盾构隧道下穿管道施工引起的管-土相互作用研究

采用Loganathan公式研究了盾构隧道下穿管道施工引起的地下管道处土体竖向位移,利用考虑土中剪力传递的Pasternak模型模拟管-土相互作用,运用修正Vlasov模型中的迭代流程计算出Pasternak模型的关键参数——弹性系数k与剪切系数gs。将计算结果与已有文献结果及工程监测数据进行对比,深入分析了迭代求解k、gs值的Pasternak模型与传统模型的计算差异,并进一步研究了土中剪力、管道与隧道的夹角、土体弹性模量及隧道半径的变化对管-土相互作用的影响。研究结果表明：迭代求解的k、gs值能提升Pasternak模型的精确度;土中剪力对管道竖向位移计算值的影响可达15.3%;随着管道与隧道夹角的减小,管道的竖向位移增大、弯矩减小;土体弹性模量与隧道半径的增大均会增加管道的竖向位移和弯矩。     

浅层地基上管道轴向运动的阻力研究

铺设于深海浅层地基上的海底管道在运行期间受高温高压等的作用易产生轴向膨胀和收缩，间歇性的往复剪切管道周围浅层地基土，对这种管道轴向运动过程中管?土相互作用机制需深入研究。基于修正剑桥模型建立了浅埋式管道在运行期间的轴向运动过程的小变形有限元分析（SSFE），采用有效应力指标，得到了不同初始埋深的管道在轴向运动过程中地基土在临界塑性剪切固结阶段的轴向阻力随时间发展规律（S形管?土轴向阻力发展曲线），探究了不同剪切速度下剪切带内地基土的超孔隙水压力、管?土界面摩擦系数、反映管?土接触面形状的楔形变形因子ζ以及管?土之间轴向阻力等的发展变化规律，研究发现轴向剪切产生的超孔压是速度和时间的函数，随着轴向运动速度减小，峰值超孔压的值减小且出现峰值超孔压的时间推迟。管道轴向运动过程中地基土由不排水条件向排水条件过渡的内在机制做出了较完整的阐述。     

点支撑缺陷下海底埋管热屈曲分析

由于生产工艺的要求,开采的原油经常需要在一定的温度和压力下才能顺利输送,而输油过程中的高温和高压会导致海底管线中产生较大的附加应力。管线受到地基土的约束作用后无法自由变形,附加应力的不断累积,造成管线发生整体屈曲变形,埋地的海底管线通常会产生竖直向的整体屈曲变形而影响使用甚至破坏。基于点支撑初始缺陷形式的海底管线,给出了管线竖直向整体屈曲分析的解析解,结合实际工程中铺设的高温高压输油管线进行了整体屈曲分析,揭示了不同温度条件下埋地管线发生竖直向整体屈曲的规律性,提出挖沟掩埋可以有效地防止管线发生温度应力下的整体屈曲     

甘肃合作早子沟金矿原生叠加晕特征及深部预测

早子沟金矿位于西秦岭西段,大地构造位置为西秦岭褶皱带北部断褶带与中部裂陷槽之间的过渡部位,位于合作—岷县区域断裂带上。对矿区原生晕样品元素分析得到的数据进行R型聚类谱系分析、因子分析及元素分带指数计算。聚类谱系分析反映出矿化元素Au、Sb与前缘晕元素As、Hg关系密切;因子分析显示第一主因子与第四主因子具有正相关关系,而与二、三主因子无相关性,说明四个因子代表了三个不同的成矿阶段;依据元素分带指数计算建立的矿区原生叠加晕轴向(垂直)分带序列为As-Au-Sb-Hg-Ag-W-Co-Pb-Zn-Bi-Cu。对矿区原生晕找矿地球化学信息进行了提取,并对矿区深部第二富集带靶区及资源量进行了预测,预测资源量5 t,表明矿区深部扩大资源量的潜力巨大。     

三峡工程永久船闸中隔墩岩体稳定性研究

运用离散单元法(DEM)与有限单元法(FEM)等数值模拟方法,全面地对长江三峡工程永久船闸二闸室至三闸首部分的中隔墩岩体分别在施工期和运行期的应力分布、变形规律进行了模拟研究.综合分析结果表明:垂直于闸室轴线的水平位移在开挖完成后基本处于稳定状态,而在运行期有所减少;平行于闸室轴线的水平位移总体向下游发展;而垂直方向的位移先表现为回弹,后发生沉降.在中隔墩中上部位出现拉应力区,拉应力值一般小于0.6 MPa.     

A new approximation in determination of vertical displacement behavior of a concrete-faced rockfill dam

A new simplified method based on one-dimensional displacement theory and 2-D finite element (FE) analysis was developed to predict the vertical displacement behavior of a concrete-faced rockfill dam. The FE analyses were carried out at the end of construction (EOC) and the end of first filling of reservoir. The proposed method was calibrated by using continuously monitored vertical displacement of the dam’s body to determine the mobilized modulus of elasticity of the rockfills at the EOC. The prediction capability of the method was demonstrated using field measurements against the findings from the 2-D FE analysis simulating characteristics of construction stages of the dam. The validity of the method was also examined on another membrane-faced rockfill dam by comparing the geodetic measurements of vertical displacement measurements of the dam’s body with the calculated vertical displacements from 2-D FE analysis at the EOC.     

基坑开挖引起周围管线位移分析

为探讨深基坑开挖对周围管线位移的影响,明确管线位移轨迹模式,以南京江东软件城深基坑工程为背景,对管线位移实际监测数据进行分析。首先介绍该基坑工程的设计、施工和监测方案;在此基础上结合施工过程,分析周围4根管线竖向沉降和水平位移发展规律,并探讨二者之间的关系,揭示管线位移轨迹。由分析可知,竖向沉降先于水平位移发生,随基坑施工的开展,竖向和水平位移同步增大;在基坑第二道支撑施工后,竖向沉降出现平台,水平位移明显减小;地下室底板施工后,变形趋于稳定。距离基坑侧壁垂直距离较近的管线位移轨迹为三次多项式曲线,距离基坑侧壁较远的管线沿直线状向坑脚移动。     

劈裂注浆抬升既有管道效果分析及工程应用

地铁车站施工中常穿越大量的市政管道,由于隧道开挖引起地层损失和地表沉降,地下管道将会发生变形,往往影响地铁施工,注浆是对地下管道进行沉降控制的主要技术措施。以北京地铁黄庄站下穿热力管道抬升注浆工程为研究对象,利用三维有限差分数值方法分析了新建车站开挖引起超大管道的变形特征。结果表明,在抬升区注浆单元施加膨胀压力可以较好模拟注浆抬升既有管道的效果;采用应变软化模型,可以有效模拟土体材料的弹塑性力学行为,反映注浆完成后浆脉的固结和周围土体的湿陷作用。对比注浆抬升模拟计算和沉降监测结果,验证了有限差分数值方法模拟劈裂注浆抬升管道过程的正确性和有效性。同时模拟分析注浆抬升管道的影响因素,获得了一些规律性的认识,为劈裂注浆抬升地下管道工程的施工和设计提供指导。     

群桩与筏板的竖向动力相互作用研究

对沿深度离散形成一系列均质的土层,应用传递矩阵法推导出单桩的动力阻抗。借助推求的桩-桩动力相互作用因子,研究承台板与群桩的竖向动力相互作用,通常假设承台板是刚性的,并充分考虑了承台板具有一定的刚度、可以变形的柔性承台板,提出承台板-群桩动力相互作用模型,然后推出其动力相互作用方程。通过算例说明了承台板的刚度对承台板的动力作用是有影响的。研究结果表明,振动频率越低,柔性承台板的振幅与刚性承台板的振幅相差越大;随着频率的增大,二者差别也减小,并逐渐趋于相等。     

围岩弹性抗力对隧道结构受力的影响分析

运用荷载结构模型及有限元分析手段,以新建200km时速城际铁路隧道衬砌为研究对象,分析了围岩弹性抗力对二衬结构受力的影响。随着围岩弹性抗力的增大,拱顶弯矩及拱肩弯矩绝对值、拱顶竖向位移变小,而拱顶轴力及安全系数变大。说明,围岩越坚硬,衬砌结构受力越有利。随着二衬厚度的增大,拱顶弯矩及拱肩弯矩绝对值变大,而拱顶轴力、拱顶竖向位移及安全系数变小。随着混凝土强度等级的提高,拱顶弯矩、拱肩弯矩及安全系数变大,拱顶轴力和拱顶竖向位移变小,但这些量值的变化幅度较小,说明混凝土弹性模量对二衬受力影响很小。     

隧道开挖对地下管线的影响分析

采用Abaqus有限元分析软件,建立三维模型,模拟隧道开挖对地下管线的影响,充分考虑了不同的埋深、材质、下卧层刚度等条件。结果表明,管线周围土的性状,与双线隧道的相对位置以及管线自身刚度、管径等不同,将对其变形和内力产生较大影响,从而得出一些规律,为今后类似工程施工提供依据。     

动态施工条件下竖向立柱的承载力和稳定性研究

竖向立柱是基坑逆作法设计的关键环节之一,而动态施工下侧向约束则是决定立柱稳定承载力的主要因素。针对逆作施工中立柱的轴压稳定问题,采用有限元方法获得立柱轴压屈曲荷载,进而通过杆件欧拉公式反推获得立柱计算长度系数。采用线性特征值屈曲分析研究地基土分步开挖、侧向约束动态变化下竖向立柱的承载力和稳定性,提出了竖向立柱稳定承载力分析时计算长度系数的拟合公式。非线性屈曲分析考虑了几何大位移的影响,通过施加初始几何缺陷获得立柱屈曲后的平衡路径。结果表明,含初始缺陷的立柱实际承载力一般要比特征值屈曲荷载小,且初始缺陷幅值越大,立柱的稳定承载力越小。     

城市地铁隧道施工对管线的影响研究

结合深圳地铁大剧院-科学馆区间隧道非降水施工对管线的影响问题,阐明了该工程的施工方案,给出了管线安全性的评价标准。在此基础上,首先利用土工离心模型试验,模拟了隧道开挖对管线的影响,然后,利用三维弹塑性有限元法模拟了隧道施工过程中管线的动态响应。通过离心模型试验、数值模拟分析、现场量测的地表沉降值的对比分析可知,三者的数据基本吻合,论证了分析结果的合理性和可靠性,并对施工期间管线的安全性做出了评价,为该工程顺利实施提供了理论依据和指导作用,并取得了一些有意义的成果。     

砂土中埋设管线竖直向上运动时土抗力研究

埋设的海底管线在高温、高压下较易发生竖直向屈曲大变形,保证足够的埋置深度是海洋工程中克服管线出现竖直向屈曲变形的有效手段之一。因此,研究土体能够提供给管线的抗力及在管线竖直向上拱起过程中土体抗力的变化规律,对管线的抗屈曲大变形设计具有重要的意义。结合渤海湾海底地表土质特点选取细砂进行了室内管-土相互作用试验,测量了不同直径、不同埋置率（上覆土厚与管线直径的比）的试验管段,在竖直向上运动过程中所受到的土抗力;采用数值方法有效地模拟了试验中管段的受力变化过程。进而将结果推广,得到了砂土中常用直径管线受到的土抗力大小及作用规律。试验及数值模拟结果表明,管线竖直向上运动时,土抗力的发挥随竖向位移增加而迅速增大达到峰值,峰值抗力所需要的位移随管径与埋置率的增加而增大;实际工程中峰值抗力对应的管线位移约为管径的0.1倍,计算结果可供管线设计时参考。     

空间三维滑坡敏感性分区工具及其应用

对于滑坡敏感性分区目前有三种方法:定性法、统计法和基于岩土定量模型的确定性方法。定性法基于对滑坡敏感性或灾害评估的人为判断;统计法用一个来源于结合了权重因子的预测函数或指标;而确定性法,或者说是物理定量模型法以质量、能量和动量守恒定律为基础。二维确定性模型广泛用于土木工程设计,而无限边坡模型(一维)也用于滑坡灾害分区的确定性模型。文中提出了一个新的基于GIS(地理信息系统)的滑坡敏感性分区系统,这个系统可用于从复杂地形中确认可能的危险三维(3-D)滑坡体。所有与滑坡相关的空间数据(矢量或栅格数据)都被集成到这个系统中。通过把研究区域划分为边坡单元并假定初始滑动面是椭球的下半部分,并使用Monte Carlo随机搜索法,三维滑坡稳定性分析中的三维最危险滑面是三维安全系数最小的地方。使用近似方法假定有效凝聚力、有效摩擦角和三维安全系数服从正态分布,可以计算出滑坡失稳概率。3DSlopeGIS是一个计算机程序,它内嵌了GIS Developer kit(ArcObjects of ESRI)来实现GIS空间分析功能和有效的数据管理。应用此工具可以解决所有的三维边坡空间数据解问题。通过使用空间分析、数据管理和GIS的可视化功能来处理复杂的边坡数据,三维边坡稳定性问题很容易用一个友好的可视化图形界面来解决。将3DSlopeGIS系统应用到3个滑坡敏感性分区的实例中:第一个是一个城市规划项目,第二个是预测以往滑坡灾害对临近区域可能的影响,第三个则是沿着国家主干道的滑坡分区。基于足够次数的Monte Carlo模拟法,可以确认可能的最危险滑坡体。这在以往的传统边坡稳定性分析中是不可能的。     

水平向与竖向地震动的时间遇合模式对边坡动力安全系数的影响

通过沿滑面的应力积分法和动力时程分析法,研究了水平向、竖向地震动单独作用对边坡动安全系数的影响,发现竖向地震动与水平向地震动一样也对边坡抗震稳定性有显著的影响。在此基础之上,重点探讨了实际地震的双向地震动同时作用时,其时间遇合模式对动力安全系数的影响,结果表明,常用的加速度峰值遇合模式和随机遇合模式都不能充分体现出竖向地震动与水平向地震动的叠加效应,进而造成对安全系数的高估;文中提出的最大地震作用效应遇合模式才是最危险的遇合模式,其所得稳定性安全系数时程的极值更小。在考虑多向地震的边坡抗震分析中,由于多维地震动的强烈随机性,应考虑出现这种最大地震作用效应遇合的可能性,以得到工程设计中偏于安全的动力稳定性安全系数值。     

Dynamic interaction factor considering axial load

Using the dynamic differential equation of beam and considering the surrounding soil as dynamic Winkler foundation, the simplified dynamic interaction factors of group piles are analyzed with axial load under horizontal harmonic load and horizontal seismic affection. When the axial load was replaced by zero, the expression of dynamic interaction factor would be the same as that deduced by Markris and Gazetas (1992, Earthquake Eng Struct Dyn 21(2):145–162). And under special situation analysis, there would be obvious effect on dynamic interaction factor when the axial load was large. The differences are obvious when considering axial load, and the relative errors would be 14% or greater, so it’s proper to consider axial load when the dynamic interaction factor are calculated.     

GIS-Based Probabilistic Mapping of Landslide Hazard Using a Three-Dimensional Deterministic Model

Based on a new Geographic Information Systems (GIS) grid-basedthree-dimensional (3-D) deterministic model and taking the slopeunit as the mapping unit, this study maps landslide hazard usingthe 3-D safety factor index and failure probability. Assuming theinitial slip to be the lower part of an ellipsoid, the 3-D critical slipsurface in the 3-D slope stability analysis is located by minimizingthe 3-D safety factor using the Monte Carlo random simulation.The failure probability of the landslide is calculated using anapproximate method in which the distributions of c, andthe 3-D safety factor are assumed to be in normal distribution.The method has been applied to a case study on three-dimensionallyand probabilistically mapping landslide hazard.     

方腔回流区水流运动特性三维数值分析

建立了一个三维水动力学模型,对方腔回流区水流运动特性进行了模拟分析。数学模型以三维浅水环流方程为基础,在垂向空间引入σ坐标变换,采用高分辨率半隐有限元离散格式。计算结果与解析解及水槽试验数据吻合良好。应用该模型对方腔回流区的水流运动特性进行了计算分析,进一步揭示了方腔回流运动的非定常非对称不封闭特性、流动结构表现为竖轴环流与立面环流相叠加、流速沿垂线分布相对均匀等流动规律。