Analytical solutions to ground settlement induced by ground loss and construction loadings during curved shield tunneling

This paper focuses on the ground settlement induced by the construction of a curved shield tunnel.Ground loss and construction loadings are the two factors causing ground settlement,and two corresponding analytical models were developed.First,the ground settlement due to ground loss was analyzed based on 3D image theory.The"integrative gap at shield tail"(IGST)and overcutting gap of a curved tunnel were considered.Second,the ground settlement due to construction loadings was analyzed by modifying Mindlin's solutions.The additional thrust,frictional force,and grouting pressure were considered.Subsequently,a case study and a parameter analysis were conducted.Finally,the obtained solutions were compared with a classical analytical solution,numerical simulations,and monitored results.The proposed model could effectively predict the ground settlement in-duced during curved shield tunneling.

盾构隧道下穿城市道路的路面沉降计算方法研究

随着我国城市化进程的不断推进,地下空间的开发和利用越来越受重视,特别是盾构隧道已成为工程建设的重要技术手段。而城市地下环境日趋复杂,市政隧道下穿既有道路的项目愈发常见,研究与之对应的土体位移预测方法对地下空间安全评估至关重要。借助弹性力学中薄壁圆筒的平面模型,构建相应的边界条件,推导出适用于有重地层浅埋圆截面土体沉降变形的计算方法。以中国澳门纯钢纤维混凝土盾构隧道下穿友谊大马路工程为实例,并与不同收敛模式下随机介质理论进行对比验证。研究结果表明:理论公式与土体位移实测值吻合度较高,且略优于随机介质理论的计算结果。理论公式综合考虑了路基土体参数、隧道深径比及施工技术水平等因素的影响,计算结果合理可靠,可为盾构隧道下穿施工诱发土体位移预测提供重要的理论支持。

极低频电流场透地通信路径损耗建模与分析

针对水平方向地电极电流场无线强穿透信息传输需求,研究了基于极低频水平双电极电流场信道传输特性。考虑到电极半径、电极入土深度、电极间距、发射信号频率和信号传输距离等参数对透地(Through-The-Earth,TTE)通信传输性能的影响,建立了地电极电流场TTE通信路径损耗模型,分析了各参数对路径损耗的影响,确定了信号传输最佳工作参数。根据选定参数搭建了极低频电流场TTE通信系统,在200 m和400 m通信距离下测试了3~10 Hz信号的路径损耗,通过试验数据与仿真结果对比分析验证了模型的准确性。

果园风送式喷雾机在现代矮砧苹果园的喷施效果评价

【目的】探究风送式塔型喷雾机在矮砧宽行密植苹果园中的施药效果,优化施药参数,为现代矮砧苹果园农药施用“减量增效”提供理论参考。【方法】以5年生烟富3苹果为试验材料,采用水敏纸雾滴测试卡测定3WF-1000风送式塔型喷雾机雾滴粒径、雾滴密度与覆盖率,并利用示踪剂诱惑红测定喷雾机的药液沉积量及地面沉积量。【结果】在5年生现代矮砧宽行密植苹果园中,喷雾机在不同牵引速度下的雾滴特性差异显著,与牵引速度为1.16 m·s^(-1)(4.18 km·h^(-1))时相比,牵引速度为1.77 m·s-(16.37 km·h^(-1))时的雾滴覆盖率和雾滴粒径由62.19%和142.67μm下降到57.03%和131.67μm,而雾滴密度由141.72点·cm^(-2)增加到179.86点·cm^(-2);牵引速度为1.77 m·s^(-1)时的叶面平均沉积量、地面沉积量和农药利用率分别为0.24μg·cm^(-2)、0.55μg·cm^(-2)和47.1%,均高于1.16 m·s^(-1)时(分别为0.22μg·cm^(-2)、0.43μg·cm^(-2)和43.7%)。【结论】3WF-1000型风送式喷雾机两个牵引速度(1.16 m·s^(-1)和1.77 m·s^(-1))的雾滴特性均能满足矮砧宽行密植苹果园病虫害的防治要求,喷雾机在牵引速度1.77 m·s^(-1)时农药利用率更高,但易导致土壤流失率增高。

基于损失特征矩阵的CHB-BESS模块间接地故障诊断

模块间接地故障是H桥级联型电池储能系统(cascaded H bridge based battery energy storage system,CHB-BESS)的易发故障,快速诊断故障位置对减少故障损失至关重要。模块间接地故障的故障特征主要体现在零序电流上,会受到接地过渡电阻的影响。为实现接地过渡电阻不确定情况下,故障模块位置的快速准确鲁棒定位,本工作提出了一种基于损失特征矩阵的快速故障诊断方法。首先,本工作建立了零序等效电路模型;然后,将零序电流模型离散化;接着,提出基于损失特征矩阵的定位方法,该方法使用拓扑矩阵描述故障位置和过渡电阻的遍历信息,基于离散化模型来遍历计算零序电流,将计算结果与测量结果的偏差记录在损失特征矩阵中,通过偏差最优解确定故障位置;其次,本工作证实了故障定位问题作为最优化问题具有最优解唯一性,偏差最优解在接地过渡电阻不确定的情况下可获得准确的故障发生位置;最终,基于最优解唯一性提出了最优化计算的加速方法。实测表明,所提方法的平均定位误差仅为0.2个子模块,在接地过渡电阻较大范围不确定的情况下实现了准确定位,并且所提加速方法显著提高诊断速度。

粉细砂地层双线盾构施工实测地表沉降规律分析与预测

依托南通地铁二号线某区间盾构隧道施工,针对盾构穿越典型粉细砂地层条件,对双线盾构隧道施工引起的地表沉降开展现场测试和规律分析,对经典Peck公式在南通地区粉细砂地层中双线盾构施工的适用性进行探讨,并研究先行线和后行线土体损失率和地表沉降槽宽度系数的取值及影响因素。研究结果表明,在粉细砂地层中,后行线隧道施工对地层的二次扰动效应会引起先行线轴线上方地表沉降的显著增加,且二次扰动效应明显强于其他软土地层,但弱于砂土地层;相较于淤泥质土地层,在粉细砂地层中盾构停机对地表沉降的影响更为显著;先行线和后行线施工引起土体损失率比值η_(1)/η_(2)在1~5倍范围内,平均值为2.3,先行线和后行线地表沉降槽宽度系数比值K_(1)/K_(2)在1~2倍范围内,平均值为1.4;砂土、粉细砂和粉土地层中土体损失率比值η_(1)/η_(2)均大于1,η_(1)/η_(2)和K_(1)/K_(2)与隧道覆土深度比(H/D)相关性较弱。

带散射体的电力系统多级传输线高频耦合模型

高频电磁场会与架空输电线路产生耦合,一旦高频电磁场的波长小于传输线的高度,经典传输线理论就不再适用。传统的全波数值算法虽然可以解决这一问题,但求解效率不高,需要消耗大量的时间与计算资源。此外,电力系统输电线路往往有多个垂直端,线路布局复杂,而以往针对电力系统传输线的高效求解研究都是只有左右两个垂直端的较为简单的模型,与实际电力系统传输线的结构不符,没有考虑中间带有垂直端的情况。为了解决这些问题,文中提出一种理论有效的方法来解决有损耗地面上方带有散射体的电力系统多级传输线的高频电磁场耦合问题。采用计算效率高的渐近法,并在渐近法中引入散射体的概念,以考虑更复杂的电路结构。最后通过数值算例验证了该方法的准确性和有效性。

埋地管线破损漏土诱发地面塌陷过程的流固耦合离散元模拟

为了探究埋地管线破损-漏土诱发地面塌陷的规律,采用DEM-CFD方法,综合考虑管线埋深、水压和破损口半径等因素,对单一砂土层和上覆黏土层两种工况的地面塌陷过程进行了数值模拟分析。结果表明:颗粒损失率和地面沉降值呈正相关关系;根据颗粒损失速率,塌陷过程可划分为颗粒运移、快速损失和沉降槽缓慢扩展3个阶段;水压是影响颗粒损失速率的主要因素;对于单一砂土层,随着水压、破损口半径的增大和管线埋深的减小,颗粒损失率逐渐增大;对于上覆黏土层,由于颗粒的黏结作用,颗粒运移阶段持续时间与上覆黏土层厚度呈正相关关系,与水压、破损口半径呈负相关关系。

小净距盾构隧道侧穿地铁车站对地表沉降及刀把段结构侧墙变形的影响

为研究小净距盾构隧道侧穿地铁车站对地表沉降及刀把段结构侧墙变形的影响规律,依托长沙轨道7号线云环区间段,对盾构施工引起的地表沉降和刀把段侧墙位移进行持续监测,采用有限元软件,分析在袖阀管注浆加固条件下侧墙的变形和应力特征,研究不同地层损失率条件下地表和侧墙的变形规律及不同侧墙厚度条件下侧墙的应力规律。结果表明,袖阀管注浆加固土体能有效减小由盾构施工引起的侧墙变形和应力;地表沉降和侧墙位移随着地层损失率的增加呈递增的趋势;侧墙厚度设置为800 mm时,侧墙所受拉应力可以控制在C40混凝土抗拉强度标准值之内。

2种构型升推组合推进系统装机后地面效应影响仿真

为了解近地环境下不同构型升推组合推进系统装机后的环境适应性和性能差异性,研究了地面效应对推进系统外流升力损失、内流性能损失和气动稳定性等方面的影响。构建了STOVL飞机+推进系统耦合流场模型,制定了处于同一技术水平的升力发动机和升力风扇2种构型升推组合推进系统方案,对相关参数进行了计算和对比分析。结果表明:推进系统装机后受地面效应影响,在工作环境、性能保持和功能完整性等方面,升力风扇构型明显优于升力发动机构型;相比升力风扇构型,升力发动机构型总升力减小10%,总耗油率提高5%,主发动机压缩部件喘振裕度减小10%;如要保证升力分配比为1.0,总升力同比进一步减小超过23%;为防止推进系统气动失稳,应保证主发动机进气相对温升不超过3.5%、温升率不超过50 K/s。

双隧道开挖对浅基础建筑物沉降影响的研究

基于离心模型试验和数值模拟计算,对两条平行开挖的跨江隧道引起的上部浅基础建筑物和地表沉降规律进行了研究。结果表明:浅基础建筑物不同监测点位的沉降量均随土体体积损失率的增大而增大。随着土体体积损失率的增加,上部浅基础建筑物的不均匀沉降增加,隧道上方的土体的竖向位移逐渐增大,沉降槽的范围逐渐增大。本项目中隧道间距为1倍洞径条件下,左右隧道开挖顺序的改变会对上部建筑物沉降量和地面最大沉降量影响较小,但先开挖隧道拱顶处的地面沉降要大于后开挖隧道拱顶处的地面沉降。

5种接地材料在汕头土壤模拟溶液中的腐蚀行为研究

[目的]导电高分子复合接地材料在土壤环境中的腐蚀行为需要深入研究。[方法]通过溶液腐蚀浸泡试验及开路电位、动电位极化、电化学阻抗谱等测量技术,对比了导电高分子复合接地材料、碳钢、镀锌钢、铜包钢和紫铜5种接地材料在汕头土壤模拟溶液中的腐蚀行为。[结果]导电高分子复合接地材料在土壤模拟溶液中不发生腐蚀,紫铜、铜包钢、镀锌钢和碳钢则有不同程度的腐蚀。导电高分子复合接地材料拥有最正的腐蚀电位和最小的腐蚀电流密度,低频阻抗模值和界面电荷转移电阻最大。[结论]相较于其他4种金属接地材料,导电高分子复合接地材料具有最优异和稳定的耐腐蚀性能。

车站深基坑施工对原水管变形影响的监测分析

大型原水管作为城市供水重要的生命线,其运营安全事关千家万户的生活。文章以所建地铁车站深基坑施工工程为例,结合临近原水管自身竖向位移及周围土体深层水平位移布设情况,针对不同施工工况中原水管竖向位移及土体深层水平位移成因监测数据进行分析,提出了有效控制周边土体及原水管自身变形的技术措施。本文内容可为类似深基坑施工过程中对原水管的监控保护提供借鉴,以确保原水管安全运营。

不同地面雨量监测方法对比及联合观测研究

为研究不同地面降雨观测仪器监测降雨过程始末时刻及雨量的差异,利用激光雨滴谱仪、压电式雨量计和翻斗式雨量计获取降雨资料,采用最小时间间隔法划分降雨事件并根据各仪器数据重叠关系分类。结果表明:激光雨滴谱仪能准确监测降雨始末时刻,但对降雨量整体性高估;翻斗式雨量计不能准确测量降雨始末时刻,且微量降雨、前后浸润、间断时段损失分别占降雨总量的3.43%、8.00%、1.65%;压电式雨量计测雨过程中面板积水会导致精度下降。因此,建议综合翻斗式雨量计的雨量和激光雨滴谱仪的降雨始末时刻信息,以得到较准确的降雨事件过程。

基于[火用]损分析的地源热泵地板辐射供冷系统运行优化

随着地板辐射技术的普及,越来越多的办公建筑选择使用地源热泵耦合地板辐射系统供冷,系统的高效运行日益受到重视。文章以[火用]损作为评价指标,运用3台热泵优化济南市某办公大楼供冷系统。将系统分为地埋管子系统、地板辐射子系统和热泵机组子系统,并建立了对应的[火用]损模型。在MATLAB平台上,使用快速非支配排序遗传算法降低系统总[火用]损,同时以3台热泵的负荷分配为自变量,寻求最优解集。结果表明:当运用遗传算法优化运行策略时,总能找到最优解集,使系统总[火用]损降到最低,并得到了系统的最佳运行策略;优化后的地埋管换热器的[火用]损虽然增加,但系统的总[火用]损却降低了7.3%,一天内热泵机组能耗也降低了16.66 kWh,其节能率达到了9.2%;从[火用]损占比来看,地板辐射子系统的[火用]损占整个系统损失的66.3%,因此通过对地板辐射子系统的优化改进,能够有效改善整个系统的总[火用]损。

基于地表位移控制的浅埋盾构管片壁后注浆压力确定方法

采用考虑卸载模量的硬化土小应变模型,模拟分析了不同埋深盾构隧道施工时地表竖向位移随管片壁后注浆压力的变化规律,并从盾构施工微扰动控制角度探讨了壁后注浆压力的确定方法。结果表明:随壁后注浆压力增大,不同埋深下地表竖向位移均可分为沉降敏感阶段、稳定阶段和隆起敏感阶段;壁后注浆压力应在隧道顶部上覆土自重应力的基础上进一步增大,以顶起上覆土,弥补超挖引起的地表沉降;当地层损失补偿率与地层损失率接近时,可达到盾构施工微扰动控制要求,据此提出一种综合考虑地表竖向位移、地层损失率、地层损失补偿率的壁后注浆压力范围确定方法。

泥水盾构近接地下管线施工的管线沉降计算方法及管土位移规律研究

为更准确地预测管道受盾构开挖引起的竖向位移,对基于傅里叶变换的管道位移传递矩阵法进行修正,考虑泥水压力和注浆压力2个关键参数对管道位移的影响,并提出1种基于沉降监测数据的地层损失率的反演计算方法。同时,利用数值仿真软件FLAC3D分析不同工况下的管土变形规律,并与修正后的传递矩阵法进行对比。研究结果表明:由地层损失率反演计算方法可以计算得到较为准确和合理的地层损失率,使用该地层损失率计算地表沉降时与数值软件结果吻合度较高。修正后的传递矩阵法保留原计算方式的便捷性,同时考虑泥水压力和注浆压力等实际因素,与现场实测值更加贴近,准确度更高。管道与地层的相互作用可以通过管土相对刚度进行宏观定性描述,该参数可以反映出不同材质、壁厚、直径等条件下管道受盾构开挖影响的敏感性。研究结果可为盾构下穿既有管线的管线沉降预测提供一定参考。

单洞双线地铁盾构施工地表沉降规律研究

以北京地铁14号线某单洞双线盾构施工为背景,采用FLAC3D软件建立三维数值模型,研究盾构施工参数及地层参数对地表沉降的影响.研究表明:盾构推进时,沿隧道纵向地表沉降呈现4阶段变化规律.当盾构脱出盾尾时,地表沉降速率最大;随着注浆层的硬化,地表沉降值缓慢变化,并最终趋于稳定值;地层弹性模量对地表沉降的影响较大;当开挖面支护压力达到一定值后,增大开挖面支护压力,并不能有效的控制地表沉降;注浆层的硬化时间对地表沉降有一定的影响,但考虑到实际现场施工状况,取延迟6环注浆层硬化较为合理.

基于野外实地调查的北京宋庄地裂缝经济损失评估

北京平原区地裂缝隐蔽性高、致灾性强,一旦发生就会造成极大的经济损失及环境破坏,但目前针对地裂缝造成的具体经济损失研究较少且不够成熟和完善。本研究选取宋庄地裂缝(双埠头村—大庞村段)作为研究区,利用2016年和2022年地裂缝野外实地调查获得的受灾体数量和受损程度数据,结合2018年房屋鉴定资料,首次建立针对地裂缝灾害的直接经济损失评估模型并对现状损失和预测损失进行定量评价。结果显示,该段地裂缝造成的受灾体破坏以民房类建筑类为主,2016—2022年6年间受灾体数量增长高达137.26%。截至2016年、2018年和2022年造成的现状直接经济损失总值分别为4623.24万元、7033.49万元和10751.14万元,年均增长量约1021.32万元/年。预测至2025年和2035年该地区地裂缝灾害造成的直接经济损总值分别约为1.5亿元和4.1亿元。本研究初步探索确定了地裂缝灾害直接经济损失的评估方法,具有一定的普遍适用性,为缓变型地质灾害的损失评价提供基础支撑。

盾构隧道侧穿高架桥对桩基的影响分析

福州地铁5号线一期工程多次穿越长桩基群,具有扰动多、距离近、受力情况复杂等特点。为进一步研究盾构隧道侧穿高架桥对桩基的影响,采用数值模拟手段,对施工前后的桩基群进行了结构内力和变形特征分析,并进一步研究了不同地层损失率对桩基群受力和变形的影响。结果表明:桥梁下的桩基可以减少地表的沉降范围和沉降程度;桩基的变形和受力主要受到埋深和桩隧间距的影响;地层损失率越大,桩基的最大水平位移和桩基两端竖直位移的差值越大,桩基所受最大轴力和最大弯矩也越大;当地层损失率在特定范围内时,地层损失率每增加0.1%,桩基最大水平位移大约增长1 mm,桩基所受最大弯矩大约增长93 kN·m。研究结果为类似工程开展相关工作提供了一定参考。