盾构掘进过程土体变形特性数值模拟

运用三维有限差分软件FLAC3D对盾构掘进工程进行了数值仿真,仿真过程中考虑了盾构机、注浆压力、土仓压力等因素,得到了地表沉降槽和土体纵向变化规律,并与实测结果进行了对比,结果表明,吻合较好。     

城市盾构隧道水平冻结地层加固的数值分析

冻结地层加固法是一种环境影响小、加固效果好的地层加固方法,人工冻结壁的形成是一个复杂的热-力耦合问题。依托实际盾构隧道始发施工中冻结加固工程,采用有限差分软件Flac3D建立数值模型分析了地铁隧道水平冻结施工中温度场随时间的发展和分布特征,同时采用准热-力耦合的方法,分析了冻结施工中地表冻胀隆起变形规律。分析结果表明：冻结壁模拟交圈时间和设计交圈时间基本一致;冻结壁交圈前,地表冻胀隆起位移速率快,冻结壁交圈之后,地表冻胀变形逐渐趋近稳定。计算结论可供设计和施工参考,提供了一种简便的人工冻结加固施工的数值模拟方法。     

充水预压法加固油罐软土地基数值分析

利用有限差分程序FLAC3D对充水预压法加固油罐地基进行了数值模拟,详细分析了大型油罐地基的变形特性及形状,得出了一些有用结论,并将结果和监测数据进行了对比分析,显示了很好的一致性。     

南京下关软土深基坑施工引起的变形及控制研究

及时有效地预测基坑施工所引起的变形和对周边环境的影响,总结基坑变形控制技术、措施并验证其实施效果,对于软土地区深基坑的设计与施工具有重要指导意义。结合南京下关大唐南京发电厂生产科研及调度指挥综合楼基坑项目的工程实践,采用理论分析、数值模拟和施工监测等方法,对软土地区深基坑开挖引起的变形及变形控制方法进行了研究。     

天津地铁盾构施工地层变形实测及动态模拟

以天津地铁一号线工程为背景,通过现场实测得到了盾构推进过程中地表的变形规律和隧道周围土体的扰动规律。利用有限元程序ABAQUS的单元生死技术模拟盾构前进过程,并对工程盾构开挖过程进行了仿真模拟。结果表明计算值与实测值吻合良好。     

软土深基坑变形特征的数值模拟分析研究

选用Drucker-Prager弹塑性本构关系,建立了模拟深基坑开挖和支护全过程的平面有限元数值模型。运用该模型并结合工程实际,分析了深基坑开挖过程中边坡土体的应力场和塑性区的分布规律以及沉降、位移和坑底隆起3种基坑变形的机理,找出了影响深基坑变形的主要因素:支护结构的刚度、支护结构入土深度、基坑开挖深度和宽度以及地层强度参数等。     

深基坑工程变形控制与有限元数值模拟分析

首先对深基坑工程变形控制进行了详细的论述，提出了基坑有效系数、有效区、失效区、临界线的新概念，提出了深基坑变形控制参考标准和经济有效的变形控制对策。简介了自制的深基坑工程变形控制优化设计及其有限元数值模拟系统（SDCDEFEM）。利用该系统及应用实例分析，得出了简明估算深基坑最大变形及其位置的统计关系式。     

机械预切槽法开挖软土隧道地层变形研究

软土中的机械预切槽法是超前支护的一种，在预筑拱的保护下可以安全高效地开挖隧道。在隧道力学和弹塑性理论的基础上，利用自行开发的三维程序，分析了机械预切槽法与常规全断面法开挖隧道时引起的地层变形。计算结果显示：机械预切槽法形成的预支护作用在控制地层变形方面较常规全断面法具有明显的优势，预切槽法可以减少隧道施工对地层变形的影响范围和影响程度，可以用于对地表沉降控制较严格地区的隧道施工。     

地铁盾构穿越建筑物施工位移的数值分析

在总结地铁盾构施工的控制原则以及盾构通过临近群桩的动态预测方法的基础上,结合武汉地铁的设计,采用数值模拟方法对地铁盾构穿越汉口火车站区时地面及建筑物桩群进行模拟,分析了盾构穿越一般底层和穿越群桩基础两种不同的情况的位移情况,从而对盾构隧道对城市地面以及建筑物的影响做出评价,提供了盾构穿越建筑物施工安全控制的建议。     

盾构动态掘进中围岩变形特性的数值实验研究

为了解软弱土层盾构隧道围岩的变形特性,结合某市地铁盾构下穿既有桥梁结构工程实例,建立每个分析步下盾构动态掘进三维数值模型。模型建立在库仑屈服准则和孔隙水达西定律推导的固结有限元方程上,综合考虑刀盘扭矩、推进力、土仓压力、桥基荷载及孔隙水压力等影响盾构施工质量的诸多因素,结合室内三轴实验和现场实测数据,对盾构动态掘进过程建模原理、模型合理性、围岩变形特性及桥梁结构安全等问题进行研究。研究结果表明:盾构掘进对围岩变形影响表现为接近、穿越和远离3个阶段;盾构接近断面时,受刀盘扭矩、推进力和土仓压力的影响,前方地表出现拱起;盾构穿过、远离断面后,围岩发生沉降、向隧道内和向前运动趋势,变形主要集中洞口上方,呈槽型;地表/桥基沉降计算和实测值吻合,围岩变形能够满足盾构隧道施工安全。     

斜井盾构掘进时富水围岩变形特性模拟分析

在富水软岩地层中进行盾构掘进施工过程时,围岩应力状态会发生变化。准确掌握其变化规律,有利于采取合适的处置方法,避免发生斜井垮塌涌水和卡盾抱箍等工程事故。以往研究一般只考虑盾构、斜井和软岩中的一个或两个条件,也未对有无渗流两种工况进行对比,并较少涉及不同埋深条件下坡度的影响。文章采用有限元计算模型研究盾构在富水软弱地层中掘进过程中围岩的力学特性,通过选择若干观测断面进行监测,得出软岩整体呈现“横鸭蛋式”椭圆形变化趋势,且顶部比两侧和底部更容易受到施工扰动,在渗流条件下该趋势得到加强;设定5种埋深和5种斜井坡度条件,模拟盾构在掘进过程中不同条件下顶部和侧向监测点的位移,结果显示:盾构洞周拱顶竖向位移一般大于两侧水平位移;当斜井纵坡坡度<4°时,盾构顶部监测点竖向位移与侧向监测点水平位移相差较小,但均随斜井埋深的增大而增大;坡度超过4°后,盾构掘进引起的顶部竖向位移与侧向水平位移间差值随着埋深的增加而逐渐增大。     

刚性桩加固软土路基失稳破坏数值模拟

为控制路堤的整体稳定性,刚性桩现已常用于软土路基的加固。本文引入了桩体的断开机制,采用有限元软件ABAQUS对刚性桩加固软土路基的失稳破坏模式进行分析,相较于传统的数值模拟方法,体现了路堤荷载作用下,刚性桩的渐次失稳破坏过程。在此基础上,考虑桩体可能优先发生的弯曲破坏,提出将临界比例n作为判断桩体优先发生剪切破坏或弯曲破坏的临界值,并将其作为本文桩体断开机制的终止判别条件,合理地规避了数值模拟软件定量计算存在的较大误差。最后,将本文数值模拟与传统的数值模拟、等效砂桩法的数值模拟进行对比,结果反应出本文数值模拟方法的合理性与可靠性,工程上可通过增大前排桩的抗弯强度或限制桩体的水平位移,提高路堤的整体稳定性。     

施工期软土路基沉降数值模拟分析

探讨施工期路堤填筑速率对软土路基沉降和稳定性的影响,以某高速公路为例,建立断面模型,对不同路堤填筑情况下的路基沉降进行数值模拟.结果表明,填筑速率越大,沉降速率越大,过快的填筑速率会影响路基的稳定性,但对最终沉降量影响不显著.     

软土基坑变形失稳形态模拟试验研究

通过不同土性、地下水条件下软土基坑开挖变形失稳的模拟试验, 研究了软土基坑开挖变形发展直至失稳破坏的全过程。通过试验研究, 初步认为软土基坑坑壁在无支护或支护刚度较小的情况下, 其坑壁破坏形态呈抛物线型; 在基坑开挖范围内若存在有砂性土, 且地下水位较高时, 易于发生流砂渗透破坏, 并导致了地表沉陷, 但侧向变形相对较小; 而对于因承压水引起的坑底土体隆起变形, 若不考虑土体的强度特性, 计算结果是偏于安全的。     

软土固结试验数值模拟

基于太沙基一维固结理论,采用有限差分法对室内固结试验进行了数值分析,编制了室内固结试验的C++数值程序和自动求解固结系数的Matlab拟合程序,该程序能够模拟不同尺寸（排水高度）软土试样的固结过程。讨论了试样尺寸、渗透系数和初始固结应力对模拟结果的影响。数值结果显示随着排水高度和渗透系数的增加,由时间平方根法和时间对数法求解的固结系数比不断减小,且排水高度较小时固结系数比变化较快。土体初始应力越小,主固结完成所需的时间越长。与日本广岛重塑土大尺寸试样固结试验结果进行了比较分析。研究结果表明所采用的数值方法能够较好地模拟软土的固结试验过程,可以进行一定条件下大尺寸软土试样的固结特性研究,研究成果对于揭示软土的固结变形发展有一定的理论价值和实际意义。     

某软土地区深基坑开挖数值模拟分析

以某软土地区深基坑开挖为背景,运用有限元方法计算模拟了基坑开挖的不同阶段,分析不同工况下基坑及周围土体的变形和受力情况,并对不同施工方式下基坑变形和受力进行了对比分析。数值分析表明软土地区深基坑开挖时,需采取相应的施工措施,控制基坑变形和受力,确保工程安全顺利进行。研究结论可为类似工程提供借鉴与参考。     

砂土层中盾构掘进实测数据及数值模拟分析

相对于其他土层,盾构在富水砂层中掘进的风险更大,但目前盾构掘进引起砂层变形的机制并不清楚。依托广州某电力隧道项目,选取一典型富水砂性地层断面对盾构隧道施工引起的地层变形进行高频率、近距离的监测,得到以下几点认识可供类似的工程参考：（1）富水环境下,相对于均质砂层,隧道处于粉砂+粗砂地层组合更容易发生渗透破坏。此情况下,粉砂层在承受更大渗透力同时,又受粗砂层强烈补给供水,非常容易被侵蚀甚至掏空。（2）地层均匀损失与局部集中损失引起地层扰动规律有较大的不同。地层均匀损失时由于拱效应没集中局部损失的强,其扰动范围、地表沉降及水平位移均更大。水平位移最大值的位置与地层损失的非均匀化也密切相关。地层均匀损失时,隧道两边最大水平位移发生在隧道高程范围内;但地层非均匀损失（隧道顶部局部塌落）时,发生最大的水平位移的位置会明显上移。（3）渗透力的作用使得地层扰动范围扩大。（4）地层损失率受注浆影响严重,隧道附近大,地表最小,隧道上方土体呈松散化趋势。     

双圆盾构穿越下立交结构的流-固耦合数值模拟

依托上海轨道交通M10线双圆盾构区间隧道工程,对自由场下双圆盾构隧道施工力学行为进行三维有限差分数值模拟,分析了盾构施工地表沉降及超孔隙水压力的特征、量值与范围,并与监测结果进行对比,以得到能够反映施工技术水平的模拟施工参数。将该模拟施工参数应用于下立交下双圆盾构的推进,用以预测盾构掘进对下立交底板的影响。研究结果表明,在三面封闭的条件下,盾构施工引起的正超孔压很难向外界消散、负超孔压也很难得到外界水位的补给;在开挖面前方,底板受到挤压力,且挤压力主要由超孔隙水压力组成;沿横向方向,作用在下立交底板下的超孔隙水压力分布较均匀,而土体颗粒的挤压力则主要分布在其中线附近;下立交结构的刚性位移是引起底板沉降的主要原因,底板变形引起的沉降较小,变形最大值在盾尾脱离时取得。     

粉砂地层盾构隧道开挖面稳定性离心试验及数值模拟

通过开展离心模型试验,对干粉砂及饱和粉砂中盾构隧道开挖面的失稳破坏特性和极限支护压力进行了研究。通过远程控制开挖面土体位移,获得了支护压力与开挖面位移间的关系曲线及开挖面达到主动极限平衡状态时的破坏模式。2组干砂离心模型试验结果表明,当隧道埋深与隧道直径比从0.5增大到1时,开挖面破坏模式从整体坍塌破坏转变为烟囱状,但极限支护压力变化较小。饱和砂土中的试验表明,开挖面水平方向破坏范围相比在相同埋深干砂中的范围扩大,极限支护压力显著增加。对开挖面破坏过程进行三维弹塑性有限元数值模拟,获得了开挖面极限支护压力和破坏机制,所得结果与试验吻合较好。进一步通过数值模拟,分析了土体强度参数、隧道埋深及渗流对极限支护压力的影响规律。结果表明,渗流条件下开挖面破坏区域及极限支护压力均大于无渗流情况,极限支护压力随内摩擦角增大而减小,随隧道埋深增大而减小。     

盾构隧道施工地表变形分析与三维有限元模拟

随着地表建、构筑物密度与日俱增,在地铁建造过程中对地表环境的保护是一个越来越不容忽视的难题。盾构法隧道施工技术成功地应用于地铁施工之后,如何合理预测和控制盾构施工对地表变形的影响就成为了一个新课题。在查阅大量文献的基础上,总结前人的计算方法,利用有限元方法对某盾构隧道工程进行了三维的变形模拟分析,与实测的数据比较计算结果较为满意。