盾构掘进地面沉降虚拟镜像算法

盾构掘进所致地面沉降的准确预估,对于邻近建(构)筑物的保护至关重要。假定土体为均质各向同性半无限空间不可压缩弹性体,基于虚拟镜像技术,推导了在隧道边界土层不同收敛模式下的地面沉降计算公式,计算结果比数值积分算法更接近实测。由于实际土体具有各向异性、成层性和可压缩性,本文算法与数值积分算法均高估了横向地面沉降槽宽度。引入沉降槽宽度修正参数对理论公式进行修正,修正算法计算结果更符合实际,可简单可靠地估算盾构隧道施工地层损失引起的地面沉降。

考虑圆孔不均匀收敛和空间效应的基坑坑外土体水平位移场分析

基坑开挖将使土体产生水平位移,过大的水平位移会使邻近地下结构受到破坏。基于圆孔均匀收敛假定的传统影像源法低估了浅层土体的水平位移,应用于工程实践偏不安全,且该方面的研究大多基于平面应变分析,不能考虑基坑的空间效应。借助虚拟镜像技术和微元法推导了考虑不均匀收敛特性的土体水平位移的二维和三维半解析解,将半解析解同实测数据、既有理论解以及有限元结果进行对比,提出符合实际情况的不均匀收敛模式;进一步地,基于杭州深厚软黏土地区工程实例对土体水平位移的空间效应进行了详细的分析。结果表明:向下收敛的极限为更接近实际情况的收敛模式;被广泛认为偏于安全的平面应变解无法考虑平行于挡墙的土体水平位移,低估了基坑角部附近浅层土体的总水平位移;工程实践中容易忽视的平行于挡墙的土体位移可能对邻近浅基础和地下管线等浅埋结构造成意料之外的危害。

竖向非轴对称位移边界条件下柱孔收缩问题弹性解析

针对竖向非轴对称位移边界条件下浅埋隧道开挖围岩位移和地表位移计算,基于虚拟镜像技术的源-源法,将竖向地表的剪应力修正为0,并在应力修正之前获得围岩的弹性解。对于柱孔和镜像柱孔联合作用在水平地表边界产生的竖向正应力和剪应力,采用调和函数及相应的应力函数解答进行应力修正,获得第2和第3部分围岩位移解。通过Boussinesq解答和积分思路,将竖向地表边界的水平正应力修正为0。根据线弹性叠加原理,将以上位移进行叠加,得到竖向非轴对称位移边界条件下浅埋隧道开挖围岩位移的最终解。由围岩位移最终解推导出水平和竖向地表边界的地表沉降和侧向位移。通过与数值模拟方法的比较,验证本文理论方法的可靠性。

既有单桩在邻近基坑开挖下的水平向响应简化分析

为了探究既有单桩在邻近基坑开挖作用下的水平向响应规律,提出基于虚拟镜像技术的基坑开挖引起邻近单桩水平向响应解析解.发挥基坑围护结构变形易于实测的优势,借鉴虚拟镜像技术,考虑土体位移的实际情况,修正土体的等量径向移动模式,推导出土体非等量径向移动模式下基坑开挖引起的坑外土体水平位移场.基于Pasternak双参数地基,引入修正地基反力模量以考虑埋深效应,利用两阶段法,将土体水平自由位移场视为外荷载施加于邻近单桩,建立在邻近基坑开挖扰动下既有单桩的水平向位移控制方程.与三维有限元数值模型、既有理论解及已发表案例的工程实测数据的对比,验证该方法的正确性及适用性.参数分析表明:提高地基反力系数和单桩抗弯刚度有助于减小单桩最大水平位移;当桩与基坑间距较远时,单桩最大水平位移几乎不再受自身抗弯刚度的影响.

基坑开挖下的地表沉降简化分析法

如何准确预测基坑开挖引起的坑外地表土体沉降具有重要意义。利用虚拟镜像技术,推导了由圆孔收缩产生的地层位移解析式,分析中首次定义了土体的不均匀收缩系数,能够考虑土体的不均匀收缩。在此基础上结合面积等效原理,给出了基坑开挖下的坑外地表土体沉降解析式。与收集的2个实际工程案例对比,验证了该解析式的正确性,进一步参数分析表明,坑外地表沉降大小会随距离基坑的由远及近近似呈非线性增大;且均匀收缩下的地表沉降计算值较实测出现一定的偏小,随不均匀收缩系数的增大,坑外地表沉降计算值越大,但会逐渐收敛;而当不均匀收缩系数在3～6之间时,计算值与实测吻合较好。研究成果可为类似工程提供一定理论指导。