开放系统下冻胀引起地表隆起变形预测的解析方法

开放系统下土体冻胀引起土工结构变形致使其服役特性面临严峻挑战。基于土体冻胀非线性弹性力学模型,推导了计算半空间无限体中土单元在自重下冻胀的数学表达式,建立了水平场地土冻胀模拟方法,提出了考虑上部压载效应与位移边界变化的场地表面隆起位移及土体应力与应变的计算方法。在此基础上,利用开放系统下粉质黏土逐级降温冻胀室内试验,验证了冻胀引起地表隆起变形预测解析方法的可靠性。经验证,该变形预测解析方法可应用于寒区场地冻胀量的评估,进而为开放系统下土工结构物变形预测提供科学参考。

矩形顶管施工引起地表隆起变形因素分析

以全国最长的大截面矩形顶管综合管廊工程为背景,研究矩形顶管施工过程中引起地表隆起变形的因素。采用弹性力学mindlin解为理论分析工具,将影响地表隆起变形的因素分为地层参数、设计参数和施工参数。地层参数包括土体泊松比和压缩模量;设计参数包括顶管断面尺寸、隧道埋深和后续管节的断面尺寸;施工参数包括顶管机顶进速度、正面附加推力、顶管机的摩擦系数和管节的摩擦系数。经过分析得到以下结论:(1)该工程地表隆起最大值达到29 mm,随后回落到15 mm并保持稳定,纵向隆起范围为20 m;(2)地层参数中,土体泊松比与地表隆起变形成正比,泊松比每变化0.1,地表隆起变化10 mm,土体压缩模量与地表隆起变形成反比;(3)设计参数中,顶管断面尺寸与地表隆起变形成正比,顶管机宽度每变化1 m,地表隆起变化3 mm,隧道埋深对地表隆起变形最大值不产生影响;(4)施工参数中,正面附加推力、顶管机的摩擦系数和后续管节的摩擦系数与地表隆起变形成正比,顶进速度只影响隆起值出现的时刻,而对隆起值的大小不产生影响。

土压平衡矩形顶管正面附加推力对地表隆起变形影响研究

以全国最长的大截面矩形顶管综合管廊工程为背景,基于弹性力学Mindlin解和随机介质理论,分析顶管施工对地表隆起变形的影响.研究发现:地表隆起过程可分为四个阶段,分别为缓慢隆起阶段、快速隆起阶段、沉降阶段和稳定阶段,并得到地表隆起超限主要集中在快速隆起阶段,该阶段地表快速隆起变形的主要诱因是正面附加推力,其次为顶管机摩擦力和后续管节摩擦力;刀盘挤土压力对正面附加推力影响很大,基于弹性力学Kelvin解,并引入刀盘转速比,得到大、小刀盘转速比在0~0.2范围内时对刀盘挤土压力影响很大;基于进出土平衡理论,并引入螺旋机转速比,得到它对刀盘开口处土压力影响很小,但顶进速度对刀盘开口处土压力影响很大;综合各因素得知,在矩形顶管施工参数中,刀盘转速比和顶进速度对正面附加推力影响很大,是造成地表隆起变形的主要原因.

单根水平旋喷桩施工引起地表隆起变形规律研究

为了解决水平旋喷桩施工引起的地表隆起变形问题,通过对施工过程的简化分析,基于半无限土体平面内圆孔受均布力作用的Verruijt解答,建立了一种新的水平旋喷桩施工引起地表隆起变形的分析方法。基于量纲分析原理,以施工单位长度水平旋喷桩为研究对象,综合考虑高压泵注入土层的能量和土的弹性模量,提出了水平旋喷施工引起周围土体塑性区半径的简化计算方法;利用所提出的地表隆起变形分析方法,探讨了水平旋喷施工过程中常用的旋喷参数(注浆压力、注浆流量和钻喷杆回拔速度)对地表隆起变形的影响规律;将提出的地表隆起变形分析方法应用于工程实例,对比分析了实测数据与计算值。结果表明:注浆压力越大,注浆流量越大,钻喷杆回拔速度越小,引起的地表隆起变形越大,地表变形的最大值均位于水平旋喷桩桩心的正上方;对于施工参数的常用范围,注浆压力每增加10 MPa,地表变形最大值平均增加25.4%;注浆流量每提升50L·min-1,地表变形最大值平均增加33.9%;钻喷杆回拔速度每提升5cm·min-1,地表变形最大值平均减小20.7%;地表隆起变形与桩心水平距离的归一化关系表明,以成桩直径大小的1%作为施工影响范围的控制值,则水平旋喷桩施工的影响范围约为12倍的成桩直径;工程实例表明该方法具有较强的合理性。

双根水平旋喷桩施工地表隆起的计算与模拟

水平旋喷桩施工期间,周围土体受注浆压力和膨胀压力的共同作用而产生变形,为研究双根水平旋喷桩施工引起的地表隆起变形计算方法,文中依托上海地区单根水平旋喷桩施工工程,应用ABAQUS软件数值模拟与工程实例对比分析的方法,以Peck公式与叠加法为基础,研究了考虑不同桩间距条件下双水平旋喷桩施工引起的地表隆起计算方法。数值分析结果与该方法计算结果对比后发现,在地表12倍成桩直径的范围内,数值计算与公式计算结果的平均差异为6.8%,且公式计算结果略大于数值计算结果,满足工程实际中预测地表变形准确性与安全性要求。