Mechanical responses of underground carriageway structures due to construction of metro tunnels beneath the existing structure:A case study

To understand the mechanical response pattern of the existing structure and ground due to the construction of metro tunnels underneath,the finite difference method is adopted to study the torsional deformation and stress variation of the existing structure and the effect of underground carriageway structures on the surface subsidence.The curves of the maximum differential subsidence,torsion angle,and distortion of the cross-section of the existing structure show two peaks in succession during traversing of two metro tunnels beneath it.The torsion angle of the existing structure changes when the two tunnels traverse beneath it in opposite directions.The first traversing of the shield tunnel mainly induces the magnitude variation in torsional deformation of the existing structure,but the second traversing of the subsurface tunnel may cause a dynamic change in the magnitude and form of torsional deformation in the existing structure.The shielding effect can reduce the surface subsidence caused by metro tunnel excavation to a certain extent,and the development trend of subsidence becomes slower as the excavation continues.

断裂构造对采煤沉陷的影响及其数值模拟研究

数值模拟研究具有直观性,通过建立数值模拟模型,控制变量,可以较为准确地定量研究各因素的影响趋势。对淮南新集二矿收集的资料进行分析,建立倾斜角度分别为15°、30°、45°、60°、75°和断层落差分别为1 m、3 m、5 m、7 m、9 m时的两种模型,计算出模拟结果。模拟结果与材料力学理论分析计算的煤层开采后顶板沉陷值和新集二矿开采后的实际监测数据进行对比,验证数值模拟结果与实际地层变形规律。通过数据分析发现,数值模拟的地层变形规律与力学分析和实际数据基本一致,具有很高的耦合度,可以科学有效地为后期矿区预防和控制采煤沉陷的灾变提供理论依据。

地铁下穿既有线和扩大基础桥梁施工方案研究

北京地铁六号线朝阳门—东大桥区间隧道下穿既有地铁二号线朝阳门站和二环主路朝阳门桥施工,工程难度极大,施工安全控制极为重要。为研究新建隧道施工过程对围岩与既有结构的影响,保证施工期间既有结构的安全使用、有效控制地表沉降,针对本工程拟定了不同施工方案并采用有限元计算软件MIDAS-GTS进行三维仿真模拟,分析其对围岩与下穿建筑物的变形控制效果。依据既有结构沉降控制标准,最终提出采用新建隧道与既有车站零距离刚对刚接触、自隧道两侧同时开挖、在既有车站两侧同时施做水平旋喷桩的方案。该方案将为六号线下穿既有车站和扩大基础桥梁的设计与施工提供理论依据。

开采沉陷动态数值仿真研究

在充分分析采场上覆岩体内部移动变形规律的基础上,建立了开采沉陷的动态分析模型,认为岩体运动有四大要素控制,即工作面推进、上覆岩体结构演变、岩体流变和矸石压缩流变。水平或近水平煤层可视为平面应变问题,编制了有限元分析专用程序,并用于实际的开采沉陷预计与控制工程中。

褶皱构造对采煤沉陷控制作用的数值模拟

用Flac3D软件对采煤沉陷控制作用分别进行了数值模拟,得出了开采背斜构造煤层可对地表移动变形起缓解作用,其最大下沉值的量值与背斜翼间角正相关,下沉盆地的影响范围与之负相关;开采向斜构造煤层可对地表移动起加剧作用,其最大下沉值的量值与向斜翼间角负相关,下沉盆地的影响范围与之正相关的结论.

基于FLAC^(2D)的西安地面沉降数值模拟分析

针对西安地区抽汲地下深层承压水所引发的地面沉降进行了分析,以Biot三维固结理论为基础,采用FLAC2D软件对西安地区地质技工学校处的地面沉降进行了二维数值模拟与土体-渗流耦合计算。通过分析模拟的计算结果,对抽水引起的深层承压含水层垂直沉降和水平变形作了详细的分析,并阐明了沉降漏斗形成的机理;发现模拟结果与实际监测的结果是基本吻合的,表明了地面垂直沉降和水平位移的特征和机理分析的正确性。

对沉降史基本模型的改进

针对沉降史研究中存在的一些问题，结合实际地质情况和资料，对研究中的几个基本模型进行了改进，旨在使盆地模拟结果更接近于实际地质情况。将其运用到松辽盆地，获得较好效果。

拱形结构注浆控制煤矿采空区地表沉陷的机理初探

拱形结构注浆是一种新型的煤矿采空区注浆施工方法,该方法与采空区充填注浆的不同之处在于:它不仅从材料学角度加固地层,更重要的是结合结构力学原理,用拱形结构来承载上覆土压力和阻隔采空区上覆岩层变形向地表扩展。利用数学力学分析法和数值模拟法初步探讨了拱形结构注浆控制煤矿采空区地表沉陷的力学机理,得出了拱形结构注浆的相关注浆参数及其之间的数学关系,以及理想状况下的注浆效果,为进一步研究该注浆方法的关键技术奠定了基础。

地下开采过程损伤场演化与地表变形的时变分析

以形状随时间变化的物体——时变体为研究对象,将损伤理论与时变力学结合,引入与时变过程相关的损伤参数,形成损伤时变力学分析方法。针对岩石介质特性给出了弹性损伤时变力学本构方程,并利用虚功原理建立相应数值化方法和分析过程。利用损伤时变力学分析方法对某地下煤层开采过程进行计算机仿真分析,给出形状时变引起的损伤场与地表移动的动态演化过程,并对比了非时变以及施工分析结果。研究表明,损伤时变分析可得到连续变化的位移及损伤演化图,相比非时变的常规分析和施工分析能更好地模拟连续施工,为工程施工分析与预测提供更加科学和有效的手段。为实现开采过程的经济和安全,应该采用损伤时变力学的分析方法。

南京地铁三联拱区段施工方案计算分析

根据南京市轨道交通1号线南延安德门～宁丹路区间隧道的工程概况,主要对上方有5层人造花总厂办公楼的三连拱区段进行施工方案选择,并对该方案进行数值模拟,从地表沉降、支护结构轴力、弯矩等方面进行分析,分析结果表明该方案是可行的,为今后类似工程的施工提供指导。

鄂尔多斯盆地构造沉降特征及对盆地成因的启示

构造沉降作为盆地成因研究中的重要组成部分,对其特征进行分析有助于盆地成因的解析。本次通过对鄂尔多斯盆地内5口典型探井的多期不整合所代表的的剥蚀厚度进行恢复,结合去压实矫正模型以及平均密度、平均古水深等参数的确定,较为精确地刻画出了鄂尔多斯盆地不同构造单元自早寒武世至今的构造沉降特征,同时结合裂谷盆地瞬时拉张模型、裂后热坳陷模型以及前陆盆地挠曲模型对构造沉降曲线进行了模拟,对盆地成因进行分析。鄂尔多斯盆地中寒武世—中生代末期主要由早古生代沉降旋回、二叠—三叠纪沉降旋回与侏罗—白垩纪沉降旋回组成。其中岩石圈热冷却作用引起的沉降贯穿全地质时期。早古生代沉降旋回中,中寒武世的加速沉降主要体现在盆地南部,沉降机制为岩石圈伸展减薄,中奥陶世马家期为全盆地尺度的加速沉降,沉降机制仍为岩石圈伸展减薄。二叠—三叠纪沉降旋回中,晚二叠世—早-中三叠世为该旋回的加速沉降期,该期加速沉降具有多幕裂陷的特征。侏罗—白垩纪沉降旋回中,中侏罗世盆地南部处于缓慢沉降期,沉降机制为岩石圈热冷却作用,晚侏罗世—早白垩世,除伊盟隆起,盆地整体处于加速沉降期,沉降机制为前陆盆地引起的挠曲沉降。

砂泥岩地层地铁车站暗挖隧道施工方案比选研究

施工方案的合理选取对于保证隧道结构及地层安全至关重要。文章依托广西南宁轨道3号线青秀山地铁车站工程,针对下部穿越砂泥岩地层的站台层隧道,对三台阶法及CD法两种暗挖隧道施工方法进行了比选研究。研究结果表明:(1)三台阶法相对于CD法,施工速度更快,施工干扰较小;(2)三台阶法施工地表沉降达到50mm,CD法为11mm,CD法控制地表沉降较好,但均满足限值要求的60mm;(3)三台阶法施工二次衬砌压应力达到14MPa,拉应力达到1.98 MPa,CD法压应力为6.68 MPa,拉应力达到1.18 MPa,CD法控制地表沉降较好,但均满足C50混凝土的抗压强度限值32.4 MPa,抗拉强度限值2.64 MPa。综合考虑,在满足地表沉降及保证结构安全的基础上,青秀山地铁车站暗挖隧道宜采用施工速度更快的三台阶法。研究成果可为类似地铁车站暗挖施工提供参考。

基于数值计算分析方法的地铁车站深基坑施工变形规律研究

文章依托深圳地铁4号线观澜站工程,通过FLAC3D数值模拟软件,对深基坑开挖过程中的基坑变形特性开展研究,研究结果表明:基坑开挖会导致土体发生竖向位移,并在基坑底部发生坑底隆起;在基坑开挖后,地连墙会受两侧土体的挤压产生横向位移,呈函数型;在开挖过程中,最大地表沉降发生的位置是相对固定的,而围护结构最大侧向位移发生的位置是随着开挖深度不断增加的。

富水盾构隧道地表固结沉降及控制措施研究

依托某城市富水盾构隧道,通过数值模拟,研究地表沉降控制措施,结果表明:富水地层中地表固结沉降占比较高,计算需考虑渗流。考虑渗流下,结构受力变形有不同程度提高;隧道四周剪切塑性区增大。围岩孔压在拱腰聚集,开挖后地下水指向内空,管片注浆后,地下水沿衬砌背后向下渗流;盾尾注浆会改善盾壳受力及不均匀性。考虑渗流,管片变形及弯矩由拱顶、拱底向拱底(变形)和拱顶(弯矩)转移;增大注浆圈为较实用措施。

基于FLAC^(3D)模拟验证基层结构合理性

为验证彰武地区水泥稳定风积沙碎石基层试验路铺筑后,各项指标是否满足规范和路用要求,通过FLAC^(3D)数值模拟的方法,对新建基层后路面沉降、应力规律及塑性区分布等进行了深入研究,得到了在行车荷载作用下,Z向位移最大值出现在受车轮作用处,其值为16.56(0.01mm),小于设计弯沉71.15(0.01mm);最大和最小主应力均呈现梯形分布的趋势,当路面行车荷载对称布置时,最小(大)主应力也沿着路面基层中线呈对称分布;行车荷载作用下,整个路面基层结构没有出现剪切破坏或者抗拉破坏的单元,路基始终处于稳定状态,没有发生塑性破坏,表明基层结构的方案合理并有效。

缓倾斜厚大矿体崩落法开采对临近构筑物的影响

采用三维仿真计算技术对复杂条件金属矿山缓倾斜厚大矿体崩落法开采诱发的岩层移动对临近区域地表构筑物的影响进行研究,对于有效地解决复杂条件金属矿山开采诱发地表沉陷的测算问题具有重要意义。以程潮铁矿无底柱分段崩落法开发为背景,通过构建涵盖矿体、围岩体分布、采掘工艺、初始应力条件等信息的高精度三维空间模型,采用莫尔-库伦本构模型,依据岩体力学试验确定的模型力学参数,严格依据矿山开采顺序,模拟计算了多因素联合作用下不同开采阶段地下开采岩层移动规律,并对未来深部开采对矿山地表工业构筑物的影响程度进行了预测。结果表明:程潮铁矿措施井所在位置的地表移动角在开采-500 m水平时约为50°,-375 m水平开采后将会对措施井的稳定性产生显著的影响。

构造介质对采煤沉陷影响的数值模拟分析

本文采用数值模拟试验,针对不同构造介质条件下,地下采空对上覆岩层的损坏程度进行模拟研究。试验结果表明,介质越坚硬,地下开采对地表损害的程度就越小,煤柱所受的压应力就越大,采空区直长边所受的拉应力越大;介质越软弱,地下开采对地表损害的程度就越大,煤柱所受的压应力就越小,采空区直长边所受的拉应力越小。此结论对于采煤沉陷的预测及矿山地质灾害的防治,将具有一定的理论价值和指导意义。

褶皱构造对采煤沉陷的数值试验分析

采用数值模拟试验,针对不同构造形态模式下的采空塌陷进行分析。实验结果表明,构造形态不同,覆岩中应力集中程度不同,地面塌陷形式不同,其中背斜有抑制沉陷作用,向斜有加剧沉陷作用,此结论可以在一定意义上指导采煤沉陷的预测及矿山地质灾害的防治。

不同岩溶条件下盾构隧道受力数值模拟研究

以某盾构隧道为依托,分析研究了该隧道在穿越岩溶区时遇到的地质问题,基于该隧道的工程地质条件,通过Flac3d软件建立数值模型以探讨盾构隧道在不同岩溶条件下的受力情况。从结果看,管片结构位移和地表沉降均和溶洞顶与管片距离d成反比例关系,且8m距离即为安全距离;管片和地表沉降均与溶洞填充程度呈反比例关系,且60%的填充程度下即可忽略溶洞的影响。