顶管施工中矩形沉井工作井允许反力的计算

根据顶管工程中矩形沉井工作井后背墙变形情况,假定后背墙在顶管反力作用下变形为抛物线形,提出采用与位移有关的土压力来计算土体反力。考虑了沉井底部和侧壁的摩阻力,由沉井整体水平向受力平衡计算允许顶力。通过算例与朗肯理论的比较结果表明,提出的方法可用于计算土体的非极限被动土压力,且该方法考虑了顶管反力这一局部荷载对墙后土压力分布的影响。     

大断面矩形管廊顶进反力力学效应数值模拟研究

为研究大断面矩形管廊顶进反力对后背墙体系的影响,以北京市通州区畅和西路综合管廊项目为工程背景,采用ABAQUS软件建立顶管始发井后背墙体系的仿真模型,结合管廊顶进全过程中顶力监测数据对后背墙反向施加千斤顶顶推力,对不同顶进阶段中后背体系及周围土层的受力和变形情况进行了分析。数值模拟结果表明：在反力作用下,加载区后背土体水平位移随深度的增加,先增大后减小,前壁土体水平位移随深度的增加,逐渐减小;井周地表土体随距井周距离的增大,水平位移逐渐减小,且在加固区范围内,土体位移下降显著,而竖向位移无明显变化;加载区后背土压力增大,整体小于被动土压力,大于静止土压力,前壁土压力减小,整体小于静止土压力,大于主动土压力;加载中心处土体反力和位移随着顶力的增加呈线性变化趋势;始发井不同位置混凝土支撑受反力作用影响显著。     

纵横向受荷基桩变形内力的矩阵传递解

针对地基的土体屈服性状,将桩侧土体分为弹性变形区域与塑性变形区域两种情况。假定地基反力系数为3参数的一般形式,同时考虑桩身 效应并计入桩身自重、桩侧摩阻力的影响,根据地基反力法分别建立桩身弹性段和塑性段挠曲线微分方程。在解微分方程的过程中,采用矩阵传递法结合Laplace正逆变换的方法解得桩顶作用轴向力、水平力、弯矩时桩身内力和变形的矩阵传递解,并用Fortran语言编制了相应计算程序。最后将试验数据对上述方法进行验证,结果表明计算值与模型试验的实测值吻合很好,采用文中3参数地基反力法反算所得的地基参数离散性很小,研究结果具有较高的应用价值。     

顶管矩形工作井复合式后背墙反力分布研究

顶管工作井在顶进施工过程中受力复杂,主要表现在：确定千斤顶推力在内部结构、围护结构和后背墙外侧土体之间的作用力是如何传递,土体变形对墙背土体抗力发挥的影响以及其对结构内力计算分析的影响。对现有顶管工作井计算方法进行归纳基础上,通过对工程算例建立数值计算模型,求证了后背墙各部分反力在宽度和深度方向上的分布规律,为探求一种合理简化更加接近实际的顶管复合式后背墙结构计算方法提供参照。     

顶管工程工作井位移与土抗力分析

为保证顶管工程的施工安全和经济设计,必须深入分析顶力作用下工作井及周围土体的应力、位移特性。以两个实际顶管工程为工程背景,针对工作井的浅埋、深埋圆形沉井,采用三维有限元分析,给出了浅埋沉井土抗力沿圆周分布的拟合方程。分别采用《规程》[1]和《手册》[2]推荐的计算方法和三维有限元分析,对顶力作用下深埋、浅埋工作井的位移和新增土抗力进行对比分析,结果表明：①由于只考虑了顶力后背一侧半圆范围内土体抗力的作用,规范法和手册法将导致土抗力计算结果偏大;②顶力作用位置对深埋沉井的井壁变位、土抗力大小和分布情况影响显著;③规范法和手册法仅适用于顶力作用于沉井底部的浅埋沉井。     

顶管工程后背受力与变形三维分析

以某顶管工程为背景,采用朗肯被动土压力理论对后背土体的承载能力进行了分析;根据弹塑性模型建立起后背结构的三维有限元模型,对后背结构与土体在顶力作用下的变形与受力过程进行分析,并同朗肯理论结果进行比较;对影响后背结构的变形各因素进行了分析;对后背结构顶力合力点的变形进行了实测,并同理论预测结果进行了对比分析,初步探讨了形成差异的主要原因。     

考虑土体屈服的纵横荷载单桩变形内力分析

为提高桩身变形较大时纵横荷载单桩的设计计算水平,假定地基反力系数沿深度线性增加,考虑土体屈服及纵向荷载的P-?效应并计入桩身自重和桩侧摩阻力的影响,得到了地面以下桩身变形和内力的幂级数解。结合已有的地面以上桩身响应的幂级数解,采用Fortran语言编制了计算程序。计算结果表明：桩顶位移、地面处桩身位移及桩身最大弯矩均随纵横向荷载和自由段桩长的增加而增大,并随土体屈服位移的增加而减小;纵向荷载足够大时桩基失稳;桩顶约束条件对桩的响应影响很大。计算值与模型试验的实测值吻合较好,所得解和程序是可靠的。     

油气管道顶管施工中顶力预测模型

顶力计算是顶管施工的重要内容,关系到整个工程的造价和成败。通过对顶力预测进行理论分析,针对混凝土顶管施工建立顶力计算模型,依次计算总顶力的两个组成部分：顶进正面阻力和管周摩擦阻力。采用朗金主动土压力理论计算水平土压力,砂性土采用“水土分算”方法而粘性土采用“水土合算”方法,进而计算顶进正面阻力;结合土柱压力理论和马斯顿压力理论,分别建立相应的管周土压力模型,给出管周总摩擦阻力的计算方法。得到适用条件明确、计算结果可靠的顶力计算公式,该公式的计算结果与工程实例相比较,满足工程要求。     

RT模式下刚性挡墙土压力计算方法研究

针对绕墙顶向外转动的刚性挡土墙,提出一种土压力计算方法。根据土体渐进破坏机理,考虑土拱效应,建立了填土内摩擦角及墙土接触面上外摩擦角的发挥与土体位移的非线性关系,并根据初始应力条件确定初始内摩擦角。采用改进的水平层分析法计算各转角下的土压力分布,并得到土压力合力大小及其作用点的计算公式。通过比较,不同转角下土压力强度、合力大小以及作用点计算值与模型试验实测结果接近。     

扩大头锚杆的力学机制和计算方法

基于多个工程的实测数据,研究了扩大头锚杆的力学机制,指出其力学过程可分为3个阶段：第一阶段为静止土压力阶段;第二阶段为过渡阶段,其特征是位移曲线出现有一个拐点;第三阶段为塑性区压密-扩张阶段,其特征是随着土体的压密强化,扩大头的锚固力得到提高。文中给出了符合上述力学过程的多个实例。根据摩尔强度理论推导出了扩大头锚杆的抗拔力计算公式;分析了扩大头埋深、土体黏聚力、内摩擦角等因素对抗拔力的影响,指出了现行规范中计算方法的缺陷。给出了一个工程实例,采用文中的方法和现行规范中的方法分别进行计算对比,表明文中的方法计算结果以试验结果对比显著的合理,用于工程实践取得了良好的技术经济效果。     

超浅层顶管工作井建井技术

在顶管施工中,千斤顶的支座需要巨大的反力支持,这些反力是由工作井的侧壁以及壁后土体提供的。对于超浅层顶管工作井,由于侧壁后土体高差小,提供的反力有限,这就成为超浅层顶管工作井设计施工的一个难点。以实际工程为例,详细介绍了超浅层顶管工作井施工工艺,其中包括预注浆加固、环梁施工方法以及逆作法的施工要点等。     

SMW工法圆形工作井内力分析

根据SMW工法圆形工作井结构材料组成特点及结构受力特点,并基于分载思想,提出可用于该类结构内力、变位分析的环—梁分载计算理论,并据此对一个SMW工法圆形工作井实例的结构内力,进行了计算分析,得到了该类工作井结构在形成阶段与顶进阶段的内力分布特征,特别是指出了结构材料性质沿环向分区、顶冠梁加设及竖向加筋对结构内力的影响,有关结论为进一步提高对SMW工法工作井的认识奠定了基础。     

顶管施工引起的土体垂直变形计算方法研究

对前人工作进行总结,将3个已有的经验公式合并成一个通用经验公式,该公式可以计算由土体损失引起的土体中任一点沉降。假定土体不排水,利用弹性力学的Mindlin解推导了顶管正面附加推力、掘进机和后续管道与土体之间的摩擦力引起的土体垂直变形计算公式。结合土体损失引起的土体变形计算公式,得到顶管施工引起的总的土体垂直变形计算公式,该方法适用于施工阶段。算例分析表明,正面附加推力引起开挖面前方地面隆起,后方地面沉降,以开挖面正上方为轴线呈反对称分布,在正常施工时产生的地面变形较小;掘进机和后续管道与土体之间的摩擦力引起的地面变形分布规律与正面附加推力相似,轴线分别位于掘进机中间部位和后续管道中间部位的正上方。     

深埋顶管顶力理论计算与实测分析

针对管幕预筑法中深埋顶管顶力进行理论和实测分析。顶管顶力与垂直土压力密切相关。参照隧道开挖中垂直土压力的计算方法,常用的垂直土压力计算理论有：普氏理论和太沙基理论。在详细分析了这两种垂直土压力计算理论的适用性和缺陷之后,结合普氏理论和太沙基理论,提出了改进的垂直土压力计算理论公式,并编写MATLAB程序计算改进理论公式的数值解。改进理论既考虑了土拱效应,又考虑了拱下土体的挟持力,更符合实际土体变形情况。将普氏理论、太沙基理论和改进的理论应用于沈阳地铁新乐遗址站管幕预筑法顶管工程中,计算不同深度的两根大埋深管道顶力,并把计算与实测结果进行比较,发现普氏理论和太沙基理论计算结果都远大于实测值,改进理论计算结果稍大于实测值,更适合于深埋顶管顶力估算。     

利用标贯击数估算静压桩的沉桩阻力

选用最易获得的标准贯入试验锤击数估算静力压入桩的沉桩阻力,提出了经验公式。对桩端阻力、桩侧阻力在土层中的变化等计算的细节问题进行了讨论,并编制了计算结果可视化的程序。2个工程实例的计算结果表明,用标贯锤击数估算静压桩沉桩阻力的方法是可行的,计算出的压桩力满足工程精度要求,可以方便的用于判断沉桩可能性、估算承载力、选择沉桩设备等。