基于多重响应面法的基坑位移反分析

基坑变形的反分析涉及数值模型与优化方法的耦合,常具有计算量大、使用不方便的特点。为此,提出1种可用于基坑变形反分析的多重响应面法,该方法在基坑地下连续墙不同深度处分别采用二次多项式表示地下连续墙水平位移与土层弹性模量之间的隐式关系,在此基础上利用位移观测对基坑土层弹性模量进行反分析。该方法可以解开数值模型和优化算法的耦合,从而具有较高的计算效率。工程应用实例表明,多重响应面法对基坑土层弹性模量进行反分析具有使用方便、计算效率高、计算结果准确的优点,非常适合求解基坑工程的位移反演问题。     

邻近建筑物的滨海土岩组合基坑支护结构变形分析

随着城市地下空间的开发利用,出现越来越多邻近地下综合管廊基坑开挖的工程案例,对管廊结构安全及防水性能产生重要影响。以厦门某邻近既有双舱综合管廊的基坑开挖项目为研究背景,采用PLAXIS 3D建立三维有限元分析模型,基于HS-small小应变土体本构模型,模拟基坑开挖过程对综合管廊的影响。研究结果表明,开挖后,邻近综合管廊沿轴线方向的变形受力模式可分为平移转动区、相对扭转区和位移约束区3个特征区域。基坑中部附近管廊发生朝向基坑的平移和绕轴转动,基坑边界附近管廊发生相对扭转,远离基坑区域管廊的位移受土体约束而相对静止。位于平移转动区和相对扭转区内的管廊截面发生朝向基坑的剪切变形,管廊顶板相对底板发生朝向基坑的水平相对移动;邻近基坑一侧市政舱顶板和远离基坑一侧侧墙下半部分发生较大挠曲变形。管廊与基坑间距对3个变形特征区域的分布没有显著影响,但管廊离基坑越近会使得管廊结构的变形程度越大。     

隧洞开挖重复爆炸荷载作用下围岩累积损伤特性

隧洞毫秒爆破开挖推进过程中,预留岩体在重复爆炸荷载作用下产生不可逆的损伤叠加。而现有的岩体爆破损伤数值模拟基本都是针对单孔装药和单段爆破,很少涉及实际工程中的重复爆炸。基于LS-DYNA程序的用户自定义材料接口,将统计损伤演化模型嵌入到弹塑性本构材料中,模拟圆形隧洞全断面毫秒爆破过程中重复爆炸荷载作用下的岩体累积损伤效应,并考虑地应力对岩体爆破损伤的影响。计算结果表明,围岩损伤范围和损伤程度随重复爆炸荷载次数而增加,在一个爆破进尺内,围岩损伤的临界峰值质点振动速度较单段爆破降低了12%;爆炸荷载作用下,围岩主要表现为拉损伤,围岩地应力对爆破张拉效应起到非常敏感的"抑制"作用,在2¹0 MPa应力水平时,围岩爆破累积损伤范围随着应力增加而明显减小,围岩损伤的临界峰值质点振动速度增加24%10 MPa应力水平时,围岩爆破累积损伤范围随着应力增加而明显减小,围岩损伤的临界峰值质点振动速度增加24%⁵7%。     

基坑开挖引起下卧隧道隆起变形的实测数据分析

在上跨隧道的基坑工程中基坑开挖常引起下卧隧道发生结构变形,限制隧道的隆起变形成为基坑施工控制的关键。详细介绍了该类工程的特点,包括交叉形式、隧道变形特点、常见控制措施等,对近期国内发生的39例类似工程进行分类总结,分析了隧道纵向最大隆起变形与各影响因素间的关系,并提出了隧道最大隆起变形的预测模型。结果表明,该类工程中工程地质对隧道的隆起变形影响较大,工程地质条件越差隧道的隆起变形越难控制;开挖深度、基坑面积、基坑形状同样是影响隧道隆起变形的重要因素,基坑开挖面积及深度越大,形状越不规则,隧道的隆起变形越大;在软土地区,当基坑开挖面积及深度较大时设置抗拔桩能显著减小隧道的最大隆起变形。     

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     

Finite element modelling of ground surface displacements due to underground blasting

Elastic wave radiation from an equivalent cylindrical cavity due to an underground explosion is considered in detail. Both static and steady state dynamic finite element models are used to investigate the surface displacements due to the interaction of such wave radiation with both the free surface topography and stope formation. For a blast 430 m below the surface the models predict a negligible displacement effect due to the irregular topography but a significant effect due to the stope. A comparison between the models and a site experiment verified the cylindrical wave nature of the problem. Due to experimental uncertainties however it was difficult to clearly detect the surface displacement effect due to the large underground open stope.     

隧道开挖引起土层沉降槽曲线形态的分析与计算

假定由于隧道开挖在地表以下土层所形成的沉降槽的体积等于地层损失以及各土层沉降槽曲线仍可用正态分布函数表示。在此假定下,首次提出可以通过对隧道中心线以上土体的沉降值的分析,研究不同深度土层沉降槽曲线宽度系数,并且通过回归分析,提出用于计算不同深度土层沉降槽曲线宽度系数的公式,为计算隧道开挖引起的地表以下土体任一点的竖向沉降提供了一种有效方法,通过工程实例的计算证明了该方法的适用性。     

Analytical solutions for stresses and displacements around tunnels driven in cross-anisotropic rocks

In this paper, closed-form solutions for the stresses and displacements around unlined circular tunnels excavated in an elastic, orthotropic (cross-anisotropic) medium are developed. The effect of both the elastic parameters characterizing the behaviour of the medium and the anisotropy of the initial stress system on the stresses and displacements induced are evaluated. An example of utilizing the theoretical solution for design analysis is given. For convenience of application, design charts are prepared for the determination of stresses and displacements for given values of initial stresses and the elastic parameters. Copyright © 1999 John Wiley & Sons, Ltd.     

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。     

Characterization of the subsurface urban heat island and its sources in the Milan city area,Italy

Urban areas are major contributors to the alteration of the local atmospheric and groundwater environment. The impact of such changes on the groundwater thermal regime is documented worldwide by elevated groundwater temperature in city centers with respect to the surrounding rural areas. This study investigates the subsurface urban heat island (SUHI) in the aquifers beneath the Milan city area in northern Italy, and assesses the natural and anthropogenic controls on groundwater temperatures within the urban area by analyzing groundwater head and temperature records acquired in the 2016–2020 period. This analysis demonstrates the occurrence of a SUHI with up to 3 °C intensity and reveals a correlation between the density of building/subsurface infrastructures and the mean annual groundwater temperature. Vertical heat fluxes to the aquifer are strongly related to the depth of the groundwater and the density of surface structures and infrastructures. The heat accumulation in the subsurface is reflected by a constant groundwater warming trend between +0.1 and?+?0.4 °C/year that leads to a gain of 25 MJ/m² of thermal energy per year in the shallow aquifer inside the SUHI area. Future monitoring of groundwater temperatures, combined with numerical modeling of coupled groundwater flow and heat transport, will be essential to reveal what this trend is controlled by and to make predictions on the lateral and vertical extent of the groundwater SUHI in the study area.

     

深埋隧洞爆破开挖荷载诱发围岩损伤特性

深埋隧洞爆破开挖荷载构成复杂,对围岩损伤区的孕育发展具有重要影响。利用颗粒流程序（PFC）软件,讨论了不同初始地应力状态下爆炸荷载及地应力瞬态卸载所分别诱发围岩损伤的特性,并通过锦屏2级水电站引水隧洞爆破开挖损伤区检测数据对数值模拟的结果进行了验证。研究表明,爆炸荷载和地应力瞬态卸载所诱发的围岩损伤程度和范围均随地应力量级的提高而显著增大;爆炸荷载作用条件下损伤区的分布有随着侧压力系数的增大而向应力集中区发展的趋势,而地应力瞬态卸荷所产生的围岩破坏以受拉破坏为主,表层损伤区沿开挖呈轮廓均匀分布的趋势;在相同的初始地应力状态下,爆炸荷载和地应力瞬态卸荷所分别诱发的围岩损伤区深度均明显小于实测值,考虑二者的耦合效应后,计算值与实测值基本吻合。这说明这两种荷载是高应力条件下爆破开挖荷载的主要成分,但二者耦合作用对围岩的损伤大于它们单独作用效应的线性叠加。     

压裂过程中地面和井下倾斜场的主控因素研究

水力压裂技术改造储层已经成为非常规油气开发的重要技术手段,以井下测斜仪为代表的远场测量技术进行裂缝形态监测已经逐步应用于压后裂缝效果评价。采用不同的裂缝分析模型对压裂过程中地面和井下倾斜场进行了正演研究,验证了模型的正确性,并采用矩形张裂缝模型对影响压裂倾斜场的地层和裂缝参数进行了定量分析。研究表明,（1）地面倾斜场对于裂缝的方位角和倾角变化较为敏感,对于裂缝的尺寸及裂缝中心深度变化不敏感;（2）井下倾斜场值对于裂缝的尺寸、裂缝中心深度变化较为敏感,对于裂缝的方位角及倾角变化不敏感。研究结果可应用于储层水力压裂优化设计中。     

Stresses and displacements due to underground mining using a finite element procedure

Summary A two dimensional finite element procedure is applied to simulate a coal mining excavation sequence. A procedure with linear solution steps is developed and applied to an idealized mountain cross-section with exceptionally thick coal seams and large dip angle. The results provide information on pillar pressure, floor and roof stability, displacement characteristics and surface subsidence.The results presented here were obtained in the course of research sponsored by the Department of Energy, Mines and Resources, Grant No. 69-2570.     

高速公路连拱隧道开挖地表沉降研究

对隧道开挖引起的地表沉降模型进行总结,详细地调查和分析了金丽温高速公路红枫连拱隧道工程区的地质特征,系统研究了在偏压条件下连拱隧道开挖引起的地表沉降规律,对红枫隧道开挖引起的地表沉降进行研究,建立了偏压条件下连拱隧道分步开挖引起的地表沉降预测模型,对不同开挖工况下的差异沉降进行分析,证明该预测模型比较真实的反映了在偏压及浅埋条件下连拱隧道开挖引起的地表沉降规律,为浅埋连拱隧道开挖过程中防止地表过度变形提供理论基础。     

Stresses and displacements in an elastic mass due to distributed loading by discretization technique

Numerical solutions have been obtained for stresses and displacements in a linear elastic half space due to distributed loads of circular, rectangular and elliptical shapes. The technique primarily involves use of a multi-dimensional numerical integration technique to integrate point load solutions over the distributed loading after discretizing the area into a finite number of elements. Both uniform vertical and shear loads have been considered as well as vertical conical loads and inward shear loads. The technique evolved facilitates the determination of stresses and displacements by the use of mini-computers and is neither as tedious and cumbersome as the use of tables and charts nor as costly as FEM solutions. A detailed comparison has been presented between the results obtained by the numerical solutions and those of the existing analytical solutions wherever they are available. It is found that the agreement between the two is within one per cent for displacements at all depths for the different cases studied. The matching is also good in the case of stresses, except at shallow depths.     

粤港澳大湾区某地天然放射性环境调查与评价

天然放射性辐射是衡量优质人居环境的一项重要指标,在城市建设中开展放射性环境调查必不可少.2020年5月-10月,以(250～500)m×(50～100)m的网度布设测量点,在粤港澳大湾区某地开展1:25000环境地表γ辐射剂量率测量.结果表明,区内整体辐射环境未发生明显变化,且处于正常水平.区内环境地表γ辐射水平可分为城镇人口密集区、基岩出露区和原野区3类,其中人口密集区的环境地表γ辐射水平略高于天然本底值2.48％～13.73％;基岩出露区环境地表γ辐射水平普遍高于天然本底值3.92％～65.29％;原野区环境地表γ辐射水平普遍低于天然本底值17.65％～40.20％,共发现10处异常高数值区(点),均与区内裸露的花岗岩及断裂构造带密切相关.居民所受环境地表γ辐射所致公众人均年有效剂量平均值为0.693 mSv·a-1,与全国辐射环境质量水平相当.圈定异常区4处,区内常驻人员需做好防护措施,或减少停留时间.     

粤港澳大湾区某地天然放射性环境调查与评价

天然放射性辐射是衡量优质人居环境的一项重要指标,在城市建设中开展放射性环境调查必不可少.2020年5月-10月,以(250～500)m×(50～100)m的网度布设测量点,在粤港澳大湾区某地开展1:25000环境地表γ辐射剂量率测量.结果表明,区内整体辐射环境未发生明显变化,且处于正常水平.区内环境地表γ辐射水平可分为城镇人口密集区、基岩出露区和原野区3类,其中人口密集区的环境地表γ辐射水平略高于天然本底值2.48％～13.73％;基岩出露区环境地表γ辐射水平普遍高于天然本底值3.92％～65.29％;原野区环境地表γ辐射水平普遍低于天然本底值17.65％～40.20％,共发现10处异常高数值区(点),均与区内裸露的花岗岩及断裂构造带密切相关.居民所受环境地表γ辐射所致公众人均年有效剂量平均值为0.693 mSv·a-1,与全国辐射环境质量水平相当.圈定异常区4处,区内常驻人员需做好防护措施,或减少停留时间.     

被动源面波法在城市居民区建筑间的应用

城镇中的人文噪声和工业生产对传统的地球物理调查方法（重、磁、电、震）有极大的干扰限制,鉴于此,文章采用抗干扰能力强、受场地条件影响小的被动源面波法在城市居民区进行地下空间勘探的应用。研究结果表明：（1）被动源面波法在城市地区地下空间勘探中是一种有效的物探方法,其施工排列灵活多变,适应性强且不受外界干扰;（2）根据扩展的空间自相关法（ESPAC）处理得到视横波速度剖面能有效地对地下土洞、岩溶破碎带及溶洞等进行响应;（3）结合多条网状测线剖面结果,绘制不同深度的视横波速度水平切片图能有效对地下空间结构进行评价。