沉井下沉时土压力和侧壁摩阻力分析

基于极限平衡状态和平面滑裂面假定,推导出单一非黏性土层中沉井下沉时的土压力和侧壁摩阻力计算公式,采用等效内摩擦角和等效自重应力的方法将其推广至成层黏性土层中,并与某工程实测数据进行了对比分析.结果表明,沉井土压力和侧壁摩阻力随着土体内摩擦角的增大而减少,随着土体与沉井壁的外摩擦角的增大而增大;滑裂面的滑裂角随着外摩擦角的增大而增大,随着内摩擦角的增大先减少后增大;理论推导的土压力接近实测土压力,且基本介于主动土压力与静止土压力之间;实际工程中,在预估侧壁摩阻力时,可以考虑12m深度以下保持不变.

新型静止侧压力系数试验仪的研制与应用

研制了一种新型静止侧压力系数试验仪,介绍了该仪器结构及工作原理。对干砂进行了试验,测定其静止侧压力系数,与传统的水囊式K_0固结仪试验结果进行了对比。分析了该试验仪的可能误差来源,主要包括加载过程中的试样侧向变形和试样与压力室筒壁之间的摩擦力,具体分析了试样侧向变形引起K_0值误差的大小,提出了摩擦力影响修正方法,充分论证了仪器的准确性和有效性。对某粗颗粒土进行了静止侧压力系数试验,测定了该土在加载及卸载条件下K_0随应力状态的变化,验证了仪器对粗颗粒土的适用性。该仪器结构简单,操作方便,结果准确,适用于包括粗颗粒土在内的各种土的K_0试验,克服了现有的静止侧压力系数试验仪不适用于粗颗粒土的缺陷,而且适用高应力范围。

沉井下沉侧壁摩阻力离心模型试验研究

沉井下沉过程中侧壁摩阻力的大小及分布是影响沉井能否顺利下沉的因素之一,为了更好地研究其特性,以沪通长江大桥主墩沉井基础为研究对象,基于离心模型试验对4组不同埋深情况下沉井下沉过程进行研究。结果表明:在一定的下沉深度范围内,沉井侧壁摩阻力随下沉深度的增加呈先增大后减小的趋势,且当入土深度为2/3倍沉井埋深时,沉井侧壁摩阻力达到极大值。在此基础上以分段函数的形式建立了沉井下沉侧壁摩阻力的计算模型,所得结论可为类似工程提供参考。

大型沉井基础侧壁摩阻力分布特性

为系统研究大型沉井基础下沉过程中侧摩阻力、阻力峰值位置分布、松弛高度与下沉系数的变化规律,以在建河北省怀来县官厅水库悬索桥北锚碇沉井基础为研究对象,现场测量锚碇下沉过程中的侧壁摩阻力分布,分析获得松弛高度与下沉系数变化,并将其与双折线模型、三折线模型、直线和双曲线组合模型结果进行对比.结果表明:随着入土深度的增加,侧壁摩阻力分布形式逐渐由直线形转化为先增大后减小的近似抛物线形;实测摩阻力峰值和所在位置均与入土深度二次相关,且增加速率逐渐增大,松弛区高度也随入土深度的增加逐渐增大且增加速率逐渐减小;锚碇下沉过程中总侧壁摩阻力逐渐增加,下沉系数逐渐减少并趋于稳定,总侧壁摩阻力与其他3种模型结果相差不超过20%,下沉系数相差不超过10%;入土深度较大时,双折线模型计算得到的钢板应力最小,下沉到位大锅底时为14.39 MPa,三折线模型计算得到的钢板应力最大,下沉到位大锅底时为17.76 MPa.

用双桥静力触探计算粘性土承载力的经验公式

通过双桥静力触探资料与钻探资料的对比,提出了侧壁阻力与一般粘性土的塑性指数及液性指数的关系,在此基础上,统计出利用双桥静力触探资料确定一般粘性土承载力的经验公式.

考虑侧壁摩擦的采场矿沟顺序填埋计算分析

为研究矿沟施工顺序及应力状态对采场填埋设计的影响,考虑实际两次填埋过程中矿沟下部填埋料所形成的较高黏聚力和矿石侧壁对填埋体所产生的竖向摩擦力的综合影响,对假定一次填埋完成的经典Mitchell解答进行修正,获得了填埋料所需黏聚力和填埋体安全系数的解析新表达式,并结合工程算例探讨了矿沟深度与侧壁摩擦角的影响特性。研究结果表明:下部填埋料的较高黏聚力能降低上部填埋料所需的黏聚力,这有利于降低填埋成本;矿沟深度对填埋计算的影响显著,填埋料所需黏聚力随侧壁摩擦角的增加而减小,而填埋体安全系数随侧壁摩擦角的增加而增大。本文结果可为矿沟填埋优化设计提供有益的参考。

基于VSM沉井施工过程的井壁受力实测研究——以南京沉井式地下智能停车库工程为例

VSM(垂直竖井掘进机)工法具有自动化程度高、施工速度快和施工占用场地小等技术优势,是一种适合在建筑密集区间建造竖井的新型工法。然而,VSM沉井施工过程中所受外荷载、沉井结构响应等施工力学行为尚不清晰,为探究VSM沉井井壁在施工过程中的受力和结构响应规律,通过对施工过程中井壁所受外部水土荷载、结构主筋应力和管片环间压力等进行监测,获取VSM沉井井壁所受的荷载作用和结构响应规律。研究结果表明:1)下沉过程中,竖井所受侧壁压力为膨润土泥浆压力;2)泥浆套助沉条件下侧壁摩阻力值极小,与膨润土泥浆剪切强度接近;3)铣挖下沉阶段,管片在内水压作用下有向外扩张的趋势特征;4)排浆固壁成井阶段,沉井井壁结构的环向、竖向均呈现压紧响应特征。

堆石料微侧壁摩擦力固结仪的研制与应用

固结仪是研究堆石料长期变形特性最常用的仪器之一,但其应用受到侧壁摩擦力的限制。针对此问题,研制了一种加载稳定、可测量侧壁摩擦力的新型固结仪,介绍了该仪器的结构和工作原理。采用由互不接触的尼龙片组成衬垫贴于固结仪内壁的方法减小侧壁摩擦力。对风干堆石料进行固结试验,系统研究比较了衬垫层数为1~3层和厚度分别为0.3和0.5 mm时该方法的效果。试验结果表明,3层0.5 mm衬垫的效果最优;与无衬垫时相比,该方法下试样侧壁摩擦力平均下降91%,竖向应变是无衬垫时的1.2~1.8倍。将容器内壁覆盖3层0.5 mm衬垫作为减小侧壁摩擦力方法,对风干堆石料分别进行了使用该方法和无衬垫条件下的流变试验。结果表明,微侧壁摩擦力条件下试验结束时试样的竖向应变和次固结系数分别是无衬垫时的2.0和2.2倍。该仪器有效解决了侧壁摩擦力问题,提高了长期变形试验结果的可信性。

细长薄壁顶管顶进力分布特征——以拱北隧道为例

基于理论力学刚体平衡得到的顶管顶推力计算公式忽略了顶进过程中顶管自身变形对顶进力的影响,不适用于细长薄壁顶管顶进力的估算。细长薄壁钢管截面刚度小,顶管变形影响管-土接触范围的法向应力分布,进而影响顶管的侧摩阻力和顶进力。通过建立细长薄壁顶管顶进力估算的位移控制有限单元分析模型,得到考虑顶管形变、接触范围、接触面侧摩擦系数、接触面法向应力的顶进力拟合公式;并且得到不同条件下的顶进力与顶进距离的函数关系。基于位移控制有限单元分析模型的顶管顶进力估算精度高,在细长薄壁顶管顶进力估算过程中更有优势。

不排水下沉施工技术在市政沉井工程中的应用

为解决软弱地层中高地下水位的市政工程沉井施工力学性能问题,以某市政工程污水处理厂主干管网过河顶管工程沉井施工为研究对象,针对不排水条件下市政工程沉井施工工艺,以现场监测为主要手段,观测沉井下沉过程中的侧壁摩阻力和土压力变化过程。研究成果可为厚层软弱土层中高地下水位的市政工程沉井施工提供参考。

黏土-砂交互地层沉井下沉阻力研究

为明确交互地层中沉井下沉阻力特征,以常泰长江大桥6号墩沉井基础为背景,基于实测数据对黏土-砂交互式地层中大型沉井下沉过程中的刃脚踏面反力、侧壁压力及侧摩阻力的大小与分布规律进行研究。结果表明:沉井下沉阻力集中在外圈井壁,外圈井壁刃脚踏面反力与踏面埋置深度的相关性较高,且受沉井自重的影响显著,因下部粉质黏土层与粉砂、细砂层的极限承载力相当,随沉井底口由砂土层进入粉质黏土层,外圈井壁刃脚踏面反力均值并无显著变化;在第2次浇筑井壁混凝土阶段,沉井底面位于粉砂、细砂层与下部粉质黏土层分界面,随着沉井自重增大,砂土层内的刃脚踏面反力显著增加,粉质黏土层内的刃脚踏面反力因受土层的超孔隙水压力消散的影响反而有所减小;刃脚踏面由砂层进入粉质黏土层后,位于砂土层内的沉井侧壁压力及下沉侧摩阻力显著增大。

不同壁厚的大直径管桩承载性能数值分析

利用FLAD3D对大直径管桩在竖向荷载作用下的承载性能进行分析,对不同壁厚的管桩竖向承载力性能进行对比分析,得到了不同壁厚管桩的荷载沉降曲线。结果表明:大直径管桩的沉降曲线为陡降型曲线,壁厚越大承载性能越好,对桩顶进行分级加载来分析桩的受力变化和桩周土体的变化,管桩桩身轴力由上而下逐渐衰减,研究结论为实际工程大直径管桩的设计提供参考。

探讨重力式挡土墙设计理论及方法

结合重力式挡土墙在高速公路中的广泛应用,针对重力式挡土墙设计理论及方法中某些不合理问题,对其基底摩擦系数的取值、抗倾覆稳定系数计算及土压力理论计算进行了探讨,以完善重力式挡土墙的设计方法。

软土地层大直径曲线顶管隧道受力特性

为研究软土地层中大直径曲线顶管隧道受力特征,采用现场实测方法,对软土地层大直径曲线顶管的管壁接触压力、环向和纵向钢筋应力进行测试,并与已有文献研究进行对比分析。结果表明:顶管接触压力整体分布均匀,注浆对管壁接触压力影响较大,停机后接触压力略有减小;环向应力初期以受压为主,顶进后期逐渐转为受拉,整体分布特征不明显,纵向应力以拉应力为主,其变化主要由管道轴线偏移控制;管壁注浆后减阻效果明显,顶力与管侧平均摩阻力均显著降低。对土压力分布模式展开分析,发现顶管规范公式偏于保守;土柱理论由于未考虑卸荷拱效应,所得理论值较实测值偏大;太沙基理论与马斯顿理论与实际情况吻合较好。该研究结论可为实际工程提供参考。

考虑侧壁摩擦的埋置结构扰动沉降计算方法研究

大体积地下埋置结构除承受下部地基支撑外,侧壁与土体的大面积接触将产生显著的摩擦效应,由此导致的结构附加变位有待重点关注.以外部施工扰动引起的地层及其内部既有结构物沉降为研究目标,在考虑埋置结构伴随下部地层出现下沉的基础上,观察侧壁摩擦对结构沉降的影响,从而得到更为精确的大体积结构物竖向扰动变位计算结果.借助盾构隧道下穿地下行车通道开挖这一典型工程案例,首先基于Pasternak地基模型并结合两阶段分析方法,建立通道结构在开挖扰动作用下的力学平衡方程,进而在结构侧壁与土体间引入Clough-Duncan双曲线模型,进一步建立在结构-地层竖向摩擦作用下的荷载平衡公式,描述摩擦力对行车通道沉降的附加效果,并利用有限差分方法对方程进行循环迭代求解,最后通过实际工程案例验证该计算方法的适用性.结果表明,盾构隧道下穿开挖扰动带来埋置结构与两侧地层不同程度的沉降变形,由此形成的行车通道与侧面土体沉降差在结构侧壁产生显著的剪切应力,通道侧壁与土体较大的接触面积使地层沉降带动结构物继续下沉,软弱土地层中摩擦力对应的计算结果增量高达30%以上.因此,对于大体积地下埋置结构而言,由侧壁摩擦导致的结构竖向附加变位不可忽略.

侧向预压增量法解析土压力

随着基坑分层挖深,在侧壁土体自重作用下,土楔体滑移斜面会处于主动极限平衡状态(向下滑移)。在此状态下由锚杆或支顶对侧壁施加的预压力传至土楔体滑移面上,在土粒间产生的压应力、剪应力、摩阻抗剪强度增量能平衡阻止斜面向下滑动。当继续挖深可使其再处于上述状态。基于这一概念结合莫尔作用应力及库仑强度理论推证导出:抗剪应力强度增量与主应力增量之间函数式,再归并导得:大小主压应力增量相关公式。给出基坑挖深土楔体内应力分布图,建立侧向预压力与基坑顶面竖向荷载作用下基坑侧壁直立深度解析公式,它可适用于土工试验广义折线性强度理论,并绘以应力圆剪切包线几何图式,给出非线性内力分析方法。与当前土压力作用模式对比可明显增加基坑挖深。