基于数值模拟的超深基坑降水技术及变形研究

研究通过Midas GTS NX建立了基坑降水及开挖数值模型,并对基坑降水技术以及变形特性进行分析。结果表明,十二级降深的围护结构的变形最大值在-43m深度处,且高达3.218 mm。同时由降水引起的地表沉降量在总沉降中的占比最高达到了51.69%,且最大占比位于基坑边缘55 m处。说明该数值模拟模型具有很强的可行性,为基坑降水工程提供了可靠的方法参考。

深井掘进技术在厚层高渗透性粉细砂层中适用性的数值模拟研究

科学合理高效开发深层地下空间是城市不断发展的必然趋势与重要难题。深井掘进技术(vertical shaft machine,VSM)是一种开挖超深竖井的新型工法,该技术施作的竖井结构形式简单、结构受力状态好、施工速度快、对周边环境扰动小、适用性广泛,可被广泛用于城市深层地下空间的点状开发。以中国首例使用VSM施工的南京市儿童医院沉井停车库项目为原型,建立在砂性土中开挖60 m竖井的数值模型,重点研究VSM竖井在厚层高渗透性的粉细砂层开挖过程的变形情况与开挖面的稳定性问题。数值模型结果表明:60 m竖井开挖过中地表变形量均控制在毫米数量级,且最大地表变形量不超过13 mm;在水位差1 m的水下施工过程中安全系数均较好控制在2.0以上。对于变形问题,分析不同开挖深度下的井底隆起变形和地表变形情况,表明在60 m开挖深度内,使用VSM开挖砂性土竖井在深度、安全性和对周边环境扰动上均具有明显优势。针对开挖面稳定性,计算分析与竖井内外水位差和竖井深度相关的开挖面安全系数,计算结果可用于指导实际施工,实现分段施工与精细化控制。

基于阵列涡流技术的管道变形检测数值分析

及时发现管道变形缺陷并排除安全隐患,对保证油气资源正常运输有重大意义。鉴于此,针对阵列涡流管道变形检测技术进行了电磁理论分析,从磁畴的微观水平上解释了涡流信号的变化机理,提出管道内检测器上阵列探头的3种布置方案,利用Maxwell有限元分析软件对阵列涡流管道变形缺陷检测的三维模型进行数值模拟,以磁感应强度峰值为特征量对管道变形缺陷进行分析。分析结果表明:基于电涡流传感技术的管道变形缺陷检测中,管道磁畴磁化产生的磁场强度大于感应涡流产生的磁场强度;阵列涡流传感器输出信号变化量随管道变形量呈四次多项式递增的变化规律;对比单独布置的传感器,阵列涡流传感器对管道变形缺陷检测的灵敏度至多下降10%。所得结论可为油气管道涡流变形内检测探头的研制提供技术支撑。

邻近堆载作用下桥梁桩基内力与变形数值分析

采用数值分析方法,研究堆载对邻近桥梁桩基内力与变形的影响。使用耦合欧拉-拉格朗日法建立了堆载作用下某特大桥654#桥墩桩基三维有限元模型,以桥墩轨道顶面横向位移实测值与计算值对比验证了模型的有效性。据此模型计算结果分析了邻近大量堆土情况下桩基的内力和变形特性:各桩水平位移都在1/2L附近的淤泥质粉质黏土层达到最大值;各桩1/6L~2/3L范围内桩身产生附加弯矩的最大值为210 kN·m;且在距堆载较近的桩基上部引起了负摩擦力,进而产生了581~1368 kN的附加轴力。结果表明堆载严重劣化了桩基的工作性能。可为主动防控堆载引发的墩台偏移等病害研究提供一种可行的方法。

软弱围岩浅埋大断面隧道施工工法与变形控制技术分析

【目的】软弱围岩浅埋大断面隧道施工会增大周围环境的变形风险,寻求有效的软弱围岩大断面隧道施工开挖技术具有重要的工程实践意义。【方法】采用数值模拟和现场监测相结合的手段,分析软弱围岩浅埋大断面隧道施工工法与变形控制技术。【结果】结果表明,三台临时仰拱法能较好地控制软弱围岩浅埋大断面隧道的变形,采用该工法时隧道中心处的地表沉降值、拱顶沉降及开挖底部最大隆起值均能满足施工规范要求,且相应的数值模拟与现场监测具有相似的变化规律。【结论】研究成果可为今后类似隧道工程设计与施工提供技术支撑。

地下室结构施工中的变形监测与控制技术研究

本文分析了监测变形对地下室施工的重要性,重点研究施工进行时常见的变形问题以及引起这些问题的原因。采用了如全站仪观察、激光扫描、移位感应器等不同的观察技术,并深入分析了各种观察方法的实用性和优劣。借用实地观察的数据,文章建立了数学形式的地下室结构变形模型,并作了模拟检验。结果显示,精准的变形观察能及时反应结构变形的情况,为施工决定提供有科学依据的参考。此外,提出了一系列变形控制措施,包括优化施工方案、加强支护系统、合理安排施工进度等,并通过实例验证了这些措施的有效性。

崩坡积体浅埋隧道大变形控制技术及效果分析

初期支护大变形是崩坡积体隧道施工常遇的难题之一。文章依托广西某高速公路隧道工程,分析了崩坡积体隧道洞身浅埋段初期支护大变形的原因,提出针对性的控制措施,并采用数值计算和现场监控量测方法对其效果进行分析。结果表明:不良地质、施工不当及降雨入渗等因素是引起隧道初期支护大变形的主要原因;采取临时支撑、径向注浆、锁脚钢管桩等综合措施可有效控制隧道变形。

松散堆积体隧道围岩变形规律及有效加固技术研究

针对松散堆积体隧道围岩变形规律及有效加固技术,通过实地监测与数值模拟分析,研究揭示了围岩在复杂地质条件下的变形特性及其对施工方法和支护措施的响应。研究发现,传统加固方案在特定地质条件下需调整,以适应围岩的变形特点。此外,数值模拟结果与实地试验段的监测数据相吻合,证明了优化措施的有效性。该研究为松散堆积体隧道的设计与施工提供了重要的理论支持和实践指导,对类似地质条件下的隧道工程具有重要参考价值。

深部煤层巷道围岩变形规律数值模拟及控制技术研究

以某矿2号煤层为研究对象,通过三维数值模拟分析深部煤层巷道围岩的变形规律,采用锚杆+注浆+锚索形式进行支护,并在现场进行工业性试验。试验结果表明:在采用锚杆+注浆+锚索的支护方式后,巷道顶板的移近量在250 mm以内,巷道两帮的移近量在350 mm以内。可见,在进行巷道支护后,大大降低了巷道的维修工程,确保了巷道围岩的稳定性。

施工顺序对中小型涵洞变形的影响分析

涵洞变形受多种因素影响,其中施工技术和施工顺序起到关键作用。为减少中小型涵洞变形,提升工程质量和安全性,基于某泵站工程基础资料,构建了三维数值模型,模拟逐步施工和同时施工2套施工方案,分析施工顺序对建筑物及地基变形的影响。研究发现,当地基土层存在较厚软弱夹层时,涵洞与其紧邻的建筑物同时施工,对地基整体变形控制较好,所产生的不均匀沉降小于分步施工产生的不均匀沉降。

焊接非线性大梯度应力变形的高效计算技术

焊接应力变形具有高度非线性大梯度特征,其数值计算涉及到材料、几何与组织的非线性问题.基于热弹塑性有限元的焊接应力变形计算能全面反映焊接的温度场、应力变形场及其变化规律,对深入理解焊接过程起着越来越重要的作用.然而焊接热弹塑性有限元的复杂计算过程和高耗时性使得如何进行高效的焊接计算成为备受关注的学科前沿,正在逐步形成具有严格科学性的焊接应力变形高效计算技术.研究了这一领域的研究成果与进展,对焊接应力变形高效计算技术进行了分类,并探讨了其发展趋势.

雁门关隧道挤压性围岩变形控制技术

北同蒲取直线雁门关隧道软弱围岩段埋深大,构造应力水平高,给隧道施工变形控制造成了极大困难。文章根据雁门关隧道挤压性围岩的工程特性,对洞室变形控制措施进行了研究。首先通过有限差分法(FLAC3D)数值计算确定了弧形导坑预留核心土三台阶七步开挖法的核心土合理长度;其次根据隧道塑性区范围与形状优化了系统锚杆的长度;而后通过对双层支护力学效应及内层支护施作时机的研究,得出理论上雁门关隧道的内层支护最佳时机为内层支护与外层仰拱同时施作;最后通过数值计算和现场工程实践,形成了"3~4 m核心土长度+超前支护+优化设计的系统锚杆及锁脚锚管+双层支护(H175+I22a)"的雁门关隧道挤压性围岩变形综合控制技术。该技术对在构造应力发育的软岩地区修筑隧道具有一定的借鉴意义。

变形镁合金触变塑性挤压的数值模拟

采用有限元模拟技术对变形镁合金的触变塑性挤压和常规挤压进行了数值模拟,获得了两种挤压变形过程中的行程——载荷曲线、应力、应变分布及温度场分布规律,并对两者的模拟结果进行了对比分析。分析结果表明,变形镁合金触变塑性挤压较常规挤压具有载荷力小、应力较小及温度分布均匀、温差小等优点。进行了相应的工艺实验,实验结果与数值模拟结果基本吻合,表明数值模拟与计算正确。

土质滑坡地表倾斜变形特征与基于MEMS的倾斜变形监测技术初探

随着现代信息技术快速发展,人们获取滑坡现场各类监测信息的能力越来越强,积累的现场监测数据也愈来愈多,如何充分、精细化地利用监测数据已成为滑坡监测预警工作中重点关注的问题。为此,本文以土质滑坡为研究对象,采用强度折减有限元方法开展地表倾斜变形时空演化特征理论研究,发现地表倾斜变形在滑动面扩展至贯通期间出现“速率排序跃迁”现象,在滑动面贯通后出现“速率突变”现象。采用地表倾斜变形与内部滑动面之间的这种定量化关联特性,可以为土质滑坡中短期预测预报方法研究提供新的视角和方向。利用理论研究成果,本文进一步开展地表倾斜变形监测关键技术研究,讨论基于MEMS加速度计的倾角传感器的测量原理与测量精度,分析环境温差波动对倾角测量误差的影响,最后介绍基于竖直倾角测量方式研制的普适型滑坡地表倾斜变形监测设备——坡体浅层倾斜变形测量仪。

陡倾角反倾层状岩质边坡变形特征数值模拟验证

对于大量中、小型岩质边坡,因地质结构简单、边界条件清楚,且施工周期较短、经费有限,不可能也没有必要对其开展较大规模勘探工作。而物理模型试验则周期较长、费用较高。因此,数值模拟技术可以替代模型试验,成为这类边坡变形破坏分析的首选手段之一。论文利用离散单元方法(DEM)分析了某公路陡倾角反倾岩质边坡开挖变形破坏机制及其演变过程,验证了教科书上该类边坡的机理,并在此基础上提出了边坡防治工程建议。该方法加深了对边坡变形的认识,节约了工程周期及造价,应成为中、小型岩质边坡研究的辅助措施。

地铁隧道双线暗挖斜穿地裂缝地表变形规律及控制技术研究

为分析暗挖黄土地铁隧道双线斜穿地裂缝时地表变形规律,以西安地铁3号线为依托工程,通过理论分析、FLAC3D模拟及实测,对地裂缝处地表纵向、横向变形规律进行系统研究。主要结论:地裂缝与掌子面关键体相交时,该阶段为控制掌子面稳定性及地层沉降的关键;穿越过程地裂缝处上、下盘将产生沉降错台及水平张拉,二者发展趋势较为接近,错台的发展及恢复分别集中在进度-1.25D^0和0~1.75D;受先行隧道扰动影响,后行隧道于地裂缝处将产生更大的沉降差和最终沉降;地表最终纵向沉降将在上盘距地裂缝约1D处出现最值点,沉降集中区范围可按已有规程进行投影确定;地裂缝处的地层沉降控制可采用减小导洞面积、留设核心土、增强超前支护、控制地表水下渗等综合措施进行。

深埋高应力大变形巷道支护技术研究

近些年来深地问题对矿山开采的影响越来越突出,已引起国内广泛关注。高应力是引发深地问题的主要源头,对于由高应力引发的硬岩岩爆防治方面的研究取得较多成果,但对于高应力引起的软岩大变形问题仍困扰诸多工程。金川二矿区自进入深部开采以来,巷道工程变形大、返修率高,高应力大变形问题仍困扰诸多工程。本文依托金川二矿深部650 m斜坡道工程,重点围绕高地应力、地层构造及支护工况开展高应力大变形巷道支护技术数值分析,建立多维度模型对巷道变形规律及支护技术控制进行研究。数值分析表明:对于深部水平应力场控制的岩层,巷道破坏呈高应力全断面大变形失稳模式;主应力方向对变形规律影响显著,呈现出应力压挤底鼓破坏范围大、持续时间长的特征;锚注支护对于控制底鼓及巷道收敛变形效果显著,柔性支护适度变形能调整释放围岩压力。

基于松软围岩变形特征的强化预支护技术研究

为解决松软围岩巷道的极不稳定性及寻求新的控制方法,在分析松软围岩变形特征的基础上,提出了强化预支护技术方法,并结合实际工程,获取一些岩性参数,用FLAC进行了4种预支护方案数值模拟和对比分析,认为强化预支护具有最优的特点。

动压冲击特大变形巷道锚注技术研究

常村煤矿S3-9工作面回风巷受回采动压影响,巷道发生特大变形,积水严重,巷道高度由3.2m收敛为1.2m。分析了该段泥岩顶板岩样成分,采用数值软件UDEC对S3-9工作面回采后巷道的变形、破坏机理、注浆参数及注浆效果等进行了分析,决定采用水泥化学浆和二次注浆锚索进行综合锚注加固,并在S3-9工作面回风巷进行了试验。实践结果表明顶底板最大移近量20mm,两帮最大移近量30mm,变形得到有效控制。

预紧扁挤压筒内孔变形分析和修模新技术

提出了“CAE-数据处理 -变形曲线拟合 - CAM-检验精度”的修模流程 ;针对其中的关键技术 ,应用 ANSYS有限元分析软件 ,建立了 3层套预紧扁挤压筒的有限元模型 ,并对其进行了数值模拟 ;研究了内腔位移分布情况和内孔变形规律 ,并分段对内孔位移做了多项式曲线拟合 ;对缝隙度 Km 对内孔长短轴变形的影响作了分析 ,拟合出一定条件下内孔位移与 Km 的多项式插值函数关系式 ,得出 Km 的取值范围。为扁挤压筒修模、装配和结构优化、提高精度和效率提供了依据。