复合成层地层盾构隧道施工引起土体变形计算研究

为解决盾构上部多层水平覆土且开挖面内上下水平分层的复合地层条件下盾构施工引起的土体变形问题,在统一土体解析解法的基础上对其中土质条件影响参数进行修正,使其可以进行复合地层条件下的土体变形计算,并对土体移动焦点范围进行了重新的划分。将修正后的统一土体解析解法与类随机介质理论相结合,得到可以解决盾构开挖面上存在多种土层情况的计算方法,并且可适用于任意开挖面形状的盾构施工。研究结果表明:经过多组工程案例验算,验证了方法的可行性;开挖面上某一土层厚度等量增加会使土体变形发生非线性变化;由于土体损失比变形传递路径对土体变形的影响更大,相同洞径比下的土体变形可能存在差异。

隧道下穿施工引起既有隧道及地层变形预测的改进随机介质理论模型

新建隧道下穿既有隧道施工时,由于传统随机介质理论无法考虑既有隧道的影响,地层变形预测结果易出现较大误差。考虑隧道开挖后断面的非均匀收敛,基于随机介质理论与Peck公式两者关键参数之间的关系,对传统随机介质理论进行了简化和改进;应用隧道衬砌抗弯刚度等效及当层法,对非均质地层和既有隧道进行了等效处理,提出了隧道下穿施工引起的既有隧道及地层变形预测模型,结合相关典型工程验证了该理论模型的准确性。结果表明:与传统随机介质理论相比,预测模型对既有隧道及地层的变形预测曲线均呈“宽而浅”的特点,与数值计算及现场实测结果的关联度更大,具有更高的合理性和准确性,为隧道下穿施工引起的既有隧道及地层变形预测提供了理论依据。

浅埋管幕施工及其受弯引起地表沉降预测方法

针对管幕箱涵暗挖工法在城市下穿工程中引起的地表沉降控制问题,本文依托南昌某地下通道建设工程,基于随机介质理论和弹性薄板模型纳维解,提出了一种预测浅埋管幕支护下箱涵顶进施工中地面沉降的计算方法,并结合现场监测数据和数值模型对该计算方法进行了验证,此计算方法可以使施工人员提前对下穿工程引起的地表沉降值做出预判。结果表明:(1)该方法对地表沉降最终值得预测结果较好,与现场实测数据误差不大于10%;(2)由土体损失引起的地表沉降值较小,最大值为0.52 mm,主要控制纵排管幕上方的地表沉降;(3)由管幕变形引起的地表沉降值较大,最大值为1.70 mm,主要控制通道上方的地表沉降。

地铁隧道施工引起地层变形的反分析预测系统

地铁施工诱发地层环境损伤的众多问题中,地层沉降的预测与控制是急待深入研究的重要课题。为此,研究开发出了地铁隧道沉降预测(STSP)系统;给出了随机介质理论预测隧道施工诱发地表横向和纵向变形的计算公式;基于最优化理论的共轭方向加速法,研究了地铁隧道施工引起地面沉降的Peck法与随机介质法各自的多参数反分析方法;并将理论公式与反分析法编程实现;实例分析证明了理论方法与程序系统的科学性和可靠性.

隧道水平冻结壁强制解冻期地表沉降的预测方法

考虑冻结壁的强制解冻过程,采用随机介质理论,建立了隧道水平冻结壁强制解冻期地表沉降的预测方法,并提出强制解冻条件下冻结壁温度场由单管解冻理论近似求解,基于所推导的单管解冻理论和崔托维奇提出的一维情况下融土层稳定融沉量公式,确定了预测方法中融土柱半径和融缩区域内半径的取值方法。将所建立的预测方法应用于隧道全断面水平冻结工程中,得到了地表沉降随强制解冻时间的分布及变化规律。研究结果表明,在冻结壁强制解冻期,其地表沉降分布规律与自然解冻期相似,但地表沉降随解冻时间呈线性增长趋势,这一特征与自然解冻期有所不同。

基于随机介质理论的隧道冻结期地表冻胀预测方法

隧道人工冻结施工期地层的冻胀现象会对工程周边环境产生不良影响,合理的地表冻胀预测方法对隧道冻结设计和施工具有重大指导意义,并可降低冻结法应用的成本和风险。为此,提出在隧道水平冻结期,冻结壁交圈前,地表冻胀位移由多个独立冻土柱的叠加冻胀效应引起;冻结壁交圈后,地表冻胀位移则由整个冻结壁的冻胀效应引起。并指出冻结壁交圈前的温度场可由单管冻结理论近似求解,冻结壁交圈后的温度场则由平板冻结理论近似求解。在此基础上,基于单管冻结理论、平板冻结理论和土体冻胀率计算公式,考虑冻结壁的形成过程,采用随机介质理论,建立隧道水平冻结期地表冻胀的预测方法。将该预测方法应用于实际工程案例中,通过与现场实测结果的对比分析,验证预测方法的实用性和可靠性。

城市隧道十字隔墙法施工引起的地表沉降及变形预测方法

运用随机介质法理论,研究开发出城市隧道开挖引起的地表沉降及变形预测系统,并对预测公式进行改进,实现十字隔墙法施工隧道分部开挖引起的地表沉降、倾斜、曲率、水平位移和水平变形预测。对中国第一条海底隧道十字隔墙法施工引起的地表沉降及变形进行预测,通过实测值与预测值比较,说明该方法效果良好,具有一定的实用价值。

土体冻胀与地基梁相互作用的叠加法研究

根据随机介质的思想,土体冻胀引起的地表隆起近似为正态分布。以上海体育场穿越工程为研究背景,由叠加法基本原理,得出多管冻结冻胀叠加法表达式。将非均布的冻胀荷载简化成多段均布荷载,编制matlab程序求解冻土地基上的弹性地基梁方程,得到冻胀与地基梁(结构)相互作用的位移及接触压力,并用实测数据进行了验证。最后对冻胀与基础梁相互作用的影响因素进行计算分析,得出相互作用的冻胀量随地基梁刚度与外荷载增加而减小、随地基弹性接触系数与自由冻胀量增加而增加。

放矿的随机介质理论

随机介质理论可以很好地反映崩落法放矿的矿岩移动规律。它可以解决各种边界条件下的放矿问题。本文着重讨论了随机介质理论在端部放矿中的应用。利用参数辨识方法求出了反映散体性质的介质参数。从而可以判断无底柱分段崩落法矿块结构参数是否合理?为设计合理的结构参数提供了依据。

放矿口对崩落法放矿的影响

大功率出矿设备投入使用使放矿口尺寸有增大的趋势。对此,本文研究了放矿口尺寸及散体放出速度分布对崩落法放矿的影响。发现放矿口对崩落矿岩移动的影响主要发生在放矿口附近的一定范围内,且当放出速度分布不对称时会导致放出体轴线偏移。文中给出了放矿口显著影响放出体高度及其最高点偏移量的计算式,并讨论了有底柱崩落法底部结构中斗井口合理位置的确定原则。

矩形顶管施工引起的土体变形计算方法研究

分析了土体位移主要影响因素,对土体进行部分力学计算假定,使用梅德林解推导了分别由矩形顶管施工过程中的推进力、掘进机及管道侧摩阻力引起的土体变形计算公式;利用随机介质理论,推导了矩形顶管施工土体损失带来的土体变形计算公式.综合所有因素得到总变形公式,进行了土体变形规律分析并验证了计算公式的正确性.对矩形顶管推进引起的三维土体变形提供了简单的理论计算方法.

放矿计算机辅助管理系统的研制开发

本文所建立的放矿计算机辅助集成管理系统采用改进的空位扩散随机介质理论。该系统的功能齐全、可操作性强，具有良好的人机交互界面，能够实现矿块崩落法放矿计划的动态调整，迅速及时纠正放矿生产过程中出现的各种偏差，保证放矿控制的顺利实现。该系统适合于大规模、高阶段矿块崩落法放矿生产管理。该软件在程潮铁矿矿块崩落法放矿管理中的运行结果是令人满意的，可以部分替代物理模拟试验能够提高矿块崩落法放矿的管理水平。

由地铁隧道工程引起地表横向沉降的预测分析

应用Peck法、Logan-Poulous法、随机介质理论等方法对由地铁隧道工程引起的地表横向沉降进行预测,并对上述方法的实质加以研究。用STS沉降预测系统对实测数据进行分析和计算,并通过实测曲线和预测曲线的比对分析,验证上述方法的预测精确性。

多因素下竖向顶管施工引起的土体变形研究

建立掘进机与土体间的摩擦力、后续管道与土体间的摩擦力、开挖面前顶管推力、土体损失四个因素下竖向顶管法施工的力学模型.前三个因素引起的土体变形解根据弹性力学Mindlin解得到;土体损失引起的土体变形解通过随机介质理论得到,最后二者相加获得多因素下总的土体变形理论解.通过算例对计算结果进行了分析,研究了开挖面前顶管推力的改变对土体变形的影响。研究结果表明,土体竖向位移的最大值随z的增大基本呈减小趋势;竖向顶管施工引起土体隆起的范围在距顶管横截面中心线D^10D之间,土体隆起值随着深度的增加而增加;水平位移的最大值出现在距竖向顶管横截面中垂线2.5D处;开挖面前顶管推力对竖向位移的影响范围主要在距顶管横截面中心线±2.5D之间,在影响范围内,其引起的竖向位移随开挖面前顶管推力的增加而逐渐增大;在0<z<0.5D时,开挖面前顶管推力引起的水平位移主要表现为较小的朝向竖向顶管的移动;在0.5D<z<4D时,主要表现为远离竖向顶管的移动,且随着深度增加,水平位移越大。因此,在竖向顶管施工时,需重点关注±2.5D范围内的竖向位移以及0.5D<z<4D范围内的水平位移。

某铁矿采场结构参数优化

某铁矿自露天转入地下开采后,采用无底柱分段崩落法采矿。实际生产中出现了损失贫化大、块度两级分化严重、眉线保持不住等问题,严重影响了矿山正常生产。基于随机介质放矿理论,通过单体及立体放矿试验对矿山的结构参数进行了优化,推荐了最优的结构参数为20 m×18 m×4 m(分段高度×进路间距×崩矿步距),对于进一步提高回采率、降低贫化率有一定的借鉴价值。

概率积分模型模拟隧洞开挖过程中岩石移动

隧洞开挖引起的上覆岩石的位移,传统的预计模型能很好地对变形的最大值进行预计,但没有对岩石下沉过程进行研究分析。通过将隧洞开挖过程中上覆岩层移动模拟为随机过程,采用随机介质理论建立概率积分模型对隧洞开挖过程中岩石位移进行模拟分析,显示出隧洞开挖过程中岩石位移分层影响传递规律,并结合江苏某抽水蓄能电站实际观测数据,通过建立传统模型对概率积分模型的参数进行预测,模拟的岩石下沉过程对解释隧洞开挖过程中岩石移动具有一定的参考价值。

基于随机介质理论的软基沉降计算

在软基沉降计算问题研究中,结合一定范围内地质体接近于均质体的特征,考虑竖向排水这一特有的地基处理方式,基于已有的随机介质理论关于排水井引起周边沉降的计算模型,通过Gauss-Leg-endre积分求解得出由参数、排水体等效间距定义的单排水体沉降模型;考虑路基范围内地质体的均质性,引入各排水体线性叠加的方法,通过数学软件推出软基横断面沉降的叠加模型;结合有限个实测沉降通过最小二乘法反分析,最终求得路基横断面总体沉降线函数。通过工程应用,验证了模型的可靠性。为软基沉降计算提供了新的思路与方法。

无底柱分段崩落法崩矿步距优化方法及应用

无底柱分段崩落法崩矿步距的影响因素很多,一直以来没有得出较好的优化方法。根据随机介质放矿理论的研究成果,对北洺河铁矿2种崩矿步距出矿时的废石混入情况进行了跟班标定,结果表明:1.7m崩矿步距时,废石从正面流出;3.4m崩矿步距时,废石先从顶部出露,说明崩矿步距合理值位于两者之间。针对1.7,2,2.2m三种步距进行了工业试验,结果为2.2m崩矿步距时,矿石回收效果最好,在北洺河铁矿现有爆破参数条件下,推荐崩矿步距值为2.2m。

概率积分法的由来与研究进展

概率积分法起源于波兰,作为一种沉陷预计方法,在我国得到广泛应用,对于技术研究和工程应用起到了重要的作用。介绍了概率积分法的产生背景与研究进展,国内外对开采沉陷预测问题的研究方法以及今后的研究方向,具有一定的参考价值。

基于隧道施工诱发地表沉降随机介质理论预测模型的拓展

为了对隧道开挖过程中产生的地表位移变形大小有一个准确合理的预估,基于随机介质理论法推导了隧道不同断面形式下的非均匀收敛预测模型。利用实测沉降值,采用并行退火遗传算法对模型中主要参数识别的复杂非线性问题进行优化。依托西安地铁八号线区间隧道(电子城站—东仪路站)工程案例,对马蹄形隧道的预测模型进行验证,并采用MIDAS/GTSNX建立有限元模型,对提出的模型预测结果与数值计算值进行对比;通过穆陵关隧道左线进口地表实际监测值对圆形隧道的预测模型进行验证。结果表明:应用提出的预测模型时,该地区地质条件下马蹄形断面隧道中顶部收敛值与底部收敛值分别取26.14、7.28 mm,穆陵关隧道左线进口地表沉降预测结果与实际规律具有良好的一致性。