复杂地铁车站施工对邻近建筑物变形影响数值分析的位移叠加法

换乘地铁车站基坑工程地下空间布局复杂,由垂直交叉的地铁车站基坑工程、联络通道、区间隧道等共同组成,通常采用数值模拟方法分析基坑施工对邻近建筑物的变形影响。由于空间结构复杂、基坑规模大,采用整体模型来模拟施工过程建模困难,网格数量多,单台微机难以完成。为了解决这个问题,在合肥市潜山路地铁车站的数值模拟计算中采用位移叠加法,把复杂的地铁基坑工程计算模型剖分为整体模型和一个局部模型,将整体模型计算的变形结果作为局部模型计算的初始位移场,在该基础上对局部模型进一步开挖模拟基坑工程施工对邻近建筑物的影响。以单元内插法和反距离加权插值法为例,通过两种方法导出整体模型的初始位移场,并将两种位移叠加法计算得到的结果与单独计算的结果进行对比。结果表明,采用位移叠加法得到的计算结果与单独计算得到的结果基本一致,可近似作为完整模型计算结果,证明了位移叠加法的可行性。通过比较可知,采用反距离加权插值法比单元内插法具有更高的精度,得到的计算结果更准确。研究结果对复杂基坑工程数值模拟计算有重要的参考和应用价值。     

深基坑工程土层参数反演及挡墙内力预报

提出了一种基坑开挖过程土层弹性模量位移反分析模型以及建立在该模型基础上的正反分析代化算法和预报方法。在施工过程中,将监测工作与数值分析相结合,利用监测数据进行反馈设计具有理论与实践意义。     

时空参数调整在深基坑工程中的应用

本文研究在深基坑开挖过程中不同时空参数对基坑变形的影响,根据时空效应原理并结合环境保护等级要求,通过对实测数据的反分析,优化制定施工参数,从控制连续墙变形进而控制周围土体的位移,该方法是基坑工程变形控制设计理论的工程应用。     

软土地区深基坑连续墙最大变形简易计算方法

采用有限单元法研究了影响软土地区地下连续墙最大侧向变形的主要参数。针对基坑开挖深度H、基坑开挖宽度B、单位宽度地下连续墙系统刚度S、支撑结构的轴向刚度 及黏土归一化的不排水抗剪强度 为不排水抗剪强度, 为有效垂直应力）5个参数进行分析研究,通过回归分析研究结果,给出地下连续墙最大侧向变形的简易计算方法。利用简易计算方法,计算实际工程中基坑案例的地下连续墙最大侧向变形,并与现场监测结果进行对比,验证了计算方法的准确性,可为以后预估地下连续墙最大侧向变形及检查设计提供参考。     

基于响应面方法的围岩参数随机反分析

在有限元分析的基础上，应用响应面方法拟合岩体参数与岩体位移之间的非线性映射关系，以代替有限元的数值模拟，考虑变形量测的随机性，结合响应面方程、优化方法和Monte-Carlo技术，根据位移反分析的最小二乘原理，对围岩参数进行随机反分析，反演结果给出参数的特征值，为围岩稳定性和可靠度分析提供必要的数据，数值结果表明该方法具有较好的计算精度。     

地下连续墙施工力学机理三维数值分析

采用三维有限差分方法,模拟了地下连续墙成槽开挖及混凝土浇筑施工全过程,研究了连续墙槽段外围土层在地下连续墙施工过程中的应力状态与变形形态,并将计算结果和现场实测结果进行比较。结果表明,数值计算应力结果与实测结果规律基本一致,但槽段底部数值计算应力变化梯度比实测值略大,采用该计算方法模拟地下连续墙施工全过程具有一定的可行性和较强的可靠性。     

深基坑嵌岩地下连续墙隔渗效果分析与评价方法研究

嵌岩地下连续墙上渗漏点位置、大小等的不确定性,使数值模拟预报该状况下基坑内降水后地下水的流场十分困难。结合对武汉地铁2号线循礼门地铁车站嵌岩地下连续墙的实际隔渗效果分析,在数值模拟计算时提出了“纵向平移集中法”处置防渗墙渗漏点的方法;采用该方法的三维数值计算结果与实测结果基本吻合,证明该处置方法可用于模拟及预报存在渗漏的防渗墙内基坑降水的地下水流场变化过程,为解决该工况下渗流场的模拟计算问题提供一种途径;同时还分析、探讨了嵌岩地下连续墙的实际隔渗效果。该工程实例中的分析方法对同类工程具有借鉴作用。     

悬挂式止水帷幕条件下深基坑开挖变形特性研究

降水条件对基坑开挖的变形特性具有重要影响。为了研究悬挂式止水帷幕结合承压非完整井组成的墙井系统条件下基坑开挖过程中的变形问题,以某悬挂式止水帷幕深基坑为例,通过定义降水井和地表渗流边界条件建立了考虑分级降水和基坑开挖实际工况的三维流固耦合有限元数值分析模型,使用现场监测数据与数值模拟结果互相验证的方法研究了悬挂式止水帷幕情况下基坑开挖过程中地下连续墙变形和地表沉降的变化特征,对比分析了悬挂式止水帷幕和落底式止水帷幕条件下的地表沉降。结果表明：在不同分级降水情况下,降水深度初次达到场地第一承压水含水层降水期间产生的地下连续墙水平位移增量最大,地表沉降也主要在这一期间产生;悬挂式止水帷幕情况下的地表沉降最大值约为落底式止水帷幕的2.7倍,最大值位置距地下连续墙边缘的距离比落底式止水帷幕大0.85 m;地下连续墙水平位移峰值处,降水期间产生的位移占28%,地表沉降峰值处,降水期间产生的沉降占49%;使用悬挂式止水帷幕时,距地下连续墙边缘12倍开挖深度处,地表沉降与地表沉降峰值的比值为0.1、该距离比落底式止水帷幕大13 m左右。研究成果对确定深基坑降水方案、保证深基坑开挖施工安全具有一定的参...     

基于FLAC 3D的岩土层参数特征对基坑变形影响研究

为研究天津蓟州河地铁枢纽基坑工程变形影响特性,采用FLAC 3D仿真计算方法,以修正剑桥模型为本构体,针对不同基坑变形影响因素开展了计算分析。研究获得了基岩埋置深度对桩体水平位移影响,位移趋势特征受影响较小,但量值水平呈增大,基坑开挖深度应与基岩埋置深度、桩长相匹配,减少支护结构不稳定位移。分析了基坑土层变形与基岩埋置深度关系为正相关,但基岩深度在低于9m与超过9m,土层变形的变化趋势具有差异性,但土层变形变化节点分别位于基坑边30 m、50 m处。研究得到桩体水平位移与土层黏聚力为负相关关系,且桩底水平位移始终高于桩顶;在土层黏聚力不同方案下,桩体水平位移变化趋势有所差异,其中黏聚力25～45 kPa下位移呈“递增-稳定”。论文对探讨基坑变形影响因素有所研究成果可为基坑工程支护设计及施工提供依据。     

深基坑工程数值分析研究

数值分析方法是深基坑工程研究的重要手段,将Mindlin厚板理论和优化反分析法有机结合,建立可用于深基坑围护结构变形的分析理论与计算方法,包括依据现场位移量测信息,确定水土压力的分布及被动区地层抗力系数,以及运用由反分析计算确定的参数对基坑变形及其稳定性作出预报分析等,从而为深基坑工程数值分析及信息化施工提供理论方法.     

隧洞围岩损失位移估计的智能优化反分析

隧洞开挖过程中围岩监测断面的布置一般滞后于掌子面开挖,监测断面布置前围岩已发生的位移称为损失位移。采用优化反分析思路求取损失位移,该思路将损失位移的求解转化为以实测位移与计算位移的误差作为目标函数、岩体力学参数作为决策变量的全局优化反分析问题。针对该全局优化反分析问题是一类高度非线性多峰值且计算代价较高的优化问题,将性能优异的粒子群优化算法与高斯过程机器学习方法相融合,结合FLAC3D数值计算程序,提出隧洞围岩损失位移优化反分析的粒子群-高斯过程-FLAC3D智能协同优化方法。算例研究表明,该方法是可行的,不仅能获得可靠的损失位移预测结果,而且可获取合理的围岩计算模型力学参数,具有全局性好、计算效率高的特点,克服了传统优化反分析方法容易陷入局部最优或过于依赖初始学习样本的局限性。将该方法应用到锦屏二级水电站辅助洞BK14+599断面的损失位移反分析,获得了该断面围岩的损失位移和力学参数,其中,损失位移较大,原因在于岩体开挖后在短时间内弹性变形大。因此,对于地下工程,特别是深部地下岩体工程,在围岩稳定性评价与围岩参数反分析中,损失位移不可忽视,应给予足够重视。     

考虑空间效应的地下洞室爆破开挖松动区参数场位移反分析

将地下洞室爆破开挖松动区视为一个随开挖过程演变的非均匀、非稳定三维扰动场,松动区内岩体力学参数则是一个具有时空演化特性的参数场。考虑爆破开挖扰动空间效应和岩体真实变形响应,提出了真实工作状态下开挖松动区岩体参数场辨识的位移反分析方法。基于局部监测变形空间插补得到的空间位移场,通过分析洞室爆破开挖围岩变形扰动机制,建立了开挖松动区岩体变形模量参数场数值演化模型,并进行了模型适用性和参数敏感性分析。在此基础上,以变形模量参数为例,结合围岩实测位移信息,提出了开挖松动区参数场位移反分析的动态实现过程。将该方法应用于溪洛渡地下洞室群施工期参数场反演和围岩稳定动态反馈评价及预测,结果表明,该方法合理有效,在大型地下洞群施工开挖与快速监测反馈方面具有显著的工程适用性及实用性。     

增量位移反分析方法在拉西瓦地下厂房中的应用

由于位移量测具有方便、准确和经济的特点,因而位移反分析法在地下工程领域获得了广泛的应用。以拉西瓦地下厂房的开挖过程为实际工程背景,应用从奥地利引进的大型岩土工程数值仿真分析系统FINAL为平台,建立了模拟分层开挖的有限元模型。采用主厂房第3层开挖前后洞壁围岩关键点的增量位移对厂区初始地应力场及围岩弹性模量进行了反演,最后利用反演结果对后续开挖过程中围岩的稳定性进行了预测。反分析所得增量位移与实测值符合较好,表明了这种方法的可行性。     

迭代增量法分析地下连续墙的受力性状

围护结构的位移是影响土压力的重要因素,目前深基坑中地下连续墙分析时采用的增量法没有考虑墙体位移对增量荷载的影响。根据墙体位移对增量荷载的影响,假设在每一步开挖过程中围护墙体位移不变,由此确定初始增量荷载。根据计算得到的位移,用迭代法对增量荷载进行修正,分析地下连续墙的变形和内力。最后,通过与实测资料的对比,证实了迭代增量法的合理性。     

现场量测位移反分析法及在地下工程中的应用

现场量测位移的分析法是通过测量开挖硐室、隧道、井巷等地下工程的周边和围岩内的相对位移和绝对位移值来反推岩体的原始地应力场及岩体参力参数，利用线弹性有限元位移反析程序计算出某石棉矿区的初始地应力场值，并得出圈套的水平应力，这正是该矿地压严重显现原因之一。     

闭合型地下连续墙基础竖向承载性能数值模拟

基于室内模型试验,就闭合型与单片地下连续墙基础在竖向承载性能上的差异进行了对比分析,并采用FLAC-3D软件进行数值分析来丰富室内模型试验,探讨了土体变形模量、密度、内聚力以及内摩擦角对闭合型地下连续墙竖向承载力的影响。结果表明：闭合型地下连续墙基础外侧摩阻力的发挥过程与单片地下连续墙基础大致相同,但由于土芯的存在,其内侧摩擦阻力发挥机理更复杂;闭合型与单片地下连续墙基础均可视为端承摩擦型基础;随着墙周土变形模量的增加,闭合型地下连续墙基础竖向位移显著减少,墙体轴力也减少;密度对闭合型地下连续墙基础沉降的影响不显著;内聚力对侧摩擦阻力的影响程度受地下连续墙和土体之间相对位移量的控制;只有闭合型地下连续墙基础的沉降量超过20 mm时,土体内摩擦角才对基础的竖向承载力有较大影响。     

基于Melan解的地下连续墙结构分析方法

针对深基坑支护的多支撑地下连续墙结构,考虑分步开挖和支撑对墙体的内力和位移以及支撑反力的影响,提出以弹性地基梁为基础的矩阵位移法。在求解矩阵位移法的过程中,确定土体的水平基床系数成为分析地下连续墙变形和内力的关键。Melan给出半无限大弹性空间内部线性荷载作用下的应力和位移解,在Melan解的基础上,通过对其应力解进行积分处理,并结合平面应变问题的物理方程和几何方程,得到条形荷载作用下的位移解,进而得到水平基床系数。将Melan解的矩阵位移法运用到工程实例中,并将实测结果与计算结果进行比较,验证了其可行性和正确性,可为同类工程结构设计提供理论基础。     

基于自适应退火算法的非线性位移反分析方法研究

根据地下工程非线性位移反分析的特点,建立起基于地下洞室收敛位移量测结果的反分析模型;针对一般退火演化算法优化效率低的问题,综合运用遗传算法、模拟退火算法和非线性有限元分析手段,并引进自适应的思想,建立了基于自适应退火演化算法的地下工程非线性位移反分析的新方法和理论,在探讨其应用方法与实施过程的基础上,开发了相应的计算分析程序。模拟分析表明,理论计算结果与模拟结果吻合良好,该方法可以满足工程要求。     

Inverse analysis for geomaterial parameter identification using Pareto multiobjective optimization

An inverse analysis method that combines the back propagation neural network (BPNN) and vector evaluated genetic algorithm (VEGA) was proposed to identify mechanical geomaterial parameters for a more accurate prediction of deformation. The BPNN is used to replace the time‐consuming numerical calculations, thus enhancing the efficiency of the inverse analysis. The VEGA is used to find the Pareto‐optimal solutions to multiobjective functions. Unlike traditional back‐analysis methods which are based on only 1 type of field measurement and a single objective function, this proposed method can consider multiple field observations simultaneously. The proposed method was applied to the Shapingba foundation pit excavation located in Chongqing city, China. Two types of measurements are considered in the method simultaneously: the displacements in the x‐direction (north orientation) and those in the y‐direction (east orientation). Five deformation modulus parameters for artificial backfill soil, silty clay, siltstone, sandstone, and mudstone were selected as the inversion parameters. Compared with the weighted sum approach, the proposed method was demonstrated as an efficient multi‐objective optimization tool for back calculating undetermined parameters. After performing a forward‐calculation using the optimized parameters obtained by the inverse analysis, the predicted results were well consistent with the practical deformation in magnitude and trend.     

某地铁车站出入口结构病害原因分析

受邻近的深基坑施工影响,某地铁出入口结构出现了整体倾斜、变形缝部位水平错位以及密封胶和衬垫板脱落等严重病害,可能危及到行人安全。为从中吸取教训,为今后类似的地铁安全保护工程实践提供参考,详细介绍该出入口结构病害事故案例：主要包括相关工程概况,如出入口结构、南侧深基坑的设计和工程地质条件;归纳总结了出入口结构的主要病害情况;综合出入口场地周边的施工情况、出入口结构和基坑位移监测数据、地连墙施工和基坑开挖的三维模拟分析、地连墙施工扰动预应力锚索的概念分析和数值模拟分析以及水位下降诱发出入口结构沉降的计算分析,探讨了诱发出入口结构病害的主要原因;从地铁保护角度出发,总结了事故教训。