基坑开挖对邻近隧道影响的耦合分析方法

为了更合理和快捷地评估基坑施工对邻近已建地铁隧道的影响,将隧道视为弹性的地下连续梁来分析隧道本身的受力和变形,推导了隧道与周围土体相互作用的有限元耦合平衡方程,并引入弹性半空间层状模型来分析基坑卸载对土体和隧道变形性能的影响,建立了层状地基中基坑开挖对邻近隧道影响的耦合分析方法;然后,将提出方法与两阶段方法进行了算例对比,并结合离心机试验结果和工程实测数据进行了验证。研究发现,与两阶段方法相比,耦合方法在能反映出非均质层状地基土体的应力和应变集中(或扩散)现象,不仅具有更好的计算精度,而且减少了计算参数的数量;提出方法的理论计算值与离心试验结果基本一致,与工程实测变形数据基本吻合,验证了方法的有效性;通过工程实际应用得出的一些有益结论可为合理制定城市基坑施工对邻近隧道影响的保护措施提供一定的理论依据。     

邻近开挖对既有软土隧道的影响

采用两阶段分析方法,提出了邻近开挖对既有软土隧道纵向受力变形影响的简化计算方法。针对软土隧道开挖情况,第1阶段采用Loganathan和Poulos提出的解析解计算开挖引起的土体自由位移场;针对基坑开挖情况,第1阶段根据Mindlin理论解计算邻近荷载作用引起隧道的附加应力;第2阶段基于Winkler地基模型将既有隧道视为弹性地基无限长梁,将土体自由位移或附加应力施加于隧道,并建立求解该问题的纵向变形方程,从而得到隧道纵向位移和内力的计算表达式。结合离心模型试验结果和工程实例进行分析,验证了方法的有效性。研究成果可为合理制定邻近施工对软土隧道的保护措施提供依据。     

层状地基中地铁施工垂直穿越既有管道变形分析:耦合方法与两阶段方法对比

地铁施工引起的临近既有管道变形是城市轨道交通建设中较为关心的施工问题。目前,针对该领域的研究一般假定地基土体均质,而没有考虑地基的自然成层性,此外大多没有考虑既有管道变形与土体自由位移场相互作用的耦合效应。为此,基于弹性层状半空间地基模型,针对隧道开挖边界引入非均匀收敛变形径向土体位移移动模式,提出了层状地基中地铁施工垂直穿越既有管道变形的耦合分析方法和两阶段分析方法,并进行了算例对比和参数分析。结果表明:耦合方法在分析非均质层状地基时具有较好的计算精度,其精度要高于基于Loganathan和Poulos公式的两阶段方法;同时,地基土体的成层性对既有地下构筑物的变形性能具有较大影响。研究成果可为合理制定城市地铁施工对周围环境影响的保护措施提供一定的理论依据。     

考虑动态因素的深基坑开挖反演分析及预测

以弹性地基梁法为基础,运用动态施工反演分析的思想,即在常规的反分析过程中引入隧步开挖和隧道支撑的动态施工因素,反算反映基坑土体性态的m值,以求仿真模拟深基坑工程实际施工情况,进而为下一工况的变形预报提供可靠保证。最后通过一个工程实例的计算值与实测值对比分析,验证了该法在基坑支护结构设计和施工过程中是合理可行性的。     

基坑开挖对临近地铁隧道影响的两阶段分析方法

城市高层建筑施工中进行基坑开挖必然引起周围地层移动,从而造成临近地铁隧道纵向不均匀沉降,最终对地铁正常运营产生严重影响。针对目前该领域存在的三维有限元建模复杂及计算耗时的缺点,考虑基坑开挖引起的坑底和四周坑壁土体同时卸荷产生的影响,提出了基坑开挖对临近地铁隧道纵向变形影响的两阶段分析方法。首先计算基坑开挖作用在地铁隧道上的附加荷载,然后基于Winkler地基模型建立地铁隧道纵向变形影响的基本微分方程,根据Galerkin方法将该方程转换为一维有限元方程进行计算,同时研究了不同隧道埋深、距离基坑开挖现场远近、不同地基土质和不同隧道外径等因素对隧道纵向变形的影响。结合大型三维有限元数值模拟以及现场实测数据将计算结果进行了对比,得到较好的一致性。成果可为合理制定基坑开挖对临近地铁隧道的保护措施提供一定的理论依据     

基坑全过程开挖及邻近地铁隧道变形实测分析

根据邻近已运营地铁隧道的基坑工程监测数据,对基坑开挖全阶段施工过程的深层土体侧向位移与邻近地铁隧道变形之间的规律展开研究,探讨基坑开挖的施工危险节点与重点影响区域。研究发现,基坑开挖前期围护结构施工和降水均对地层和邻近地铁产生了不容忽视的初始位移影响,围护结构长时间无支撑暴露是基坑侧移快速增长的危险时段;基坑开挖具有空间效应,中部侧向变形要大于边角,且单向开挖易造成后挖区土体的位移场和应力场叠加,引起邻近隧道的最大变形向后挖区偏移;基坑开挖深度与邻近地铁埋深相近时,隧道结构产生显著的水平位移和“横鸭蛋”式收敛变形,竖向位移波动不大;深层土体侧移曲线表现为“阶梯鼓肚形”,土体最大水平位移与隧道变形在小范围内呈线性关系,但随着侧移量的增大,隧道变形发生偏离拟合曲线的超线性增长,在工程中应值得关注。     

深基坑支护结构分析的共同变形法

在分析基坑工程通用弹性地基梁法优缺点的基础上,建立了考虑结构变形与土体相互作用的共同变形法计算模型及分析程序。通过分析及计算比较认为,运用共同变形法计算时,可采用与通用弹性地基梁法相同的地基反力系数,文中讨论了土体水平地基反力系数的取值方法对计算结果的影响。研究表明,共同变形法在实践中是可行的并较通用弹性地基梁法更合理。     

黏弹性地基中基坑开挖对邻近桩基变形影响的时域解

目前就软土基坑开挖卸荷对邻近桩基变形影响的研究一般是基于瞬时开挖工况,很少考虑时间效应对桩-土相互作用的影响,但实际工程中软土在开挖情况下具有较为明显的流变效应。从地基黏弹性角度出发,采用两阶段法研究了黏弹性地基中基坑开挖与邻近桩基相互作用的时域问题。第1阶段基于Boltzmann黏弹性模型推导出Mindlin时域解,用于分析黏弹性地基中基坑开挖引起的邻近桩基处的土体附加应力;第2阶段采用Pasternak地基模型分析桩基与黏弹性土体之间的相互作用,并求得考虑流变效应的桩基水平变形的简化时域解。最后,采用大型有限差分软件对相关工况进行数值模拟,并将数值模拟结果与简化时域解进行对比分析,得到了较好的一致性。此外,也针对Boltzmann黏弹性模型参数(体积模量、剪切模量、黏性系数)、桩径、基坑开挖深度、桩与基坑间距和基坑开挖尺寸进行了影响因素分析。分析结果表明,所得出的简化时域解能较好地反映基坑开挖对邻近桩基水平变形的影响,以及桩基变形随时间的发展趋势,可为相关实际工程提供一定理论依据。     

基于影像源法的基坑开挖对邻近单桩影响简化分析

邻近建筑物进行基坑开挖会使桩基产生附加变形和内力,降低其承载能力,如果桩基变形过大会威胁到上部结构的安全。针对该领域目前存在的三维有限元数值模拟法建模复杂且计算耗时的现状,同时为了充分利用基坑围护位移较易通过现场监测技术获取的优势,提出了基于影像源法的基坑开挖引起邻近单桩变形影响的两阶段简化分析方法。同时,引入了Kerr地基模型,并针对Winkler地基模型进行改进,弥补了Winkler地基不能考虑土体连续性的缺陷。在第1阶段基于影像源法,由基坑围护变形计算基坑开挖引起的土体水平自由场位移;第2阶段分别基于Winkler和Kerr地基模型,将土体自由场位移施加于桩基,建立桩基在被动位移扰动下的微分控制方程,得到基坑开挖对邻近桩基影响的简化解析解,包括基坑开挖引起桩基的水平位移、弯矩和剪力等。将计算结果与既有理论结果、监测数据以及三维有限元数值模拟结果进行对比,取得了较好的一致性,其中基于Kerr地基模型的简化解比基于Winkler地基模型的简化解更为精确。该简化方法可为有效分析基坑开挖对邻近桩基的变形影响提供一定理论依据。     

地铁盾构隧道近距离上穿既有线路纵向变形计算方法

针对新建地铁盾构隧道近距离上穿施工引发运营地铁线路不均匀变形问题,将既有线盾构管片视为一系列位于Pasternak基础上由拉伸弹簧、压缩弹簧和剪切弹簧连接的弹性地基短梁,考虑了管片间转动效应和剪切效应以及管片与土体相互作用,建立了基于Mindlin理论的新建盾构隧道施工引起的附加应力以及基于最小势能原理的既有隧道纵向变形的计算方法。结合实测数据与已有方法对比,验证了方法的适用性,并根据工程实例,采用该方法对影响纵向变形的管片连接、土体力学参数、新线与既有线相对位置参数及加固效果进行了分析。结果表明：新建隧道施工至上穿部位时摩擦力f和注浆压力p对既有隧道变形影响较大,穿越既有隧道后纵向变形主要受卸荷附加应力F影响;随着管片间剪切刚度ks、抗拉刚度k T增大,既有线路隆起变形减小,其中ks影响相对较大,工程中可从增强ks和kT的角度控制隧道变形;环形支撑加固措施能有效控制既有线纵向变形,且环间距1.5 m、交叉点左右各3～5环可取得良好效果。     

地质实验室绘制标准曲线的数学模拟法

本文讨论了一种新的绘制标准曲线方法——数学模拟法。该方法不仅具有作图法的度和实验意义,而且还有线性回归法的数学意义。     

黄土路基沉降曲线特征分析

在分析郑西客运专线试验段路基沉降实测资料的基础上,提出沉降变形常规预测方法受观测时间及单次观测结果的影响比较大,不利于用来预测最终沉降。通过分析现场沉降变形与时间关系曲线,提出路基沉降的发展主要受固结的影响,其发展是一个从沉降增加到趋缓的过程,可以明显分为固结变形及流变变形,并用非饱和土等效固结理论加以解释,提出了一种利用s- 曲线特征预测最终沉降量的方法,经检验对比发现其预测结果受观测时间及单次观测结果的影响比较小,优于其它常规预测方法     

地应力主要测试和估算方法回顾与展望

随着人类对深部矿产资源和能源材料的需求量持续增长,深部开采问题必将成为工程界所面临的重大问题,而地应力参数的准确确定是有效解决该重大问题的基础工作之一。文章总结了目前在能源和资源开采中使用较为广泛的26种地应力测试方法,并对这些方法的基本力学原理、发展史作了简要介绍。这26种方法按照数据源途径可以分为5大类,分别为基于岩芯的方法、基于钻孔的方法、地质学方法、地球物理学方法以及基于地下空间的方法。这些方法依据满足工作需要的角度又可以分为主动法和现象分析法,对于社会基础设施建设、深部能源和资源开发,主动法的适用范围更广。不同的方法所反应的应力信息是不同的,相对而言建立在大体量岩体上的方法对于分析区域应力场更为可靠。最后文章对未来的应力测量与估算的发展远景进行了展望。     

滑(边)坡稳定性计算分析中的滑坡推力计算方法

滑坡推力计算一直是边坡稳定性分析、防护加固设计及滑坡治理抗滑工程设计中的核心问题。根据抗滑支挡工程结构与被加固滑坡体的力学关系,滑坡推力计算方法可概括为分离法、虚力法及结构与岩土数值耦合法。不同的计算方法得到的滑坡推力值有差异。用以上3种方法对拟设桩结构物的内力进行计算,对比分析发现,分离法及虚力法最终均需对桩侧滑坡推力分布形式进行假定,假定分布形式不同所得内力不同;数值耦合法可直接得到桩侧应力分布形式,且考虑了桩与岩土的偶合效应,计算结果较为合理,有必要进一步分析研究与推广应用。     

岩土工程半解析半数值方法若干进展

总结了笔者等近年来有关岩土工程半数值半解析方法方面的研究进展,重点介绍了有限层方法、析解法、等积变换法、广义剪切位移法、广义荷载传递函数法等5个方面,充分显示了半数值半解析方法良好的应用前景。     

两种新的沉降推算方法

公路、铁路等工程中通常利用实测沉降资料推算最终沉降,双曲线是最常用的一种沉降推算方法。工程实践表明,常规双曲线法即增量双曲线法推算沉降往往小于实际沉降,且需要较长时间的沉降资料。依托大量监测工程,在增量双曲线法的基础上,提出了全量双曲线法和TS双曲线法。工程实践表明,这两种新的双曲线法推算沉降与增量双曲线法推算沉降基本相同,可用于较短预压时间的沉降推算。     

饱和水流溶质运移问题数值解法综述

本文总结了饱和水流中溶质运移方程求解的各种数值方法，分析各种方法的本质特征以及各自的优缺点，并指出了求解对流—弥散方程的各种数值方法的研究进展和值得重视的问题。研究结果表明，自适应欧拉—拉格朗日法(EM)是溶质运移问题中，求解对流—弥散方程是比较有发展潜力的方法之一。以MMOC法为基础在陡峰值高价插值和其它区域低价插值相结合的ELM法，将是未来发展的趋势。而寻求非规则网格上高精度的空间单元插值模式，已开始成为求解对流问题数值方法研究的重点和关键问题。     

长波微动法及其新进展

本文在简要介绍长波微动法之后,着重报告本方法在方法研究和应用研究方面的新进展。     

二维大地电磁正演中的无网格算法

无网格法是近几年来发展的一种新的基于变分原理的数值计算方法,由于在计算形函数中不需要划分网格.在力学、电磁学等领域得到了广泛的研究.基于无网格法在大地电磁勘探正演中的应用进行了研究,首先对无网格法的基本原理进行了阐述,并利用广义变分原理推导出了相应的离散方程,编制了相应的程序,最后通过两个理论模型的计算结果检验了算法的正确性.