头张开及错台变形均较为显著,解析模型计算得到的盾构隧道纵向力学响应特征与数值模型计算结果规律一致;在断层错动10 cm时,盾构隧道环缝接头已产生显著的塑性变形;在穿越活动断层工况中,地层对隧道纵向变形的限制作用更加明显,导致环缝接头变形量更大;地基刚度越大,盾构隧道纵向变形响应越显著。当不考虑断层破碎带宽度时,计算得到隧道纵向力学响应值是偏安全的;在隧道环缝接头弹性变形阶段,弹性弯曲刚度有效率越大,接头张开量越小;在环缝接头塑性变形阶段,盾构隧道二次塑性等效弯曲刚度比越大,盾构隧道环缝接头塑性变形越小。本文提出的解析模型可以预测跨断层盾构隧道环缝接头变形,同时可以为盾构隧道接缝防水设计提供理论指导。

隐伏断层错动对盾构隧道影响的模型试验研究

为了探究隐伏断层错动下盾构隧道结构受力特点及地层破坏模式,基于盾构隧道纵向等效连续化模型,开展隐伏断层错动对盾构隧道影响的模型试验.研究隧道结构纵向受力特征、环缝接头张开量与断层错动的关系,采用数值模拟手段验证模型试验结果的合理性.试验及数值计算结果表明,隐伏断层错动下隧道结构纵向受力变化明显,断层错动对隧道结构纵向受力的影响范围小于60 m.在断层顶部投影面附近的盾构管片环缝存在明显的张拉变形,在正断层错动下盾构环缝接头更容易产生张拉大变形.正断层错动工况下的隧道结构纵向呈偏心受拉状态,逆断层错动工况下的隧道结构纵向呈偏心受压状态.在正断层错动下地层发生明显的剪切变形,呈现倒三角形剪切变形扩展规律,地表产生横向贯穿裂缝,逆断层错动下的地层剪切变形相对较弱.

沉管隧道管节接头三维数值模拟分析

以广东省某跨江通道沉管隧道工程为背景,采用ABAQUS通用有限元软件建立管节接头三维精细化力学模型,并考虑剪力键弹簧垫层的作用,分析了不同荷载工况作用下管节接头的受力与变形特点。研究表明,在纵向压弯工况下,管节接头的抗弯性能主要由GINA止水带提供,管节接头的抗弯刚度随着GINA止水带初始压缩量的增大而增大,剪力键弹簧垫层基本不影响接头的转动;在竖向压剪工况下,管节接头剪力键在0~3 mm的竖向变形下处于弹性工作状态,弹簧垫层的设置具有减小钢剪力键剪力的作用;在横向扭转工况下,主要由边墙钢剪力键抵抗横向扭矩,中墙剪力键受力较小,边墙剪力键与中墙剪力键的剪力分担比约为10∶1。

沉管隧道半刚性管节节段接头力学性能数值模拟

接头是沉管隧道受力最薄弱的环节。依托实际工程建立了沉管隧道节段接头三维数值模型,研究了沉管隧道半刚性管节节段接头抗弯及抗剪力学性能,得到了接头受力与变形规律及接头抗弯、抗剪刚度变化规律。研究结果表明:(1)在压弯工况下,节段接头张开量与接头弯矩关系呈现三阶段变化规律,当接头张开量小于0.1 mm时,其抗弯刚度约占本体刚度的49%~87%,当接头张开量大于1 mm时,其抗弯刚度不足本体刚度的10%,初始预应力损失导致接头抗弯性能降低;(2)压剪工况下的接头抗剪性能主要由节段之间端面混凝土摩擦力提供,设置剪力键传力垫层可充分发挥节段接头端面混凝土摩擦抗剪力,提高接头整体抗剪性能;(3)在压弯工况下传力垫层不影响接头转动,而弯剪受力模式降低了传力垫层总受压荷载。

双线盾构下穿京沈客专股道区安全影响分析

以北京地铁3号线区间隧道下穿京沈客专铁路股道区为背景,基于数值模拟方法研究盾构下穿施工对既有铁路线路的影响,并结合现场实测数据验证数值模拟分析的合理性。研究结果表明:板桩加固体系对国铁线路路基变形的保护作用较为明显,当不设置板桩加固结构时,盾构左右线穿越施工后股道17号路基最大沉降量分别为5.8 mm和7.2 mm,不满足铁路路基沉降变形控制指标;当设置板桩加固结构后,路基最大沉降量减小至1.9 mm和2.6 mm,且管片横向收敛变形及既有排水箱涵沉降均显著降低。结合现场施工的实测数据可知,设置板桩体系可以保证盾构下穿施工时既有铁路线路的运营安全。

隐伏正断层运动下盾构隧道结构力学响应分析

文章以济南地铁断层破碎带上部建成盾构隧道为工程背景,考虑管片接缝非线性力学行为、混凝土塑性损伤力学行为及地层-结构接触力学行为,建立盾构隧道跨越隐伏断层数值模型。首先,与已有试验结果进行对比验证了数值模型的合理性,进而研究了隐伏正断层错动下盾构隧道结构力学响应规律,得到盾构隧道环缝接头变形量、管片所受地层荷载分布、管环结构损伤及横向收敛变形与断层错动量的关系,分析隧道周围地层受力状态与隧道结构力学响应变化规律,提出了断层运动下盾构隧道结构典型失效模式。研究表明:隐伏正断层错动下,在断层顶部投影面附近管片环缝产生明显张开及错台,该处管片所受地层荷载及管环横向收敛变形均发生显著突变;管片受拉及受压损伤最大值分别位于拱底内侧及拱腰内侧;盾构隧道结构典型失效模式可分为两个阶段,即环缝接头漏水阶段及管环结构压溃阶段。