不同基坑围护结构与支撑结构组合的土体位移分析

【目的】为了解型钢支撑结构及混凝土支撑结构与不同类型围护墙体系的适配性,采用数值模拟方法对其进行研究。【方法】选择有限元软件来分析型钢支撑结构及混凝土支撑结构与不同围护桩体系组合情况下,基坑周边土体的变形情况及其变化规律。【结果】当3种实际工程常用围护结构均采用相同支撑材料时,钻孔灌注桩对基坑周边土体的竖向位移控制效果最佳,等厚度水泥土搅拌桩(trench cutting re-mixing deep wall,TRD)工法桩次之。采用不同支撑材料时,钻孔灌注桩组合型钢支撑对基坑周边土体的竖向位移控制效果最佳,其次分别是型钢水泥土搅拌桩(soil mixed wall,SMW)工法桩、TRD工法桩两种型钢内插式围护结构组合混凝土支撑。钻孔灌注桩更适合组合型钢支撑,SMW工法桩和TRD工法桩更适合组合混凝土支撑;不同的组合支护形式下,整体的水平位移曲线与竖向位移曲线分布趋势都主要取决于围护结构的选用,而支撑则是在位移曲线走向的基础上对组合支护基坑的周边土体位移控制效果产生影响。【结论】本研究结果可为软土地基下基坑工程的组合支护选型提供理论参考。

基坑开挖下倾斜长短组合桩受力及土体位移数值模拟

利用软件Midas GTS NX建立基坑支护模型,模拟分析基坑开挖过程中不同倾斜长短组合桩支护下,基坑土体位移及桩身水平位移与弯矩变化的规律;探讨组合桩桩长分配与长桩倾角对支护效果的影响。结果表明:基坑开挖过程中,随着开挖深度的增加,一定程度地增加长桩倾角能够有效减小土体变形和桩身水平位移,开挖面以下桩身最大弯矩也随长桩倾角的增加而减小;在总桩长一定时,最佳桩长分配受长桩倾角影响存在临界值,在长桩倾角临界值以下最佳桩长分配受倾角变化影响,在长桩倾角临界值以上长桩越长支护效果越好。在同一开挖深度下,桩身水平位移与长桩倾角有关,长桩倾角在开挖面以上相对于开挖面以下对桩身位移影响更大;开挖面以下,部分桩身最大弯矩与桩长成正比。

盾构穿越土岩复合地层引起的土体位移研究

为研究土岩复合地层中盾构掘进引起的土体位移规律,基于Mindlin解和随机介质理论推导了隧道施工引起的土体位移计算公式,依托实际工程对地表及深层土体沉降规律进行了计算和可靠性验证。结果表明计算曲线与实测数据相吻合。随硬岩比增大,隧道施工引起的横纵向地表沉降值、横向沉降槽宽度均有所减小;硬岩层会减弱刀盘附加推力(p1)、盾壳侧摩阻力(p2)和土体损失对上部土体变形的影响,但附加注浆压力(p3)的影响将会增大。研究可为盾构穿越土岩复合地层引起的土体竖向位移预测提供参考。

复合地层中双线隧道引起的土体位移预测

为研究双线平行隧道穿越上软下硬地层引起的地表及深层土体位移规律,根据复合地层开挖特点,基于Mindlin解和随机介质理论推导了双线隧道施工引起的土体竖向位移计算公式,结合工程实测数据进行了可靠性验证。结果表明计算结果与实测数据变化规律相类似,土体损失是引发地层沉降的主要因素,且随着土体深度的增加,沉降槽宽度减小,中心沉降值增大,单双线工况下沉降曲线分别为V形和W形;随着开挖间距减小,土体总体沉降量将会增大。研究可为复合地层中双线隧道掘进引起的土体竖向位移预测提供参考。

不同围护结构变形模式对坑内土体位移影响

对杭州地区深基坑开挖全过程中内支撑式地下连续墙支护结构和坑内土体位移进行了监测,归纳为4种变形破坏模式:悬臂、踢脚、内凸、复合。采用现场监测数据统计和数值分析相结合的方法研究了4种典型变形模式下坑内不同位置土体和支护结构的位移特点,结果表明,即使围护结构最大水平位移相同,由于变形模式不同,坑内土体位移也各不相同,破坏模式也各异,反之亦然;坑内深层土体变形区域可分为3个:隆起区、过渡区、稳定区;比较4种变形模式,围护结构踢脚变形模式对坑内土体变形影响最大,引起较大的深层土体水平位移和隆起。因此,在实际工程中不但要控制坑内土体的最大位移量,而且应注意围护结构的变形模式的影响,以防止发生连续倒塌的基坑破坏。

桩基施工对桩周土体位移变化规律影响研究

主要介绍新建桩基施工的场地概况和工艺,并通过在施工现场设置监测设备,监测桩基施工引起的桩周土体位移。对于位于南昌县富山乡的新建昌景黄铁路向莆联络线340号墩,设计了一套监测方案,其中靠近既有线的位置安排了非自由场位移监测点,而远离既有线的位置则安排了自由场位移监测点。对桩基不同施工阶段(即桩基成孔阶段、浇筑混凝土阶段、混凝土硬化阶段)对桩周土体的位移影响进行了分析,并通过实时监测施工全过程中桩周土体的位移变化,对监测数据进行整理与分析,以评估邻近营业线施工的安全范围,并为将来可能出现的类似施工情况和理论分析提供参考依据。

深基坑开挖过程中土体位移变化的模拟分析

在深基坑的开挖过程中,基坑中不同深度的土体会产生不同程度的位移。当位移的速率和幅度超过一定的限度时,基坑就有可能会坍塌。在研究过程中采用现场监测和模拟的方式来研究深基坑开挖过程中不同深度土体位移的变化规律。研究结果表明:随着深基坑开挖深度不断增加,土体水平位移在不断加大,并且同一节点处的水平位移也不断增大;在开挖过程中,基坑侧壁节点处的沉降量会不断增大,基坑底部因土体上部荷载卸去,会造成土体回弹现象。随着时间的流逝,坑底隆起将缓慢下降,转而基坑坑底变为中间低两边高的形状。对深基坑开挖过程中土体位移变化的研究可以为施工提供理论基础。

横向受荷桩桩侧土体位移应力分布弹性解

基于桩土共同工作机理推导出横向受荷桩桩侧土体内位移与应力分布的弹性解析解,可用于分析土体中某点在水平力作用下位移及应力应变的变化规律。根据土体变形模量与位移的近似关系获得桩侧地基土体的模量分布与加权模量,将其用于有限元–有限层法进行横向受荷桩的受力变形分析,可近似考虑土体的非均质与非线性等特性,并编制出计算程序。最后,结合工程实例讨论了不同桩侧土体变形模量分布模式对桩身内力变形的影响规律。对比分析结果表明,基于地基加权刚度的有限元–有限层法能更合理地分析桩土共同工作。

盾构隧道壁后注浆体变形模型及土体位移分析

盾构施工将会在管片和围岩之间形成环形空隙,对该空隙进行注浆回填来控制地层沉降是盾构施工控制地层位移的关键工序。注浆完成后随浆体水泥水化反应的进行和浆体水分的渗透损失,浆体体积收缩造成地层损失并引起地层位移沉降。因此壁后注浆体的变形及力学性质变化直接影响到土体的应力释放、土体位移及作用在管片上的土压力大小。利用自制壁后注浆单元模型试验装置,研究不同的注浆压力、注浆材料在砂性土条件下浆体的变形规律,提出了能够反映浆体变形规律的数学模型。确定间隙参数是解析方法预测土体位移的关键步骤,利用浆体变形模型可更为准确地确定壁后注浆完成后的盾尾间隙参数。

复变函数法分析盾构隧道开挖引起的土体位移和衬砌变形

盾构隧道开挖引起的地层变形历来是人们所关注的重要课题。目前,既有成果较少考虑隧道衬砌与土体相互作用所带来的影响,尤其是较少针对衬砌变形进行分析,就此基于隧道椭圆化变形边界条件,提出了考虑衬砌与土体两种不同介质相互作用下的地层位移和衬砌变形复变函数解答。在该方法中,隧道埋深只影响共形映射后圆环域的环壁厚度,而解析区域依然保持圆形,具有不会对函数解析产生影响的优势;此外,该法经共形映射后保证了边界连续性,避免了既有应力函数法为保证隧道扰动土体无穷远处位移为零,而对解析解进行修正所导致物理意义不明确的缺陷。通过实例分析,得到了隧道开挖引起的地表沉降,并与实测数据进行了对比验证;通过参数分析,获取了扰动地层和隧道衬砌变形的影响规律。结果表明:复变函数解答得到的土体位移曲线与实测值吻合较好,且地表最大沉降值更接近于实测值;隧道的埋深和半径对土体位移和衬砌变形均有较大影响,衬砌厚度对其影响虽然较小,但仍不可忽略;衬砌径向位移曲线呈仰卧的鸭蛋形,关于90°/270°轴对称,拱顶和拱底被压扁,拱顶压缩量明显大于拱底,左、右两侧压缩量小于上、下两侧,表现为收缩之后又被压扁向左、右两侧突出,且随着埋深的增大,衬砌整体上浮;衬砌环向位移曲线呈侧立的苹果形,关于0°/180°轴对称,且在90°和270°处取值为零,随着隧道埋深的增大,环向位移绝对值增大。

双线平行盾构施工引起的土体位移分析及其软件开发

以上海轨道交通明珠线二期工程某区间隧道为研究背景,建立了盾构法隧道施工的三维有限元分析模型;针对双线水平平行和竖直平行两种具体工况进行数值模拟,分析模拟结果并与实测数据进行比较,验证了分析模型的有效性;同时还分析了隧道周围土体移动规律和体表沉降规律;在此基础上开发了基于VisualBasic和VisualFortran的盾构法隧道施工力学分析系统(TCCAD).

盾构施工触发隧道周围土体位移变化规律的数值模拟分析

基于拟建的哈尔滨松花江隧道 ,采用有限元数值模拟分析技术 ,直接针对隧道施工过程 ,将土体设定为各向同性均质的弹性连续介质体 ,在考虑各种不同工况条件的若干种施工设计模型下 ,研究了因盾构法掘进施工而引起的隧道周围土体位移的变化规律 ,遴选了影响隧道周围土体变形的关键因素 ,为合理确定隧道顶板安全厚度提供一定的理论依据。

受侧向土体位移斜桩的特性

通过三维有限单元法分析了斜桩受侧向土体位移的特性。变动柱和土体参数进行敏感性分析,得出桩的柔度、侧向土体位移的大小、桩顶约束条件、土体位移形状和土体移动层厚度等对斜桩的影响。刚性桩的挠度小于柔性桩,但弯矩和剪力大于柔性桩。斜桩非线性弹簧的土抗力—位移关系(p-y曲线)表现为双曲线特征,可基于直桩的Winkler地基反力法对斜桩进行简化计算分析,但应对直桩的极限土抗力值进行修正,以期更好的反映斜桩的特性。

承受侧向土体位移桩基的一种耦合算法

目前,分析侧向土体位移作用下桩基的性状时多采用非线性荷载传递法(p-y曲线法)和Poulos弹性理论法。据此,在p-y曲线法和Poulos弹性理论法的基础上,提出一种能够考虑两者优点的耦合算法。根据p-y曲线法分析得出相对于不同桩–土相对位移的弹性模量,利用分析得出的弹性模量,采用Poulos弹性理论法考虑桩–土之间的相互作用。研究分析表明:提出的耦合算法能够较为有效地分析侧向土体位移作用下桩基的性状。

软土地区盾构施工参数对土体位移影响的滞后性试验研究

由于软土地区深部地层超孔隙水压等因素存在,调整盾构参数对土体位移的影响往往具有一定的滞后性,该时段施工参数调整效应并不完全发生在当前时段,更多影响该断面土体的后期位移。在上海软土地区盾构施工现场设置两相同断面监测土体位移,在盾构施工不同阶段调整关键施工参数,分析各参数对土体位移扰动的时效性。在盾构靠近监测断面前调整土仓压力,穿越断面时调整掘进速度,在盾尾脱出时调整注浆量。通过监测数据以及关联系数时间效应分析得知,在盾构穿越断面时土体位移受前期调整的土仓压力的扰动影响,盾尾脱出时的土体位移体现穿越断面掘进速度所引起挤土效应改变,而后期固结阶段土体位移量体现出盾尾脱出时注浆量增大所带来稳定控制效应。因此,施工时不仅需关注当前土体变形,还应对参数调整后土体变形趋势预测给以足够重视,以避免因忽略滞后效应而导致事故发生。

打桩引起土体位移的计算分析

以小孔扩张挤土理论为出发点 ,将打桩问题简化为半无限体中的孔洞问题 ,利用边界单元法 ,对群桩施工过程中引起土体位移进行计算。同时考虑桩施工中控制位移的常用措施 ,并对其效果进行分析计算 。

基于进化支持向量机的岩土体位移反分析

简要介绍了支持向量机(SVM)及其进化支持向量机(ESVM)的基本思想,建立了基于进化支持向量机的岩土体材料参数反分析模型,并采用进化支持向量机来反演岩土体位移.通过Matlab优化工具箱解相应的优化函数来验证工程算例.由结果可知,进化支持向量机的位移反分析精度较高,相对误差小,有广阔的应用前景和实际意义.

不均匀土体位移引起地下管线弯曲变形研究

隧道开挖和管线置换引起的应力变化将不可避免地导致土体位移,进而对上覆既有管线产生诸多的不利影响。国内外学者对管-土相互作用开展了大量的研究,但用于预估隧道开挖和管线置换引起既有管线弯曲变形的简单并且有效的设计图表尚未提出。采用ABAQUS商业软件,对隧道-土-管线、管线置换-土-管线间的相互作用开展系统的有限元仿真模拟。通过采用管线不同运动方向下的等效管-土相对刚度,提出了隧道开挖和管线置换引起的管线弯曲变形的设计图表,并采用现场实测数据和离心模型试验结果验证此设计图表的合理性。设计图表中的管线最大弯曲曲率与土体最大曲率的比值和管-土相对刚度具有非常好的相关性。工程师一旦得到隧道开挖或管线置换引起的土体位移、管线尺寸、管线参数和土体参数,此设计图表可用来预测隧道开挖或管线置换引起既有管线的最大弯曲曲率。

地下连续墙施工引起墙后土体位移的三维数值分析

采用三维有限元法模拟地下连续墙多个槽段的成槽成墙施工,研究地下连续墙施工对墙后地表沉降的影响,结果表明地下连续墙施工引起周边土体变形具有明显的空间效应。随着施工槽段增多,墙后地表沉降增大,这种影响随施工槽段至影响点距离的增加而减弱。按算例中的槽段布置方式,施工15个槽段引起的最大地表沉降约为施工单个槽段引起的最大地表沉降的3.3倍。

盾构施工引起土体位移的数值模拟分析

盾构施工不可避免地对周围土体造成影响,其影响主要表现为引起土体的隆起和沉降。利用FLAC3D模拟盾构隧道施工对周围土体位移的影响,并计算出竖向位移。考虑了盾构施工过程中的开挖未支护和支护后对土体位移的影响,对比了各施工阶段对土体位移的影响。分析了土体最大位移发生的部位。结果表明,开挖未支护的竖向位移一般表现为土体沉降,开挖支护后的竖向位移一般表现为隆起。土体沉降的最大竖向位移,一般发生在拱顶位置,土体隆起的最大竖向位移,一般发生在拱底位置。