挡墙水平变位诱发地表沉降的显式解析解

将基坑看作平面应变边值问题,借助挡墙刚性平移诱发地表沉降的基本解析解,利用微积分思想,推导得到挡墙刚性变位和柔性变位下的地表沉降显式解析解。其中,在挡墙刚性平移影响范围无穷大时,显示解析解与基本解析解形式一致。通过与挡墙刚性平移解析解和绕墙趾转动、绕墙顶转动、三角形变位、抛物线柔性变位模式等几种已有的积分形式解析解作对比,验证了显式解析解的正确性。将显式解析解应用于实际工程,通过与实测数据对比分析,对解析解的适用范围进行了探讨。当围护结构水平位移较小时,显式解析解可较好地预测墙后地表沉降;当围护结构水平位移较大时,由显式解析解计算得到的墙后地表沉降归一化曲线可偏安全地估计墙后地表沉降,说明了该显式解析解的工程实用性。     

基坑挡墙变位诱发地表沉陷的模型试验研究

针对刚性挡墙不同变位模式,对基坑开挖过程中地表沉陷规律进行模型试验研究。开展的模型试验分别模拟了挡墙在平移（T模式）、绕墙趾转动（RB模式）和绕墙顶转动（RT模式）3种基本刚性变位模式下诱发的墙后地表沉陷,得到了土体沉陷曲线的分布规律。结果表明,挡墙平移时,墙后地表沉降呈勺型分布,最大沉降紧靠墙背处;挡墙绕墙趾转动时,墙后地表沉降近似呈三角形分布,最大沉降紧靠墙背处;挡墙绕墙顶转动时,墙后地表沉降近似呈抛物线分布,最大沉降位于距墙背一定距离的位置处。挡墙变位距离相同时,对于绕墙趾和绕墙顶转动模式,墙后土体沉陷的面积基本相等,两者沉陷面积之和近似等于平移模式的土体沉陷面积,另外,挡墙变位面积与墙后土体沉陷面积也近乎一致。将试验观察的沉陷曲线与既有的解析解作了对比分析,验证了二者的一致性。     

任意柔性挡墙变位诱发地表沉降的解析理论预测

将任意挡墙水平变位模式分解为抛物线柔性模式和梯形刚性模式,并通过求解平面应变方程,得到挡墙在抛物线柔性变位模式下的理论解,给出地表土体的沉降曲线,分析土体沉降规律,同时将理论解应用于工程案例分析,通过与4个基坑开挖实例沉降归一化曲线的对比,分析解的适用性。结果显示,当挡墙发生抛物线变位模式时,地表沉降整体规律为向下凹槽型,最大沉降发生在距离墙背一定距离处,与实际情况相符。理论解形式表明,最终的表达式与弹性参量无关;归一化的沉降曲线显示,理论预测的最大沉降位置与实测值接近,且土体沉降模式与实测结果一致,说明理论解是合理的。     

基坑开挖诱发周围土体水平移动的解析解

基于位移-位移平面应变边值问题,从理论上求解基坑挡墙水平变位诱发墙后周围土体水平移动。通过镜像映射法求得了挡墙平移与绕墙趾转动等两种基本刚性挡墙位移模式下墙后周围土体水平移动的精确理论解;在土体不可压缩的特定条件下,将该理论解与经典的汇-源理论解进行了对比验证。理论分析表明,周围土体水平移动主要取决于挡墙位移模式及位移大小,与地基土的变形模量无关。针对不可压缩土体,对比该精确解与汇-源理论近似解的理论预测发现,两种理论方法求得的周围土体水平移动规律一致,但在挡墙最大变位处相邻范围内,汇-源理论求得的土体水平位移偏小,在挡墙变位较小处相邻范围内,汇-源理论求得的土体水平位移偏大。     

盐穴地下储库地表沉降的黏弹模型及应用

盐穴地下油气储库在长期运行过程中的地表沉降预测是储库安全评价的重要内容,目前尚无成熟的基于力学理论的解析模型。将盐穴储库地表沉降问题近似为半无限空间内球型空洞受力收缩导致的边界位移问题,利用弹性无限域内球型空洞受力收缩的球对称位移解,运用叠加原理,推导得到半无限空间球型空洞在一定内压作用下引起的地表沉降的弹性积分形式解析解。然后运用对应原理,将体积变形视为弹性,畸变视为Maxwell黏弹性,对地表沉降弹性解析解进行拉普拉斯变换,得到时空域上的地表沉降的黏弹性积分形式解析解。通过与数值模拟结果的比对,验证了文中弹性模型的准确性。最后将沉降预测黏弹模型运用于某盐穴储库地表沉降的预测分析,并与该储库现场沉降观测数据进行对比,分析表明,新模型能够很好地预测盐穴储库地表沉降及发展趋势,该模型为储库地表沉降预测提供了一套新的基于力学理论的方法。     

不同变位模式下无黏性土非极限被动土压力计算分析

假定内摩擦角与位移呈非线性关系,采用所提出的土压力计算理论,结合室内模型试验结果,对墙体的平移（T模式）、绕墙体底采点转动（RBT模式）、绕墙顶采点转动（RTT模式）变位模式下考虑位移的被动土压力进行计算分析,分析表明：计算结果在土压力强度沿墙高度上的分布、土压力合力大小以及合力作用点位置均与实测值较为吻合,从而表明：（1）用该计算理论公式计算不同变位模式下被动土压力是可行的。（2）从土压力强度的计算值和实测值吻合情况来看：RBT变位模式下计算值与实测值符合最好,T变位模式下次之,RTT变位模式下相对最差。（3）从达到朗肯被动土压力合力所需位移量来看：T变位模式下最小,RTT变位模式下次之,RBT变位模式下相对最大。（4）土压力合力作用点位置：T变位模式下在离墙底1/3高度处,RBT模式下均位于离墙底1/3高度以上,RTT模式下均位于离墙底1/3高度以下,并且RBT和RTT模式下均随着转动点至挡土墙最近端点的距离与墙高的比值n的增大逐渐向T变位模式下的合力作用点位置靠拢（即离墙底1/3高度处）,这一观点与事实情况完全相符。     

盾构隧道施工引起地表下土体变位的分析评估

目前对盾构隧道施工引起的地表下土体变位进行预测分析的研究还相对较少,尤其是缺乏简单实用的工程估算方法。在深埋隧道周围土体弹性位移计算方法及盾构间隙参数研究成果的基础上,通过相应的分析和假设提出了一种预测盾构隧道施工引起地表下土体水平变位的简便估算方法。另外,在已有研究成果基础上,提出了一种新的盾构隧道沉降槽的描述方法,并结合Mair等提出的计算公式对盾构隧道施工引起的地表下土体沉降变位进行预测。通过与有限元计算结果及一些典型盾构隧道监测数据的对比分析,证明提出的估算方法能够较好地预测实际工程中盾构隧道施工引起的地表下土体的变位情况。     

上海长江隧道过民房段地表变位预测及控制研究

复杂环境条件下大型泥水盾构施工诱发的地表变位的预测与控制是亟待深入研究的重要课题。结合上海长江隧道超大型泥水盾构推进工程,对其上行线隧道穿越民房段前试验段的地表沉降监测数据进行了分析,并采用随机介质理论预测了2条隧道单独及共同施工引起的横向地表变形和位移,据以制定了民房段施工地表变位控制措施。实例分析证明,预测方法和控制措施具有科学性、有效性,有一定的实用价值。     

建筑物超载对深基坑周边地表沉降影响分析

结合理论推导和对工程实测数据的整理分析,对天然场地和存在邻近建筑物时2种情况下的墙后地表沉降形态进行了对比分析,采用上海软土地区墙后地表沉降经验公式,对存在建筑物超载情况下的地表沉降曲线进行了良好的拟合,直观地表示出地表沉降槽的大小及形状、墙后最大沉降点的位置等。结果表明,邻近建筑物的存在能显著改变天然场地的地表沉降曲线形态,是否考虑建筑物存在的影响,将影响到对基坑及周边环境安全状态进行正确的评价和预测。     

软土地层矩形顶管掘进引起地表隆沉变形分析

准确预测并及时控制软土地层矩形顶管掘进过程中引起的地表隆沉,可有效降低掘进施工对紧邻结构设施的影响。结合弹性力学Mindlin解和随机介质理论,进一步考虑顶管开挖面附加推力、非均匀分布且具有软化特性的机体-土体侧摩阻力、受触变泥浆特性影响的管节与土体间的侧摩阻力,管节附加注浆压力及基于开挖面收敛模式的土体损失共同作用,推导得到矩形顶管掘进期间地表隆沉位移解析解。经与3个工程算例的实测结果进行对比分析,发现所提方法可预测矩形顶管在软土地层掘进引起的地表隆沉变形规律。分析结果表明：顶管开挖面前方地表表现为隆起;随着顶管开挖面的远离,摩阻力、注浆压力对地表的影响逐渐减小,开挖面后方地表主要受土体损失作用发生沉降;土体损失引起的地表沉降量受开挖面收敛模式影响。     

软土流变性对深基坑周围地表沉降的影响分析

在实测资料和前人研究的基础上,分析了软土地区深基坑围护结构水平位移值和墙后地表沉降的变化规律。对围护结构水平位移进行二次曲线拟合,假设地表沉降曲线形态可用正态分布密度函数来描述,利用地层损失法计算各工况下墙后最大地表沉降,并与各工况下实测最大地表沉降比较,提出了软土流变性对地表沉降规律的滞后影响。     

不同地连墙插入深度下承压含水层减压降水对既有隧道的影响

当基坑需进行未截断条件下的承压含水层降水时,承压水抽降产生的影响范围远大于基坑开挖的影响范围,其对基坑外既有隧道的影响值得重视。进行了承压层减压降水对既有盾构隧道影响的有限元仿真模拟,并分析了采用地下连续墙插入承压含水层时,不同插入深度对隧道变形的影响,结果表明：随着地下连续墙插入承压含水层深度的增加,直至完全截断承压含水层,既有隧道沉降逐渐减小,但受地下连续墙变形的影响,隧道在水平方向仍存在较大位移。因此,当既有隧道与减压井净距较小时,即使承压含水层被完全截断,也应重视减压降水对隧道水平方向变形造成的影响。此外,长期减压降水将会引起隧道产生可观的沉降。因此,应尽量避免承压含水层未被完全截断条件下进行长期减压降水。     

软土基坑开挖引起的坑外地表沉降预测数值分析

通过对基坑开挖过程的有限元数值模拟可知,当围护结构发生正向、反向转动及挠曲等3种基本变形模式时,坑外地表沉降分布具有较为明显的规律,均可采用统一格式的指数曲线进行模拟,即可得到坑外地表沉降曲线的经验公式。利用正向、反向转动及挠曲等3种基本变形模式对围护结构的任意变形模式进行拟合,求得3种基本模式的最大位移值,然后根据3种基本模式所对应的坑外地表沉降经验公式,求得每一基本模式所对应的坑外地表沉降分量,并进行叠加,从而求得坑外地表沉降分布曲线。     

随机介质理论预测近距离平行盾构引起的地表沉降

提出近距离双线水平平行盾构施工引起的总的地表沉降曲线符合正态分布规律。基于单线随机介质理论简化公式,针对现有不足,建立修正的随机介质理论简化计算公式,可以计算近距离双线平行盾构施工引起的地表沉降,同时能够考虑沉降曲线的不对称性,对计算参数取值进行了探讨。算例分析结果表明,文中方法预测值与实测值比较吻合,且计算比较简便。实测数据统计结果表明,先行隧道开挖后双线隧道的半径收敛值比先行隧道半径收敛值要大,而主要影响角则变小;提出可直接用于近距离界定的式（6）,认为双线隧道的地表沉降曲线形状与P值大小有关,近距离的界定范围为 。     

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。     

Displacement analytical prediction of shallow tunnel based on unified displacement function under slope boundary

For slope condition of ground surface, the asymmetrical deformation about the vertical center line and the horizontal center line of the tunnel cross section can be formed. A unified displacement function expressed by the Fourier series is presented to express the asymmetrical deformation of the tunnel cross section. Five basic deformation modes corresponding to the expansion order 2 are a complete deformation mode to reflect deformation behaviors of the tunnel cross section under slope boundary. Such this complete displacement mode is implemented into the complex variable solution for analytically predicting tunneling-induced ground deformation under slope boundary. All of these analytical solutions are verified by good agreements of the comparison between the analytical solutions and finite element method results. A parameter study is carried out to investigate the influence of deformation modes of the tunnel cross section, geometrical conditions of the tunnel and the slope angle, and “Buoyancy effect” on the displacement field. Finally, the proposed method is consistent with measured data of the Hejie tunnel in China qualitatively. The presented solution can provide a simplified indication for evaluating the ground deformation under slope condition of ground surface.