基于极限分析上限法的地震作用下分层地基盾构隧道开挖面稳定性研究

目前针对盾构隧道开挖面稳定性的研究还较少考虑土体分层特性和地震作用的耦合影响,因此构建了一种在分层土体中考虑地震作用的开挖面三维对数螺旋破坏模型进行研究。首先,将地震引起的动态响应通过拟静力法简化为水平和竖直两个方向上的惯性力作用;其次,在均质土体中的三维对数螺旋破坏机制的基础上,将其改进为适用于分层土体的三维对数螺旋破坏机制;再次,根据上限定理,在虚功率方程中引入地震惯性力所做功率,得到考虑土体分层特性和地震作用条件下的盾构隧道开挖面支护力的上限解;最后,将上限理论解与三维数值模拟结果和既有模型试验结果进行对比,得到了较好的一致性。此外,针对水平地震加速度系数和地层厚度对关键物理特征进行了影响因素分析。结果表明,当比例系数ζ>0时,极限支护力随水平地震加速度系数的增大显著增大;当ζ<0时,极限支护力随水平地震加速度系数增大而增大的趋势减弱。当水平地震加速度系数kh=0时,即在无地震作用情况下,归一化极限支护力不随ζ的变化而变化;在上硬下软土层中,下部土层厚度比的增大会引起极限支护力的增大,在上软下硬土层中,下部土层厚度比的增大会引起极限支护力的减小。

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。

考虑地层损失的隔离桩对基坑旁侧盾构隧道变形保护研究

基坑的开挖卸载会导致旁侧既有盾构隧道出现变形破坏,工程中常在基坑与隧道之间设置隔离桩来保护既有隧道。为研究基坑开挖影响下隔离桩外既有隧道的水平位移规律,建立基坑、隔离桩、既有隧道的三维力学计算模型,考虑基坑开挖引起的地层损失,推导了基坑卸荷引起的附加应力计算公式,基于Kerr地基模型并对地基系数做出调整,得到隔离桩挠曲变形计算公式,建立隔离桩挠曲变形影响区,根据影响区的地层损失推导了既有隧道水平位移计算公式,同时进行了案例验证与影响因素分析,对隔离桩的“牵引作用”与“保护作用”在理论上做出了解释。研究结果表明:计算结果与工程实测数据及数值模拟结果相互吻合;设置隔离桩能够有效降低隧道水平位移,起到很好的保护作用;保护作用随着隔离桩桩长的增加而逐渐增加;桩长达到临界点后,隔离桩“牵引作用”产生,保护作用随桩长增加而减小;桩间距较小时保护效果较好;隔离桩设置靠近基坑一侧时保护效果明显优于设置在靠近隧道一侧。

轨道基础不均匀沉降监测与预测研究综述

受土体性质、周边施工、列车长期动力荷载作用等因素影响,轨道基础不均匀沉降问题时有发生,导致列车限速并加剧轨道结构损伤,给铁路和地铁运营造成重大安全隐患.因此,对轨道基础不均匀沉降开展监测或预测研究具有十分重要的意义.为及时监测及识别轨道基础不均匀沉降,国内外学者开展了大量研究,文中回顾了轨道基础不均匀沉降监测技术及相关的仪器设备,并综述了轨道基础不均匀沉降的预测识别方法,主要包括曲线拟合方法和智能预测方法.最后,在调研分析的基础上总结了现有研究的不足,并提出对未来研究的思考和建议.

基于统一解的重叠盾构隧道施工土体变形研究

针对重叠盾构隧道施工引起土体变形问题,综合考虑了土体损失、开挖面附加推力、盾构机侧壁摩擦力和注浆压力4种因素引起的土体变形。对于掘进过程中土体损失引起的土体变形,修正了统一土体移动模型三维解,考虑了掘进过程中土质条件对纵向土体变形的影响,采用叠加法得到由于土体损失产生的重叠隧道施工土体变形计算公式;对于开挖面附加推力、盾构机侧壁摩擦力和注浆压力3种因素引起的土体变形,采用Mindlin解进行计算,并根据重叠隧道计算模型将上下线的计算公式进行叠加,得到考虑以上3种因素产生土体变形的计算公式;将公式进行组合,最终推导出重叠盾构隧道施工过程中多重因素共同作用下土体变形的计算公式。结合工程案例对该方法进行验证,对比发现:修正后的三维统一解适用的土质条件范围更广,且预测值更为吻合;考虑多种因素比仅考虑土体损失的预测结果更贴合实测值,证明了该方法的可行性。

袖阀管注浆对盾构隧道抬升纠偏效果研究

为研究斜向袖阀管注浆对已发生沉降隧道的抬升纠偏效果和影响规律,利用土体体积膨胀来模拟注浆作用,基于随机介质理论和剪切错台与刚体转动协同变形模型,分别推导出了注浆引起的附加应力和隧道抬升纠偏量计算公式,并研究了不同注浆段长度、袖阀管倾斜角度和注浆段深度对隧道抬升纠偏量的影响规律。研究结果表明:由推导公式得到的规律与实测数据的规律一致,隧道中心最大抬升纠偏量仅差0.97 mm;斜向袖阀管注浆能减小上部隧道的沉降变形,中心最大纠偏量为17.83 mm,纠偏效果显著;注浆段越长,注浆纠偏效果越显著;袖阀管倾斜角度越小,纠偏效果就越显著;注浆段深度越小,越靠近隧道下方,纠偏效果就越显著。

偏高岭土对泡沫混凝土物理力学性能及微观结构的影响

为探究偏高岭土对泡沫混凝土的影响规律,配制干密度为600 kg/m^(3)的泡沫混凝土,通过偏高岭土取代水泥不同的质量分数(6%,12%,18%,24%,30%)来研究偏高岭土对泡沫混凝土的流动度、28天抗压抗折强度、吸水率和软化系数的影响,并采用X射线衍射和扫描电子显微镜研究偏高岭土掺量不同时物相组成、气孔结构和微观形貌结构的变化规律。试验及研究结果表明,偏高岭土能显著提高泡沫混凝土的抗压强度,对抗折强度、吸水率和软化系数都有适宜的掺量为12%,这些都能够由物相分析和微观形貌得到相互映照和改善机理的解释。微观结构分析表明,偏高岭土有着能提高密实度、改善孔隙结构等对泡沫混凝土的积极影响。

多分区基坑开挖及旁侧盾构隧道变形实测分析

为解决分区基坑开挖对旁侧盾构隧道扰动变形大,隧道变形控制困难的问题,为探究基坑分区开挖对邻近地铁隧道变形影响规律,分析分区施工的某基坑工程的监测数据以及邻近的地铁隧道道床沉降、水平位移以及水平收敛数据。分析基坑分区开挖对旁侧地铁隧道的影响,同时探究基坑变形与旁侧地铁隧道变形数据的联系。研究表明:1)邻近基坑的盾构隧道在基坑结构施工阶段的纵向变形发展大于基坑开挖阶段,结构施工期间增加的水平位移约是开挖阶段的3倍;2)基坑旁侧地铁隧道的纵向变形响应滞后于基坑侧壁变形60 d左右,而隧道水平收敛与基坑侧壁变形具有良好的一致性。

基于健康监测数据和贝叶斯网络的结构失效概率评估

基于健康监测数据和贝叶斯网络(BN),提出结构体系失效概率的实时评估方法,用于结构整体安全状态的动态评价.根据结构响应监测数据建立贝叶斯动态线性模型(BDLM),估计结构荷载效应的概率分布,同时结合结构抗力分布,计算构件的时变可靠指标;根据结构主要失效模式构建贝叶斯网络,以描述构件失效与结构整体失效间的依赖关系;通过贝叶斯网络的概率递推从构件可靠指标求得结构体系失效概率,实现结构整体安全状态的量化评估.利用三杆桁架模型的数值模拟数据和某单层网壳结构静力破坏试验过程的实测数据对该方法进行验证.结果表明,所提出的结构失效概率评估方法较好地量化了结构的安全状态,并成功预警了结构体系的破坏.

基于希尔伯特-黄变换的地铁整体道床局部脱空识别

为探讨一种基于车轨实时振动的地铁整体道床局部脱空的快速检测方法,通过对脱空发生前后的车轨敏感振动信号进行希尔伯特-黄变换(HHT),从变换谱中提取信息帮助识别整体道床局部脱空长度及起点位置。研究结果表明:1)车体、转向架和道床的竖向加速度对地铁整体道床局部脱空最为敏感;2)对这3种竖向加速度进行HHT变换后发现,道床竖向加速度的HHT变换谱难以直接判断整体道床局部脱空,而车体竖向加速度和转向架竖向加速度的HHT变换谱在局部脱空区域具有显著变化,可根据HHT变换谱的能量值变化幅度定性判断整体道床的局部脱空长度;3)当列车行驶到脱空区域,车体竖向加速度和转向架竖向加速度的HHT频率谱线将出现显著波动,结合列车速度以及脱空情况下HHT变换谱频率曲线极小值所对应的时刻,可判断出整体道床局部脱空的起点位置。

三维刚体弹簧元法在RC深梁抗剪性能尺寸效应评价中的应用

选取典型的钢筋混凝土(RC)深梁受剪试验,开发并运用三维刚体弹簧元法(3D RBSM)模拟了大尺寸截面深梁的受剪破坏过程,以及箍筋对深梁抗剪性能的影响。结果表明,3D RBSM不仅能够较准确地计算RC深梁的开裂荷载、名义抗剪强度以及箍筋的增强作用,而且能够模拟裂缝的开展以及构件的破坏。相比于有限元法,3D RBSM具有以下优势:大幅度提高了名义抗剪强度的计算精度,实现了散布裂缝模拟的可视化以及混凝土裂缝宽度的直观、定量评价;能够更好地捕捉峰值荷载后的软化行为。因此,3D RBSM为大尺寸截面深梁的受剪破坏模拟、明晰抗剪性能尺寸效应机理和完善大尺寸RC构件设计提供了有效研究手段。

加卸载状态下散粒体力链结构的复杂网络分析

岩土类散粒体在加卸载过程中会呈现出不可逆的力学行为,可从复杂网络参数演化角度分析散粒体加卸载细观机制。采用离散单元法,进行散粒体加载―卸载―再加载过程的三轴数值模拟,并分析了加卸载过程中散粒体的宏观应力-应变演化及其对应的不同强接触体系的复杂网络特征。研究表明:散粒体的应力-应变曲线在加卸载过程中形成“滞回环”,在微观配位数和聚类系数上亦表现出了不可逆行为;采用不同阈值划分不同加卸载状态的强弱接触体系,随着阈值的增大,各应力状态对应的细观结构差异减小;强接触体系的最大簇在特定阈值区间内达到贯穿边界的极限,其几何特征与拓扑特征反映了散粒体加卸载过程的不可逆变化。

考虑开挖宽度的基坑卸荷引起下卧盾构隧道变形计算

计算基坑坑底隆起变形对下卧盾构隧道纵向变形的影响,建立基坑开挖引起的土体位移计算模型。引入转动与错台变形协调盾构隧道模型,基于影像源法,推导得到基坑开挖引起的下卧盾构隧道的纵向变形计算公式。结合3个实际工程监测数据,对比B-W,B-P法,验证计算方法的正确性,并对基坑坑底最大隆起量、基坑开挖宽度、开挖深度、隧道埋深这4个影响因素进行分析。研究表明:下卧隧道最大隆起值和基坑坑底最大隆起值呈正相关规律;随着基坑开挖宽度的增加,隧道隆起大小以及范围相应的增加;隧道埋深和下卧隧道隆起值呈非线性递减规律;减少基坑坑底隆起变形和隧道轴线方向基坑开挖宽度能有效控制下卧隧道纵向变形。