沉井下沉阻力离心模型试验研究

如何正确计算沉井的下沉阻力一直是沉井结构设计的难点,为了更加深入地研究沉井下沉阻力及其分布规律,通过离心机模型试验分别对4组不同埋深工况下的沉井进行了下沉模拟,对沉井侧壁土压力、刃脚斜面土压力、刃脚踏面土压力、沉井内外土面沉降进行了分析。研究结果表明：侧壁土压力随入土深度的增加呈先增大后减小的趋势,可采用分段函数形式对其大小及分布形式进行简化计算;刃脚斜面土压力呈三次多项式分布形式;随着刃脚入土深度的增加,刃脚斜面与踏面土阻力均显著增大,而单位投影宽度刃脚斜面与踏面土阻力比基本保持不变;沉井下沉会导致井外土面沉降,井内紧靠沉井内壁的土面沉降,离沉井内壁有一定距离的土面隆起。上述试验与分析成果可为理论研究与工程设计提供参考。     

水中超深大沉井施工期间侧压力现场监测研究

以目前世界规模最大沉井基础——沪通大桥29#沉井的施工为背景,对沉井整个施工过程开展现场监测试验,分析监测数据,得出朗肯静止土压力理论和规范算法与实测数据相比存在较大误差。采用折线分布推算也因侧压力影响因素较多,分布规律复杂,所得结果较差。再分别对沉井下沉和接高施工期间侧压力的大小和分布特性的影响因素进行研究,得出了侧压力在沉井下沉阶段和接高阶段的主要影响因素为沉井倾斜、沉井埋深、外井壁台阶设置和压力松弛影响范围。通过对比分析,对各种因素的产生原因和影响机制进行了说明。在消除沉井倾斜对水中超深大沉井侧压力影响后,确定了侧压力在沉井侧壁上沿深度的分布形式,并建立侧摩阻力计算模型。     

基于LightGBM的超大沉井下沉状态预测及传感器优化布置

沉井下沉状态预测及传感器优化布置有利于确保沉井安全平稳下沉、降低监测成本。基于机器学习中的LightGBM框架建立超大沉井下沉状态预测模型,利用沉井底部结构应力传感器监测数据,准确预测沉井下沉速度、横桥向高差和顺桥向高差,并通过传感器重要程度分析,提出可满足下沉状态预测精度的传感器优化布置方案。将提出的沉井下沉状态预测模型和传感器优化布置方法应用于常泰长江大桥主塔超大沉井下沉工程,结果表明：沉井下沉预测时,3个预测指标的R²均大于0.94,下沉状态预测精度高;对下沉状态预测较为重要的传感器主要集中在沉井外圈和横纵轴线附近区域;在满足下沉状态预测精度的条件下,传感器优化布置方案可减少传感器数量达45.5%。优化布置方案包含的传感器数量相同时,提出的优化布置方案在下沉状态预测精度方面整体优于基于特征变量相关性分析的优化布置方案。     

超大沉井基础取土下沉刃脚土压力变化规律研究

依托常泰长江大桥主塔沉井基础工程,采用三维有限元方法,模拟了大型沉井首次取土下沉阶段刃脚土压力的变化过程,并结合现场刃脚土压力实测数据,分析了沉井下沉工序对刃脚土压力分布的影响以及取土过程中刃脚土压力的变化规律。现场监测结果表明：刃脚实际土压力变化规律基本上佐证了数值模拟结果。井孔内取土导致取土区域沉井刃脚处土压力下降,取土区域刃脚土压力随取土厚度的增大而逐渐降低,土体压应力转移至尚未取土区域的刃脚处。在由内井孔向外井孔区域取土的过程中,刃脚土压力向外井孔刃脚区域转移,导致外井壁和外隔墙区域刃脚土压力逐渐增大,直至达到其极限承载力,外井壁区域土体进入塑性状态,沉井出现明显下沉。给出的沉井刃脚处土压力的变化规律可为同类大型沉井可控下沉提供指导。     

水中超深大沉井施工期间侧压力现场监测研究

以目前世界规模最大沉井基础—沪通大桥29#沉井的施工为背景,对沉井整个施工过程开展现场监测试验,分析监测数据,得出朗肯静止土压力理论和规范算法与实测数据相比存在较大误差。采用折线分布推算也因侧压力影响因素较多,分布规律复杂,所得结果较差。再分别对沉井下沉和接高施工期间侧压力的大小和分布特性的影响因素进行研究,得出了侧压力在沉井下沉阶段和接高阶段的主要影响因素为沉井倾斜、沉井埋深、外井壁台阶设置和压力松弛影响范围。通过对比分析,对各种因素的产生原因和影响机理进行了说明。在消除沉井倾斜对水中超深大沉井侧压力影响后,确定了侧压力在沉井侧壁上沿深度的分布形式,并建立侧摩阻力计算模型。     

水中超深大沉井施工期间侧压力现场监测研究

以目前世界规模最大沉井基础—沪通大桥29#沉井的施工为背景,对沉井整个施工过程开展现场监测试验,分析监测数据,得出朗肯静止土压力理论和规范算法与实测数据相比存在较大误差。采用折线分布推算也因侧压力影响因素较多,分布规律复杂,所得结果较差。再分别对沉井下沉和接高施工期间侧压力的大小和分布特性的影响因素进行研究,得出了侧压力在沉井下沉阶段和接高阶段的主要影响因素为沉井倾斜、沉井埋深、外井壁台阶设置和压力松弛影响范围。通过对比分析,对各种因素的产生原因和影响机理进行了说明。在消除沉井倾斜对水中超深大沉井侧压力影响后,确定了侧压力在沉井侧壁上沿深度的分布形式,并建立侧摩阻力计算模型。     

水中沉井下沉期间刃脚空间受力试验

以沪通大桥沉井为背景,设计完成了深水大截面沉井下沉模拟试验。模拟了沉井在水中不排水吸泥下沉的过程,并分析了沉井在下沉过程中刃脚踏面和斜面应力在空间上的分布规律,得出沉井角点处应力最大,长边中点处最小,短边平均应力大于长边的结论。以长边中点为基准应力,确定了长宽比为1.33时刃脚全截面的应力系数。刃脚斜面上应力除受空间位置影响外还与泥面高度相关,且变化规律与踏面应力相反。当泥面高度确定后,用三次函数确定其应力分布。讨论了倾斜、翻砂突沉对刃脚受力的影响,得出两者均会引起刃脚空间受力分布的改变。发现沉井翻砂和突沉前后刃脚踏面应力、斜面应力、刃脚处水力梯度均会发生明显的变化,且变化趋势均早于沉井翻砂和突沉的发生,对沉井翻砂和突沉的预警有重要意义。     

水中沉井下沉期间刃脚空间受力试验研究

本文以沪通大桥沉井为背景,设计完成了深水大截面沉井下沉模拟试验。通过模拟沉井在水中不排水吸泥下沉,分析了沉井在下沉过程中刃脚踏面和斜面应力在空间上的分布规律,得出沉井角点处应力最大,长边中点处最小,短边平均应力大于长边的结论。并以长边中点为基准应力,确定了长宽比为1.33时刃脚全截面的应力系数。刃脚斜面上应力除受空间位置影响外还与泥面高度相关,且变化规律与踏面应力相反,当泥面高度确定后,用三次函数确定其应力分布。同时,讨论了倾斜、翻砂突沉对刃脚受力的影响,得出两者均会引起刃脚空间受力分布的改变,对其原因进行了解释。并发现沉井翻砂突沉前后,刃脚踏面应力、斜面应力、刃脚处水力梯度均会发生明显的变化,且变化趋势均早于沉井翻砂突沉的发生,对沉井翻砂突沉的预警有重要意义。     

水中沉井下沉期间刃脚空间受力试验研究

本文以沪通大桥沉井为背景,设计完成了深水大截面沉井下沉模拟试验。通过模拟沉井在水中不排水吸泥下沉,分析了沉井在下沉过程中刃脚踏面和斜面应力在空间上的分布规律,得出沉井角点处应力最大,长边中点处最小,短边平均应力大于长边的结论。并以长边中点为基准应力,确定了长宽比为1.33时刃脚全截面的应力系数。刃脚斜面上应力除受空间位置影响外还与泥面高度相关,且变化规律与踏面应力相反,当泥面高度确定后,用三次函数确定其应力分布。同时,讨论了倾斜、翻砂突沉对刃脚受力的影响,得出两者均会引起刃脚空间受力分布的改变,对其原因进行了解释。并发现沉井翻砂突沉前后,刃脚踏面应力、斜面应力、刃脚处水力梯度均会发生明显的变化,且变化趋势均早于沉井翻砂突沉的发生,对沉井翻砂突沉的预警有重要意义。     

压入式沉井施工对环境影响的现场监测研究

结合工程实例,介绍软土中压入式沉井的施工技术并研究其对周边环境的影响。对沉井压沉过程中周边土体及管线的监测数据进行分析,结果表明：压沉施工能有效控制沉井的几何姿态,保持下沉速度稳定,但具有一定的挤土效应;沉井下沉初期挤土效应占主导地位,开挖效应随下沉深度的增加逐渐显著;土体水平位移和地表沉降均随沉井下沉深度H的增加而增大;地表沉降呈三角形分布,影响范围约为1.7H;土体分层沉降中,淤泥质粉质黏土的单位沉降量最大;管线沉降可控制在毫米级。基于对无量纲化地表沉降数据的拟合分析,提出了分别采用指数函数和二折线表示的压入式沉井周边地表沉降经验公式,并用工程实例验证了其合理性。     

沉井下沉过程刃脚的极限土阻力分析

考虑刃脚形状和切土深度,建立沉井下沉过程中极限土阻力的近似计算模型。基于Prandtl问题的滑移线场理论,建立考虑刃脚切土深度和刃脚形状的近似滑移线场,并导出平面应变和圆形沉井轴对称问题极限承载力系数的计算公式。对于平面应变问题,承载力系数Nγ等于两部分之和,即不考虑切土深度时刃脚踏面和考虑切土深度时刃脚内侧倾斜面对承载力的贡献,前者及其他两个承载力系数（黏聚力和超载项）与不考虑刃脚切土深度由Prandtl承载力机制所得的结果相同。刃脚的切土深度、踏面宽度和倾斜角是影响极限土阻力的重要因素,忽略刃脚切土深度及其范围内刃脚倾斜面与土的作用将导致极限土阻力的计算值明显偏小。分析结果表明,承载力系数随刃脚切土深度和刃脚倾斜角的增加而显著增大;若土体强度较高,刃脚倾斜角的大小对极限土阻力的影响更加显著。     

单桶负压下沉过程中土体与桶形基础的相互作用

从理论上分析了单桶负压下沉过程中土体与桶形基础的相互作用。建立了桶在下沉过程中力传递的微分方程式，求得了桶在自重下沉时所能达到的最大深度与桶体自重、所受垂直载荷、桶体几何要素、土体的力学参数以及桶-土之间的摩擦强度之间的关系。考虑了负压下沉过程中渗流的影响，确立了桶内土柱顶部所需压力与下沉深度之间的对应关系。     

沉井侧壁摩阻力室内试验研究

沉井侧壁摩阻力的大小和分布是沉井结构设计以及助沉方法选择的依据。目前,其计算方法带有较强的经验性,计算结果与实际情况往往存在较大差异。为了进一步认识和掌握其分布规律,研制了能够直接测量沉井侧壁阻力的微型摩阻力仪,并对其准确性、稳定性和可靠性进行了验证;然后,利用该仪器以及静态应变测试系统等电测设备开展沉井下沉阻力的模型试验。试验表明：随着入土深度的增加,沉井侧壁摩阻力的变化特征可分为3个阶段,在第1阶段,侧壁摩阻力随深度的增加接近线性增加;在第2阶段,随着深度的增加,侧壁摩阻力总体仍是上升的,但其上升速率则有所降低,在下沉一定深度后,摩阻力达到峰值;在第3阶段,侧壁摩阻力随入土深度的增加而逐渐减小。运用极限分析理论,对上述变化规律的原因进行了分析。上述试验及分析成果可作为现场原位测试数据的补充,两者共同为沉井下沉阶段的侧壁摩阻力计算研究提供基础数据支持。     

大型圆形沉井结构应力及其周边沉降计算

根据武汉鹦鹉洲长江大桥北锚碇大型圆形沉井结构特点与工程地质条件,结合施工现场沉降监测控制点的实测数据,采用大型有限元计算程序ADINA建立了三维计算模型,对沉井结构及其周围的地下连续防护墙进行了有限元分析,分析了沉井在下沉与封底过程中其结构自身的应力分布与变形情况,并探索了沉井在下沉过程中对周边邻近高层建筑与堤岸构筑物的影响。计算研究结果表明:沉井外围的地下连续防护墙主应力会随沉井的下沉而相应地增加,在沉井封底后其变形主要出现在上部和底部;而沉井在下沉过程中其结构底部的刃脚、十字隔墙、十字隔墙与环形井壁结合处均会出现较大拉应力;沉井的周边土体沉降量会随下沉深度而相应地增大。在沉井封底完成后测点的沉降理论计算值与实际监测值比较吻合,一般计算值较监测值稍小:二者的差值在邻近高层建筑的沉降控制测点为-1.22~-0.88 mm;而在附近的长江大堤处的关键测点为-1.27~0.64 mm。该计算模型对锚碇沉井下沉过程的沉降控制具有参考作用。     

静压桩沉桩过程中贯入机理理论研究进展

在静压桩的理论研究中,分析静压桩沉桩过程中贯入特性所面临的首要难题是明确静压桩贯入机理.本文以分析静压桩沉桩过程中贯入机理为基础,对静压桩沉桩的3种理论分析方法——圆孔扩张理论、应变路径法和有限元分析分别进行了总结与分析,指出了目前研究静压桩贯入机理所存在的不足,并提出了对贯入机理研究的若干建议与认识.建议在传统的圆孔...