复合成层地层盾构隧道施工引起土体变形计算研究

为解决盾构上部多层水平覆土且开挖面内上下水平分层的复合地层条件下盾构施工引起的土体变形问题,在统一土体解析解法的基础上对其中土质条件影响参数进行修正,使其可以进行复合地层条件下的土体变形计算,并对土体移动焦点范围进行了重新的划分。将修正后的统一土体解析解法与类随机介质理论相结合,得到可以解决盾构开挖面上存在多种土层情况的计算方法,并且可适用于任意开挖面形状的盾构施工。研究结果表明:经过多组工程案例验算,验证了方法的可行性;开挖面上某一土层厚度等量增加会使土体变形发生非线性变化;由于土体损失比变形传递路径对土体变形的影响更大,相同洞径比下的土体变形可能存在差异。

注浆控制土体变形原位试验与隧道竖向变形数值模拟研究

基坑开挖过程会在一定程度上引起邻近隧道竖向变形,然而目前针对注浆控制隧道变形的理论研究较为缺乏。为了深入研究注浆引起的土体与隧道变形规律,探究更合理的变形控制措施,本文通过现场试验进行了注浆引起土体变形的研究,并对注浆对土体与隧道的影响进行了数值模拟和参数分析。原位试验结果表明,在刚结束注浆时,注浆产生的土体水平变形及超静孔隙水压力均是最大的,初期变形及超静孔隙水压力减小较快。分段注浆时,下方注浆完成之后,浆液更容易向上流动,使上方土体产生较大变形。距离注浆体位置较近的土体竖向位移衰减得较快。数值模拟结果表明,在相同的位置注等量浆液,由于隧道的刚度相较于土体更大,土体变形远大于隧道变形。注浆后浆液大部分向上流动,难以对下方的土体/隧道产生变形影响。

机械顶管下穿河流时土体变形特征研究

以成都锦江再生水干管穿越河流顶管施工为研究背景,利用FLAC 3D软件模拟掘进,开展顶管施工数值分析。通过施工模型及其建模过程,研究顶管顶进时周边土体变形影响。结果表明,顶进过程中土体沉降沿掘进方向呈周期性变化,土体沉降量最大值发生在管道间接口处;不同泥水仓压力和注浆压力工况下,河道及两侧河岸地表沉降量以管道中线呈对称分布,管道上方地表沉降量最大,随着监测点向管道中线移动,地表沉降变化速率明显增大,且在中线附近变化速率显著减小。随着泥水仓压力的增大,土层变形量显著减小,而注浆压力的增大,土层变形量变化幅度较小。

朝上盾构施工引起土体变形的数值模拟研究

朝上掘进盾构机从水平隧道始发向上掘进过程中,会导致周边土体变形。采用三维有限元模拟软件MIDASGTSNX对过程进行建模,利用网格激活钝化、改变网格参数与属性的方法,模拟朝上掘进盾构施工的实际过程,得到隧道周边土体的变形规律,研究不同竖向隧道长度、不同朝上盾构掘进速度等因素对土体变形造成的影响。研究结果表明,在朝上掘进盾构的掘进过程中,地表土体离竖井中心点距离越近,其沉降呈现出先增加后减少,甚至隆起的情况,水平位移相比于竖向位移改变量较小;竖向隧道长度越长,土体及水平隧道因盾构向上掘进产生的扰动就越大;而施工时朝上盾构掘进速度越慢,对于土体的竖向扰动影响就越小。

基坑支护结构对土体变形的影响分析

在基坑工程中,由于施工的不当或周边环境的影响,土体可能会出现较大变形,进而影响基坑支护结构的稳定性。在基坑工程中,如果不能很好地控制土体变形,则可能影响周围建筑物和构筑物的正常使用,变形如果进一步扩大甚至会导致基坑支护结构坍塌或破坏。因此,为有效控制土体变形,保证工程顺利进行,需合理设计支护结构体系,采取一定的措施来控制土体变形。

基于原位测试方法的土体变形参数研究

为研究标准贯入试验、单桥静力触探试验的测试参数与土体变形参数之间的相关关系,文章以海南省洋浦疏港高速公路项目岩土工程勘察为研究对象,运用现场实测的方法,研究标准贯入锤击数和比贯入阻力与土体压缩模量的相互关系。结果表明,场区各岩土层的物理性指标变异系数均小于0.2,力学性指标变异系数均小于0.3;(3)层黏土夹粉质黏土具有高液限特性,其平均值达到45.1%,相对于(2)层粉质黏土的压缩模量,(3)层黏土夹粉质黏土的压缩模量略大,而孔隙比则略小;标准贯入试验锤击数N和单桥静力触探比贯入阻力Ps均分布较为集中,变异系数小于0.15,表明测试结果得到的原位测试参数较为稳定,土层的物理力学性质较为均匀;研究区域(2)层粉质黏土和(3)层黏土夹峰值黏土的压缩模量与标准贯入锤击数、单桥静力触探试验比贯入阻力均具有明显的线性拟合关系,且拟合系数均大于0.90。

分层土中吸力基础沉贯吸力变化及土体变形规律试验研究

吸力基础近年来在海上风电工程中逐渐得到推广,我国海上风场地基广泛分布分层土,研究吸力基础在分层土中的沉贯特性有助于推动其在我国海上风电工程领域的应用。开展模型试验,探讨了土层分布形式(砂土、黏性土、上层砂土下层黏性土(简称上砂下黏)、上层黏性土下层砂土(简称上黏下砂))对吸力基础沉贯吸力值、沉贯阻力、土塞高度和土体变形的影响。研究发现在上砂下黏土层中,当基础贯入至土层分界处时,基础吸力值陡然增加;当吸力基础贯入至上黏下砂土层分界处时,基础内部吸力值陡然降低,通过有机玻璃吸力基础模型试验阐述了吸力变化的原因。不同土层条件下,基础内部最终土塞高度规律由高到低为:上黏下砂土层、单一砂土层、上砂下黏土层、单一黏性土层,阐明了不同土层分布情况下基础内部土塞形成机理。对于单一砂土层和上砂下黏地基,沉贯结束后,基础周围土体出现环形沉降区域,单一砂土地基中沉降区域范围大于上砂下黏地基情况。对于单一黏性土和上黏下砂土层中,沉贯结束后基础周围黏性土中产生裂缝,且吸力沉贯下土体裂缝数量及裂缝扩展范围大于压贯条件,土体最大裂缝范围约为1.9倍基础直径。

带翼缘板圆钢管顶进过程土体变形数值模拟

在传统管幕工法的钢管两侧分别焊接上下两条钢板(称为翼缘板),并将相邻钢管翼缘板焊接形成新型管幕结构.由于翼缘板的存在,顶进过程土体变形规律与圆形钢管不同.本文应用Midas GTS有限元分析软件,对不同钢管直径、翼缘板位置的带翼缘板圆钢管顶进过程进行模拟.结果表明,随上下翼缘板间距增大或管径的不断增加,管顶土体沉降、管底土体隆起、翼缘板处土体竖向位移不断增大;当顶管开挖面距离监测断面一节管长时,监测断面位置土体隆起;顶至监测断面位置时,土体变形变为沉降;当顶管位置超过监测断面一节管长后,土体变形趋于稳定;同时通过拟合曲线,得到了土体变形与上下翼缘板间距、管径的函数关系.

多排孔注浆引起土体变形与孔压规律试验研究

目前尚未见到软土地区多排孔注浆引起土体变形和超孔压发展规律的系统研究,限制了注浆变形主动控制策略的深化发展。开展了多排孔注浆现场试验,系统研究了单排孔逐孔注浆、多排孔逐排注浆引起土体水平位移和超孔压的变化与叠加规律。研究表明,注浆引起的超孔压随距离衰减迅速,变化规律可用幂函数表达,注浆距离取3 m左右时纠偏效果较好;天津地区超孔压消散较快,有利于注浆控制变形的快速稳定,超孔压随时间的消散规律可用指数函数表达,并提出了计算注浆引起超孔压的经验公式;多排孔逐排注浆时,先行注浆形成的注浆体墙对后续注浆一侧及另一侧土体变形分别具有反力效应和遮挡效应,控制既有建构筑物变形时应遵循“先远后近”逐排注浆的原则,以提高变形控制效果。

房建深基坑施工中周围土体变形监测及分析

随着城市化进程的快速推进,老旧小区的重建步伐逐渐加快,拆迁安置房涉及的深基坑工程也越来越多。结合西安市农兴路周边改造项目,详细分析了复杂环境下深基坑施工过程中,土体对周围构筑物的影响,并通过监测点的布设,随时监测土体变形情况及规律,确保施工作业的安全性,为类似工程的施工提供参考依据。

缩径承台基桩竖向承载力及桩周土体变形

为了探究含缩径缺陷的承台基桩竖向承载性能和桩周土体变形规律,以缩径位于桩体深部为例,对1根完整承台基桩和6根缩径承台基桩进行了室内透明土模型加载试验,得到了桩荷载-沉降曲线。通过数据处理,得到承台沉降4 mm(极限承载力)时的桩周土体位移场。研究了缩径轴向尺寸和径向尺寸对承载力和桩周土体变形的影响规律,给出了承载力的变化原因。研究结果表明:缩径会严重影响基桩承载力,当轴向尺寸为20 mm、径向尺寸为8 mm时,极限承载力损失可达17.59%。承台和缩径周围的土体产生了较大的变形,减少了桩与土之间的相对位移。随着缩径轴向尺寸和径向尺寸增大,土体变形增大。缩径周围和桩端之间的土体发生贯通现象,桩与土体产生了同步位移,且随着缩径尺寸越大,贯通现象越明显。承台和缩径周围的土体与桩之间的相对位移,以及缩径周围与桩端之间的土体产生的贯通现象导致桩的侧摩阻力降低,从而损失了桩的承载力。

双层地基中气体聚集与土体变形机制的试验研究

采用层状硅酸镁锂(magnesium lithium phyllosilicate,简称MLPS)透明土构建了上硬下软的双层地基模型,通过针孔注气来模拟沉积层中产生的气源,基于图像识别技术开展了地层气体聚集过程中气囊形态变化以及上层土体隆起变形的试验研究。结果表明:(1)气体在聚集过程中呈现出不同的气囊形态,上层土体的强度和高度决定了气囊突破的时间以及突破时的形态。(2)气囊形态、体积和压力的变化大致可分为两个阶段,第一阶段气囊体积、宽度基本呈线性增大,而气囊高度则由于底部收缩而逐渐减小,气压缓慢增大;第二阶段气囊宽度增加放慢,气囊体积膨胀速度加快,而气囊高度开始显著增加,气囊气压由最高点迅速降低。上层土体隆起的高度和宽度在第二阶段才开始明显增大。(3)气囊突破前的宽度、体积以及上层土体隆起宽度和高度与上层透明土的屈服强度、高度具有良好的拟合关系。(4)薄板理论可较合理地解释气体聚集引起的上层土体变形的机制,而中厚板理论则并不适用。

基于统一解的重叠盾构隧道施工土体变形研究

针对重叠盾构隧道施工引起土体变形问题,综合考虑了土体损失、开挖面附加推力、盾构机侧壁摩擦力和注浆压力4种因素引起的土体变形。对于掘进过程中土体损失引起的土体变形,修正了统一土体移动模型三维解,考虑了掘进过程中土质条件对纵向土体变形的影响,采用叠加法得到由于土体损失产生的重叠隧道施工土体变形计算公式;对于开挖面附加推力、盾构机侧壁摩擦力和注浆压力3种因素引起的土体变形,采用Mindlin解进行计算,并根据重叠隧道计算模型将上下线的计算公式进行叠加,得到考虑以上3种因素产生土体变形的计算公式;将公式进行组合,最终推导出重叠盾构隧道施工过程中多重因素共同作用下土体变形的计算公式。结合工程案例对该方法进行验证,对比发现:修正后的三维统一解适用的土质条件范围更广,且预测值更为吻合;考虑多种因素比仅考虑土体损失的预测结果更贴合实测值,证明了该方法的可行性。

水平循环荷载下海上风电楔形单桩土体变形研究

海上风电工程主要受到风、波浪及洋流等产生的水平循环荷载作用,本文研究楔形单桩基础在水平循环荷载作用下的变形规律,并探讨不同循环荷载对变形规律产生的影响,以确保风电设施正常运行。通过数值模拟建立海上风电单桩-海床模型,考虑土体超孔隙水压力的演变规律及土体致密规律,土体采用UBC3D-PLM本构模型。本文重点讨论并分析在不同水平循环荷载作用下楔形单桩基础与等截面单桩基础的桩周土体位移、塑性应变及桩基累计转角位移之间的差异。研究结果表明:楔形结构会降低桩周土体位移及塑性应变,使得楔形单桩基础旋转中心位置更低,产生倾覆的可能更小,当循环荷载比为0.7时,累计转角位移能减少41.86%;循环荷载越大,楔形单桩基础水平受荷特性越好,累计位移减少量的增长率越高。研究成果可为今后海上风电基础的选择与设计提供参考。

复合岩土地层隧道开挖引起土体变形的计算方法

考虑岩层与土层力学性质的差异,提出利用复变函数与随机介质理论联合求解复合地层隧道开挖引起的地表沉降计算方法。首先利用复变函数获得岩层在上部土层自重荷载和隧道发生非均匀变形条件下的解析解,并获得岩土分界面沉降变形,将其与分界面围成的区域视为“不等厚层开挖”,随后运用随机介质理论,获得地表沉降值。通过2个复合地层隧道开挖的实例,分析岩土分层与不分层所得计算结果与实测值的差异,结果表明:相比将岩土层视为一种介质的计算方法,岩土分层的计算结果与实测值的吻合度明显得到提高。此外,考虑隧道不同收敛变形模式、上覆岩土层软硬比及软土层不同影响角对地层变形的影响,得出隧道收敛变形对地层变形影响较大,对地表的影响范围较小;上覆岩土层软硬比对地层变形和影响范围均有较大的影响;土层影响角越大,地表变形越大,地表影响范围随之减小。

基于GPS技术的煤矿采空区地表岩土体变形监测

GPS技术在通视条件差、地形起伏大的山区仍然拥有进行不间断的连续作业的能力。本文对马各庄煤矿采空区地表岩土体的变形情况进行实时监测,并对采集的变形数据进行综合分析,监测周期为2021年7月1日至12月1日。监测数据表明,马各庄煤矿采空区各监测点位地表岩土体变形主要表现为沉降且中部沉降值明显大于周边区域,经现场调查,与实际状况一致。证明GPS技术在采空区地表岩土体变形监测中同样具备可靠性,能达到对煤矿采空区变形的长期、实时监测的要求。

工程降水引起基坑及土体变形机理、规律及控制策略研究

为了解决深基坑工程开挖过程中由于工程降水导致的基坑围护结构和土体变形控制难题,本文以山东省济南市某高层小区深基坑工程开挖为研究对象,运用数值仿真模拟的手段建立基坑降水模型,研究工程降水引起基坑和土体变形的机理及瑰丽,并提出相应的控制策略。研究结果表明,对潜水降水时,在基坑内降水结束后,除地表处的土体沉降变形不变外,其余深度范围内的土体变形呈现抛物线的变化趋势;随着深度的增加,基坑土体的沉降不断增加。降水孔间隔和降深均会对围护结构的水平位移产生明显的影响,但降水孔间隔对围护结构的水平位移主要在间隔较小时影响较大,可以通过调整水位的降深和降水孔间隔达到控制后围护结构变形的目的。

基于原位测试方法的土体变形参数研究

为研究标准贯入试验、单桥静力触探试验的测试参数与土体变形参数之间的相关关系,以肥西县紫蓬智能制造产业园项目岩土工程勘察为研究对象,运用现场实测的方法,研究标准贯入锤击数和比贯入阻力与土体压缩模量的相互关系。结果表明,场区各岩土层的物理性指标变异系数均小于0.2,力学性指标变异系数均小于0.3;(3)层黏土夹粉质黏土具有高液限特性,其液限平均值达到45.1%,相对于(2)层粉质黏土的压缩模量,(3)层黏土夹粉质黏土的压缩模量略大,而孔隙比则略小;标准贯入试验锤击数N和单桥静力触探比贯入阻力Ps均分布较为集中,变异系数小于0.15,表明测试结果得到的原位测试参数较为稳定,土层的物理力学性质较为均匀;研究区域(2)层粉质黏土和(3)层黏土夹峰值黏土的压缩模量与标准贯入锤击数、单桥静力触探试验比贯入阻力均具有明显的线性拟合关系,且拟合系数均大于0.90。

基坑开挖卸荷土体变形的试验研究

对武汉地区某深基坑工程的20个粉质粘土原状饱和试样在K0状态下进行不排水卸荷试验,对其应力-应变关系进行分析研究。研究的目的在于了解该种土在卸荷条件下试验应力-应变的变化规律,探索弹性模量方程的形式。研究结果表明:卸荷条件下该土的试验应力-应变曲线仍可用双曲线形式模拟,且与常规三轴压缩试验应力-应变曲线相似,它们之间可用一个常量来表达,而其弹性模量表达式却有各自不同的形式。

考虑注浆压力的顶管施工引起土体变形计算方法

顶管施工引起周围地层变形的计算预测是顶管施工中必须加以重视的问题。地层的沉降变形与顶管施工的几个环节有密切的联系,如:①顶管姿态与开挖面土压;②顶进与换管;③注浆过程等。理论分析应考虑这几个施工中的关键因素。针对上述施工影响因素,提出了考虑注浆压力的顶管施工的地层移动的计算方法。用Mindlin的位移解分析模拟开挖面土压、顶进与换管过程中的侧面摩擦力的变化引起的位移;以Sagaseta的土体损失引起的土体位移模式分析姿态控制、土体损失等引起的变形;将圆孔扩张的Verruijt解拓展到三维,用于计算注浆压力引起的位移与变形。结果表明,考虑注浆压力的变化,可以得到更为合理的预测结果。