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地表均布超载作用下软土地区既有盾构隧道周围附加土压力与变形计算方法

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中国铁道科学 2018年第6期39卷 52-60页

作者：黄大维周顺华冯青松刘林芽石钰锋罗伟华东交通大学铁路环境振动与噪声教育部工程研究中心江西南昌330013 同济大学道路与交通工程教育部重点实验室上海201804

在地表均布超载导致既有盾构隧道对周围土体的相对挤压量计算方法的基础上,根据隧道变形与其周围土压力、土体压缩变形的关系,提出既有盾构隧道附加土压力与隧道变形的解析计算方法。该计算方法不仅考虑隧道穿越土层、上覆土层、下卧土... 详细信息

在地表均布超载导致既有盾构隧道对周围土体的相对挤压量计算方法的基础上,根据隧道变形与其周围土压力、土体压缩变形的关系,提出既有盾构隧道附加土压力与隧道变形的解析计算方法。该计算方法不仅考虑隧道穿越土层、上覆土层、下卧土层的物理力学性能,而且考虑盾构隧道的横断面变形刚度。通过工程案例对提出的计算方法进行验证性分析。结果表明:从隧道椭圆度来看,解析计算结果与现场实测结果吻合较好;从隧道周围附加土压力以及隧道上覆土层中的附加竖向土压力来看,提出的附加土压力与隧道变形的解析计算方法可行,计算过程简化合理。对比分析是否考虑竖向相对挤压对应的2种隧道周围附加土压力模式表明,考虑竖向相对挤压附加土压力模式时的隧道变形更大。

关键词：盾构隧道地表均布超载相对挤压附加土压力隧道变形

地层注浆附加土压力形成及影响因素单元体试验研究

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岩石力学与工程学报 2024年第S01期43卷 3520-3529页

作者：黄大维罗仲睿罗文俊朱碧堂刘家璇赵梽錡华东交通大学轨道交通基础设施性能监测与保障国家重点实验室江西南昌330013 华东交通大学江西省防灾减灾及应急管理重点实验室江西南昌330013

地层注浆已成为既有隧道变形恢复的重要技术,为探明浆液扩散及注浆附加土压力的形成机制与影响因素,设计地层注浆单元体试验,在砂土、橡胶粒地层中分别注入不同含水量的浆液,采用模型试验的方法探究注浆过程中浆液的扩散模式及附加土压... 详细信息

地层注浆已成为既有隧道变形恢复的重要技术,为探明浆液扩散及注浆附加土压力的形成机制与影响因素,设计地层注浆单元体试验,在砂土、橡胶粒地层中分别注入不同含水量的浆液,采用模型试验的方法探究注浆过程中浆液的扩散模式及附加土压力的形成规律,试验结果表明:(1)相比于低含水量浆液,高含水量浆液在砂土地层内易发生劈裂扩散;(2)高含水量浆液在橡胶粒地层中易发生渗透扩散,而低含水量浆液在橡胶粒地层中主要以劈裂扩散为主;(3)低含水量浆液在砂土地层的浆脉厚度大于橡胶粒地层的浆脉厚度,注浆导致的附加土压力也更大;(4)注浆材料与地层土体的物理力学性能共同决定了浆液的扩散发展过程,进而影响注浆附加土压力的大小。

关键词：隧道工程盾构隧道恢复注浆附加土压力单元体模型试验

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车辆荷载在挡土墙上引起的附加土压力研究

公路交通科技 2018年第7期35卷 22-28页

作者：刘泽蒋梅东黄天棋何矾湖南科技大学土木工程学院湖南湘潭411201 湖南科技大学岩土工程稳定控制与健康监测湖南省重点实验室湖南湘潭411201

为了研究路面车辆在挡土墙上引起附加土压力的分布规律,结合330国道莲都至缙云段改扩建工程中悬臂式挡土墙的施工,在挡土墙的底板上方和立板内侧埋设了一系列的土压力盒,以工地施工用30 t自卸式货车为荷载源,采用定点停车方式加载,测试... 详细信息

为了研究路面车辆在挡土墙上引起附加土压力的分布规律,结合330国道莲都至缙云段改扩建工程中悬臂式挡土墙的施工,在挡土墙的底板上方和立板内侧埋设了一系列的土压力盒,以工地施工用30 t自卸式货车为荷载源,采用定点停车方式加载,测试了路面车辆荷载(静载)引起的附加竖向和侧向土压力,并将测试结果与规范均匀分布法和弹性力学Boussinesq解进行了对比分析。结果表明:实测附加侧向土压力沿墙高呈非线性分布,峰值出现墙高的中部,峰值随车辆停车位置距挡土墙距离的增加而减小;底板上的附加竖向土压力在横断面方向上也为非线性分布;附加土压力实测值与现行公路设计规范采用的均匀分布法计算结果有较大的差异;若采用均匀分布法确定车辆荷载引起的附加侧向土压力,附加侧向土压力引起的弯矩或倾覆力矩可能被低估,使挡土墙下部的抗弯拉能力和抗倾覆能力不足,同时对于变截面挡土墙(墙身截面尺寸随高度增加而减小),可能造成墙身中上部抗剪强度过小而发生剪切破坏;实测附加侧向土压力的分布规律与Boussinesq解基本一致,但竖向附加土压力较Boussinesq解要大。建议在挡土墙(特别是重载道路挡土墙)设计时采用多车道同时作用有标准车辆时的Boussinesq解作为挡土墙的车辆附加荷载。

关键词：道路工程附加土压力现场试验车辆荷载挡土墙

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附加土压力理论的物理模型试验研究

南昌大学学报（工科版） 2019年第1期41卷 40-44,50页

作者：王成华王晓旋天津大学建筑工程学院天津300350

为了验证附加土压力理论中挡土结构土压力的大小和分布与其侧向位移有关这一论点,设计了用弹簧代替土层的基坑物理模型,并进行了模拟基坑开挖过程的物理模型试验。将土压力分为实有土压力、附加土压力和静止土压力,探究土体弹簧模型的... 详细信息

为了验证附加土压力理论中挡土结构土压力的大小和分布与其侧向位移有关这一论点,设计了用弹簧代替土层的基坑物理模型,并进行了模拟基坑开挖过程的物理模型试验。将土压力分为实有土压力、附加土压力和静止土压力,探究土体弹簧模型的变形机制,发现附加土压力和弹簧变形呈线性关系,验证了土体变形的原因是附加土压力这一观点的合理性。

关键词：附加土压力土压力与位移关系土弹簧模型模型试验

基于附加土压力的深筒形基坑挡土结构三维变形分析与试验验证

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基于附加土压力的深筒形基坑挡土结构三维变形分析与试验验证

作者：韩亚飞天津大学

学位级别：硕士

支护结构的变形分析是基坑支护设计的主要内容,根据基坑的不同安全等级,将支护结构的变形限制在一定的限值范围内。现在工程中常用计算支护结构变形的方法是弹性抗力法,但这一方法存在精度不高、不能反映基坑变形空间效应、适用性较差... 详细信息

支护结构的变形分析是基坑支护设计的主要内容,根据基坑的不同安全等级,将支护结构的变形限制在一定的限值范围内。现在工程中常用计算支护结构变形的方法是弹性抗力法,但这一方法存在精度不高、不能反映基坑变形空间效应、适用性较差等缺点。为了进一步提高基坑变形分析的能力和水平,本文采用现场模型试验、连续介质有限元方法和三维弹性抗力法对基坑支护结构的三维变形及其上作用的实有土压力及附加土压力进行了分析研究,重点研究深筒形基坑的三维变形规律和空间效应。主要进行以下几方面的工作:1、开展了基坑空间性状的室外模型试验,试验测量的数据包括:基坑分步开挖和基坑一侧分级施加局部超载工况下,桩侧主被动区土压力、桩体应变、桩体测斜和支护桩顶部位移。2、使用ABAQUS对模型试验开挖和超载的每一个工况进行了模拟。分析了基坑一侧施加超载时,支护结构不同位置的变形规律。探究了超载对支护结构位移的影响范围。对每个工况墙后土压力分布和变化规律进行了分析。3、使用ABAQUS建立不同平面尺寸基坑的有限元模型,分析了平面尺寸和开挖深度对基坑支护结构空间效应的影响。4、建立了实体桩有限元模型,对比等效地连墙模型和实际支护桩模型在基坑开挖过程中的不同的变形规律和计算结果,为现在常用的等效地连墙模型的计算方法提出改进建议。5、对既有支护结构三维弹性抗力法程序Three Dimensional Analysis Program of Piles Retaining Structures(TDAP)进行修订,并使用该程序计算了算例,同样研究了不同平面尺寸基坑的空间效应。基于程序的不足,指出程序的进一步改进方向。6、分析了室外模型试验基坑的整体变形规律和桩侧土压力分布,并和数值模拟结果的规律进行比较,证明了有限元计算的合理性。

关键词：附加土压力基坑开挖模型试验数值模拟弹性抗力法

挡土结构附加土压力与位移关系的试验研究与数值分析

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挡土结构附加土压力与位移关系的试验研究与数值分析

作者：伍露露天津大学

学位级别：硕士

挡土结构土压力大小和分布与墙土变形有关。挡土结构尤其是基坑工程支护结构设计理论的发展关键在于正确认识挡土结构土压力与墙土变形的内在联系并准确计算作用在支护结构上的土压力。现有理论表明土压力越大,挡土结构位移越大,然而大... 详细信息

挡土结构土压力大小和分布与墙土变形有关。挡土结构尤其是基坑工程支护结构设计理论的发展关键在于正确认识挡土结构土压力与墙土变形的内在联系并准确计算作用在支护结构上的土压力。现有理论表明土压力越大,挡土结构位移越大,然而大量的工程测试及数值分析表明,对于基坑某一边,中部位移大,实际土压力小,而角部挡土结构位移很小,实际土压力却很大。由此,目前基坑变形采用实有土压力的计算理论的合理性是值得商榷的,而采用附加土压力分析水平荷载作用下挡土结构和土体变形可能更为合理。本文采用室内模型试验和数值模拟相结合的方法对挡土结构土压力与位移进行了研究,探讨了挡土结构实有土压力、附加土压力与位移之间的关系。主要进行了如下工作:1.对挡土结构土压力与位移的现有研究成果进行综述,提出导致土体和挡土结构产生侧向变形的是附加土压力而非实有土压力,应采用附加土压力计算挡土结构与土体位移。2.进行了挡土结构土压力与位移关系的室内模型试验。根据启明星软件分析结果确定挡土板的厚度以及基坑开挖深度,进行多次干砂填料的基坑开挖试验,量测挡土结构的土压力与位移,计算挡土结构弯矩,研究挡土结构土压力、位移、弯矩的大小和分布,探讨土压力随位移的变化规律。3.开展了柔性挡土结构土压力与位移关系的有限元数值分析。利用非线性有限元软件ABAQUS建立平面有限元模型,模拟填土为砂土的基坑开挖过程,对平面应变情况下的柔性挡土结构土压力与位移进行数值分析。探讨基坑应力场与位移场随开挖进度的变化,分析土压力随位移的变化规律。4.对比试验实测值与数值计算结果,得到挡土结构位移与土体位移一致,满足变形协调原理。绘制附加土压力与位移的关系曲线,提取不同区域不同测点处的应力路径,通过函数拟合得到考虑位移的土压力计算公式,深入分析挡土结构实有土压力、附加土压力与位移之间的关系。5.建立有限元模型,对不同位移模式下刚性挡土结构进行数值模拟,分析不同位移模式下刚性挡土结构土压力大小和分布以及土压力随位移的变化,探讨实有土压力、附加土压力与位移之间的关系,进一步论证本文提出的考虑位移的土压力公式的合理性。

关键词：附加土压力模型试验数值分析应力路径土压力与位移关系

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基于附加土压力的深筒形基坑空间效应研究

基于附加土压力的深筒形基坑空间效应研究

作者：王晓旋天津大学

学位级别：硕士

深筒形基坑由于其平面尺寸较开挖深度小,存在明显的空间效应,传统的设计计算方法未能合理地考虑空间效应的影响,使得设计结果与实际情况有较大差别。为了进一步了解深筒形基坑的空间效应特点,同时研究土体变形的内在机理,本文采用室内... 详细信息

深筒形基坑由于其平面尺寸较开挖深度小,存在明显的空间效应,传统的设计计算方法未能合理地考虑空间效应的影响,使得设计结果与实际情况有较大差别。为了进一步了解深筒形基坑的空间效应特点,同时研究土体变形的内在机理,本文采用室内深筒形基坑模型开挖试验和三维有限元数值模拟方法对深筒形基坑的空间效应、支护结构上土压力和位移的关系进行了分析研究。本文的主要工作有以下几个方面:1.对当前深基坑空间效应的研究成果进行了综述,总结了空间效应的表现规律以及计算方法和理论。认为目前对于基坑支护结构空间效应的研究仍处于初步的定性分析阶段。2.开展了室内模型试验研究深筒形基坑的空间效应。自行设计制作试验模型,量测支护结构的位移、弯矩及其所受土压力,对不同尺寸、有无荷载情况下的深筒形基坑开挖过程中的土压力、支护结构位移及弯矩的大小和分布规律进行研究。3.对相应的深筒形基坑室内模型试验进行了数值模拟。深入分析了深筒形基坑支护结构位移及其土压力的分布规律,并通过模型试验和数值模拟的结果,对支护结构变形和实有土压力及附加土压力之间的关系做了研究。4.对深筒形基坑的空间效应进行了量化定义,提出了空间效应比的概念。使用空间效应比对砂土基坑支护结构的室内模型试验结果进行了分析,发现空间效应比均随开挖的进行有显著的变化,用空间效应比描述空间效应有一定的可行性。5.通过室内试验和数值模拟的结果,对深筒形基坑空间效应的特点进行了归纳总结。对基坑周围土体的变形和应力情况进行了分析,土体存在水平平面和竖向平面内的土拱效应,两者都是土体在三维空间中的空间效应的体现,结合起来分析,建议定义为土壳效应。

关键词：深筒形基坑空间效应附加土压力模型试验土壳效应

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基于附加土压力的基坑支护结构三维变形分析

基于附加土压力的基坑支护结构三维变形分析

作者：李凯天津大学

学位级别：硕士

基坑支护结构的变形问题实际上是一个三维问题,现有的二维分析方法未能考虑基坑空间效应、桩土相互作用等的影响,在计算结构复杂、工况较多的深基坑工程时,所得结果精度略差。针对这些问题,本文主要做了如下工作。1.编写了可用于排桩支... 详细信息

基坑支护结构的变形问题实际上是一个三维问题,现有的二维分析方法未能考虑基坑空间效应、桩土相互作用等的影响,在计算结构复杂、工况较多的深基坑工程时,所得结果精度略差。针对这些问题,本文主要做了如下工作。1.编写了可用于排桩支护结构的三维变形分析程序。该程序集合了实有土压力理论与附加土压力理论,可以通过修改数据文件和程序代码实现对不同工况、不同土性、不同开挖深度等条件下支护结构的内力与变形进行数值分析。2.进行了排桩支护结构内力与变形的室内模型试验。初步选定支护结构的材料与尺寸、填土的土性参数,然后根据自编程序分析确定基坑开挖深度及测点布置,多次进行砂土基坑开挖试验,量测挡土桩的位移和弯矩,对比两种土压力计算方法下挡土桩位移与弯矩的分布,研究挡土桩位移和弯矩的大小和分布,最终验证程序的正确性,并对附加土压力理论的适用性进行了探讨。3.基于附加土压力的基坑支护结构三维变形分析。建立基本算例,利用本文计算方法及自编程序,深入分析了基坑开挖深度、嵌固深度及基坑平面尺寸对支护结构受力及变形性状的影响,并得出相应规律,为支护结构优化设计提供了参考,具有一定的研究意义。

关键词：支护结构附加土压力空间效应模型试验数值分析

深筒形基坑空间附加土压力与挡土结构变形关系的室外试验与数值模拟研究

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深筒形基坑空间附加土压力与挡土结构变形关系的室外试验与数值模...

作者：崔晓峰天津大学

学位级别：硕士

对于基坑支护设计而言,正确认识土压力与挡土结构变形关系至关重要。现有的基坑支护设计方法中,仍采用土体的实有土压力来分析土体变形,并未充分考虑土与挡土结构的相互作用。实际上,挡土结构前后土体变形是由附加土压力而非实有土压力... 详细信息

对于基坑支护设计而言,正确认识土压力与挡土结构变形关系至关重要。现有的基坑支护设计方法中,仍采用土体的实有土压力来分析土体变形,并未充分考虑土与挡土结构的相互作用。实际上,挡土结构前后土体变形是由附加土压力而非实有土压力引起的。这一关系已经过在本校开展的挡土结构基坑试验得到初步证实。本文为了进一步验证这一关系,在室外粘性土中开展了深筒形基坑模型试验,并进行了三维有限元数值模拟,同时分析深筒形基坑实有土压力、附加土压力以及挡土结构变形间的变化规律和相互关系。本文的主要工作包括:1.对土压力与挡土结构变形方面的研究成果作述评,总结出土压力计算方法以及土压力与挡土结构变形关系的研究中主要存在的问题或不足,并给出改进方法。2.在室外粘性土中开展深筒形基坑模型试验,对基坑开挖及超载施加过程中的土压力、挡土结构变形及弯矩的大小、分布规律进行研究,并分析了实测土压力与挡土结构变形间的关系。3.利用ABAQUS建立针对室外试验的深筒形基坑三维有限元模型,对挡土结构土压力与变形随基坑开挖及超载施加时的变化规律进行数值模拟,对比分析空间土压力与挡土结构变形关系。4.通过对比分析室外模型试验与数值模拟结果,进一步分析深筒形基坑附加土压力与挡土结构变形关系的规律性。通过上述研究工作得到主要结论:1)基坑开挖过程中,空间实有土压力表现为非线性的分布特性,且与挡土结构变形负相关;2)附加土压力随挡土结构变形增大而增大,附加土压力与挡土结构前后土体变形一一对应,土与挡土结构变形协调;3)超载的施加会对空间土压力及挡土结构变形产生较大影响。

关键词：深筒形基坑空间土压力附加土压力挡土结构变形超载