双线变断面隧道地表三维沉降计算

基于Peck公式,将隧道开挖下地层的二维沉降计算扩展至三维,推导了考虑双线隧道变断面开挖情况时,各段隧道开挖相互叠加影响作用下的地表沉降三维解,分析表明:在双线施工的叠加扰动作用下,地表的沉降主要表现出向隧道开挖处移动,地表沉降在双线隧道开挖轴线的正下方出现沉降谷;建筑结构对地表沉降影响显著,有效刚度越大,沉降槽越宽越浅,在断面开挖过渡处,地表沉降易出现“尖点”现象。

考虑时间效应的隧道开挖三维沉降预测模型及应用

采用随机介质理论进行地铁隧道建设的沉降预测时难以考虑沉降随时间的变化过程。本文基于正态分布累计函数及随机介质理论,建立了考虑时间效应的三维地表沉降预测模型,分别推导了考虑时间效应的单隧道及双隧道的三维地表沉降预测公式、地表沉降三维倾斜率及三维曲率的计算方法。以北京地铁七号线东延豆各庄站—黑庄户站区间工程为背景,对沉降监测数据进行了反分析预测研究。结果表明:沉降-时间模型与监测数据较为吻合,验证了本模型的科学性;根据不同时刻的预测沉降曲面可以计算三维倾斜和三维曲率,获得了地表差异沉降及地表沉降曲面的形态随时间的变化规律。

饱和粘性土地基的三维沉降计算

本文将正常固结饱和粘性土地基的加载变形过程与固结过程统一起来进行分析，研究了上中一点的竖向应变在加载过程和固结过程中的变化规律，提出了地基土的三维瞬时沉降和固结沉降计算公式。分析与验证的结果表明，本文公式较合理。

基于Peck公式的盾构隧道施工引起的地层三维沉降预测

盾构隧道施工会诱发地层沉降,合理地预测地层沉降对于保护邻近地下结构具有重要意义。首先,通过分析地表与地表以下深层土体的沉降规律,建立二者之间的联系;然后,基于Peck公式,通过引入不同种类土体的参数a,掌子面地表位移释放率η以及地表纵向沉降最大斜率k,提出不同种类土体中单、双洞盾构隧道施工诱发地层三维沉降的计算公式;最后,利用工程实测数据进行了对比验证,并对相关参数影响规律进行了简要分析。研究结果表明:本文方法与实测数据吻合良好,验证了该方法的准确性和适用性;合理的控制先、后行隧道开挖距离可以有效地减小掌子面土体沉降;地层沉降槽形态变化系数C(z)可以较好地预测双洞隧道开挖时任一深度土体沉降槽的形态。文末通过对大量实测数据分析,给出了相关参数的取值范围,可为无工程经验地区提供参考。

倾斜地表下隧道开挖引起的三维地表沉降计算

为研究倾斜地表下隧道开挖引起的地表沉降计算方法,考虑倾斜地表对隧道埋深的影响,建立了倾斜地表下隧道开挖模型和三维情况下单元体开挖计算模型.采用随机介质理论,推导出三维倾斜地表下隧道开挖引起的地表沉降计算公式,并结合工程实例选取监测数据和计算数据对比验证,证明了计算方法的准确性.最后针对地表倾斜角度进行对比分析,表明地表斜面倾角越大,地表不均匀沉降越明显.该倾斜地表沉降计算方法对隧道开挖地表沉降预测有一定的工程价值和指导意义.

三维区域地面沉降数值模拟

由于地裂缝研究及地表变形监测技术(例如GPS,In SAR等)的快速发展,抽取地下水引起的地层水平位移受到关注。传统区域地面沉降模型虽然求解快速但不能模拟水平位移;比奥模型虽然能够模拟土体的三维变形,但模型求解的计算量较大,较少应用于大尺度的区域地面沉降数值模拟。为解决以上问题,推导了解耦三维地面沉降数学模型,模型推导过程显示:比奥模型假设法向总应力和不变,则可简化为解耦三维地面沉降模型;解耦三维地面沉降模型假设土体仅有垂向一维变形,则可简化为传统区域地面沉降模型。同时通过数值试验验证了解耦三维地面沉降模型可以作为比奥模型的替代模型和传统区域地面沉降模型的改进模型,用来模拟抽取地下水引起的三维区域地面沉降。

基于变模量本构模型的三维地基沉降计算分析

对于地质条件复杂的基础工程,传统的解析方法难以获得合理的地基沉降和应力结果,此时数值方法的可靠性显得尤为重要,而数值方法的关键是选择合适的本构模型。为此,选择参数少且较易准确获取的变模量本构模型,通过二次开发将其嵌入到FLAC3D中,依托荔湾大厦基坑工程,分析了大面积、大荷载、复杂地质条件下基底沉降、应力及底板弯矩分布特征,并与弹性本构模型结果和实测沉降值进行对比,证明变模量本构模型在三维地基沉降分析中的优越性和适用性。同时分析了基础形状、刚度、荷载大小和地层条件等对地基沉降和应力分布特征的影响。所得结论主要有:①复杂地质条件下,基于变模量本构模型所得三维地基沉降结果与实测结果吻合较好;②基础刚度或荷载较大时,弹性本构模型因无法考虑屈服后的应力释放问题,所得基底应力端部集中显著,结果失真,所获得的底板弯矩也过大,这容易造成地基承载可行性和基础结构可靠性的误判。变模量本构模型模量随应力水平实时调整,可有效模拟端部应力释放,可以提供较合理的地基沉降和应力分布结果;③对于不等厚不均匀地层,其沉降和应力分析时应避免采用弹性本构,确保工程评估的准确性。

坑角效应对基坑周围建筑物沉降变形影响的研究

坑角效应是基坑空间效应的具体体现之一,它对建筑物的沉降形态有显著的影响。以盘锦渤海路地下商业街基坑工程为依托,通过FLAC3D数值计算,研究坑角部位建筑物受基坑开挖影响的变形特点。计算结果表明:坑角附近的建筑物在垂直基坑和沿基坑方向均发生不均匀沉降,表现为三维沉降状态;建筑物的存在会显著改变基坑周围土体的位移场;基础刚度对建筑物沉降影响较小,而基础埋深则会明显的影响建筑物变形;划分环境保护等级时,应考虑建筑物对位移场的影响。

基于D-InSAR技术的地面沉降监测方法

针对传统地面沉降监测方法的不足,D-In SAR技术因其全天候、空间分辨率高、精度高等优点,在地面沉降监测方面其表现得越来越重要。本文对香港地区的3幅ERS影像进行处理,提取了该地区高精度的三维沉降场,结果表明,该地区最大沉降值为-0.551 6 cm,且沉降趋势较缓慢,分布平均,D-In SAR技术可以有效地提供高精度的地面沉降信息,在地面沉降监测方面具有较高的实用性。

黄文熙先生的主要学术成就——纪念黄文熙先生诞生100周年

黄文熙先生在结构工程和岩土工程方面都有创新性的研究成果。他提出的拱坝计算的格栅法,是在电子计算机出现以前的结构离散计算方法,也是有限元法计算的先驱;他提出了可以反映土的应力路径的三维地基沉降计算方法;他也是国内外公认的动三轴试验的首创者;他提出了具有突出特色的清华弹塑性模型,大大推动了我国土的本构模型研究的发展。