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基于双参数地基的隧道预支护拱棚壳体力学模型

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工程科学与技术 2023年第4期55卷 142-152页

作者：石钰锋张涛曹成威阳军生陈祥胜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 长沙国欣房地产开发有限公司湖南长沙410007 中南大学土木工程学院湖南长沙410075

隧道预支护技术作为重要施工辅助方法,除能够有效加固围岩外,还具有良好的承载、抑制变形作用。为了更好地模拟隧道预支护拱棚的真实受力,基于注浆管棚、水平旋喷拱棚所呈现出的壳体特性,首先,建立正交曲线坐标系,通过位移函数求解控制... 详细信息

隧道预支护技术作为重要施工辅助方法,除能够有效加固围岩外,还具有良好的承载、抑制变形作用。为了更好地模拟隧道预支护拱棚的真实受力,基于注浆管棚、水平旋喷拱棚所呈现出的壳体特性,首先,建立正交曲线坐标系,通过位移函数求解控制方程;然后,引入Pasternak地基模型,建立Pasternak双参数地基的拱棚壳体力学模型;最后,推导出拱棚挠度、内力、地基反力的解析解表达式。将所提模型进行案例计算和数值验证,再对预支护拱棚的变形、横纵向受力及地基接触反力进行分析,探讨了拱棚设计参数对旋喷拱棚变形的影响。与既有文献的分析方法对比表明,所提模型考虑了岩土体的连续性和注浆加固区整体性影响,相比传统方法理论上更贴近拱棚预支护真实受力状态;解析法和数值法得出的整体挠度曲线均呈勺形分布,结果吻合程度较好。力学分析表明:纵向上,拱棚能很好地调整压力分布,一定程度上使内部围岩处于免压状态;以开挖面为界,拱棚纵向弯矩、剪力的影响范围约为5倍开挖进尺。横向上,拱脚处剪应力起主导作用,拱顶处主要由正应力主导且容易发生材料破坏。不同参数对拱棚结构变形影响程度不同,总体表现为初始挠度>开挖进尺>桩径>开挖高度。

关键词：隧道工程预支护拱棚壳体模型双参数地基解析解受力变形

冻结法地铁联络通道施工对邻近盾构隧道管片影响的测试分析

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现代隧道技术 2024年第1期61卷 190-199页

作者：石钰锋蔡家城张涛张晗秋李君贤顾大均华东交通大学土木建筑学院南昌330013 华东交通大学江西建筑设计院有限公司南昌330013 中南大学土木工程学院长沙410075 南昌轨道交通集团有限公司南昌330038 中国铁路南昌局集团有限公司南昌330009

为探究冻结法地铁联络通道施工对邻近盾构隧道管片的影响,依托南昌地铁1号线东延段瑶湖东站—麻丘站区间2#联络通道工程开展现场测试,对邻近管片水土压力、结构内力、竖向位移、净空收敛以及地表沉降进行长期监测。结果表明:(1)联络通... 详细信息

为探究冻结法地铁联络通道施工对邻近盾构隧道管片的影响,依托南昌地铁1号线东延段瑶湖东站—麻丘站区间2#联络通道工程开展现场测试,对邻近管片水土压力、结构内力、竖向位移、净空收敛以及地表沉降进行长期监测。结果表明:(1)联络通道开挖前,受冻胀力影响,邻近盾构隧道管片环外水土压力有所增大,其最大值分别为170 kPa、150 kPa,相较于冻结前分别增大11.1%、15.4%;土体稳定后水土压力最大值分别为173 kPa、148 kPa,相较于冻结前分别增大12.4%、13.8%。(2)受地层冻结影响,邻近管片最大弯矩、轴力分别为-103.1 kN·m、2314 kN,相较于冻结前分别增大28.09%和19.8%。(3)受冻胀力影响,邻近冻结侧管片安全系数降低,拱底附近安全系数降幅最大,为22.9%;土体解冻稳定后各管片安全系数增大但小于冻结前。(4)整个施工期间,地表最大隆起为2.18 mm,最大沉降为1 mm,管片最大上移量为2.3 mm,最大下沉量为0.9 mm,管片收敛变形最大值不超过3.4 mm,表明地铁联络通道冻结法施工具有较高的可靠性。

关键词：盾构隧道冻结法联络通道围岩压力受力变形现场测试

土岩复合地层超深圆形基坑内衬墙作用效果及优化

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吉林大学学报（地球科学版） 2023年第2期53卷 526-540页

作者：赵一行詹刚毅石钰锋简庆华华东交通大学江西省岩土工程基础设施安全与控制重点实验室南昌330013 江西省地下空间技术开发工程研究中心南昌330013 中铁上海设计院集团有限公司上海200070 中国冶金地质总局一局建设工程有限公司河北廊坊065201

为选择合理的支护方案,满足复杂地层条件下基坑的安全稳定和高效施工,以佛山市某超深圆形基坑为研究背景,采用数值模拟及现场监测手段,对土岩复合地层内衬墙作用效果进行分析,并分别对内衬墙厚度、施工方法、内衬墙布置形式进行优化。... 详细信息

为选择合理的支护方案,满足复杂地层条件下基坑的安全稳定和高效施工,以佛山市某超深圆形基坑为研究背景,采用数值模拟及现场监测手段,对土岩复合地层内衬墙作用效果进行分析,并分别对内衬墙厚度、施工方法、内衬墙布置形式进行优化。研究表明:内衬墙对地连墙受力变形起有利作用;相比有内衬墙支护,无内衬墙支护时地连墙受力变形增加较多,但均未超过规范要求预警值,表明该复合地层内衬墙具有一定的优化空间;地连墙水平位移、地连墙环向应力、坑外地表沉降量最大值与内衬墙厚度呈负相关,内衬墙厚度减小至0.80~0.60 m之间时,地连墙水平位移及环向应力作用效果减弱,内衬墙厚度减小至0.60~0.40 m之间时,坑外地表沉降量作用效果有所减弱;在最优厚度基础上,采用顺逆结合的施工方法既可保障基坑安全稳定,又可提高施工便利性。提出了不连续内衬墙布置形式,即,在最优厚度基础上,采用受压区较小时隔两层施作一层、较大时隔一层施作一层的布置形式,既安全又经济合理。

关键词：超深圆形基坑数值模拟内衬墙受力变形优化

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顶管隧道上穿既有地铁隧道影响机制

长安大学学报（自然科学版） 2024年第3期44卷 104-115页

作者：翁效林温博徐君辉秦婧婧邢卓航长安大学公路学院陕西西安710064 陕西诚信电力工程监理有限责任公司陕西西安710054

为了研究顶管隧道上穿既有地铁隧道施工对既有隧道及周围土体的影响,以电缆隧道上跨西安地铁5号线为研究背景,基于自主设计室内顶管顶进试验装置,采用模型试验和有限元数值模拟相结合的方法研究顶管隧道上跨既有地铁隧道影响机制。试验... 详细信息

为了研究顶管隧道上穿既有地铁隧道施工对既有隧道及周围土体的影响,以电缆隧道上跨西安地铁5号线为研究背景,基于自主设计室内顶管顶进试验装置,采用模型试验和有限元数值模拟相结合的方法研究顶管隧道上跨既有地铁隧道影响机制。试验主要对地表位移、既有隧道应变和既有隧道上方的土压力进行分析,并通过数值模拟对模型试验进行补充研究和对比验证。研究结果表明:地表位移与顶管隧道的埋置深度成反比,当新建隧道埋深小于1.5D(D为隧道直径)时,埋深对地表位移影响较大;顶管轴线两侧土体变化趋势基本对称,与顶管轴线距离越大,土体变形量越小;顶管隧道施工对既有隧道引起位移变化的影响主要集中在顶管正交于既有隧道的位置,既有隧道随着顶管隧道的顶进,逐渐呈隆起状态,并且隧道的拱腰位置隆起要早于拱顶;隧道拱顶纵向最大附加应变均发生在隧道中部即对称面位置,且离顶管隧道轴线越近,附加应变变化也越大;附加应变的变化与夹土层厚度成反比;因试验中有多种客观因素的影响,数值模拟和模型试验的结果虽在数值上有一定差异,但变化规律存在着一致性,由此进一步验证了模型试验结论的可靠性。

关键词：隧道工程顶管上跨试验研究数值模拟地表位移受力变形

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预制装配式管廊的施工力学性能研究

应用力学学报 2023年第4期40卷 855-864页

作者：胡卓谢忠球吴敬龙江莲子中南林业科技大学土木工程学院长沙410000 中南林业科技大学岩土工程研究所长沙410004

以吉首市综合管廊一期工程为背景,基于预制管廊施工回填过程中的原型观测试验和ABAQUS中的“生死单元”功能,建立管廊施工回填过程的三维动态数值模型,研究施工回填过程中装配式管廊的受力变形特性。结果表明:回填阶段管廊结构受力变形... 详细信息

以吉首市综合管廊一期工程为背景,基于预制管廊施工回填过程中的原型观测试验和ABAQUS中的“生死单元”功能,建立管廊施工回填过程的三维动态数值模型,研究施工回填过程中装配式管廊的受力变形特性。结果表明:回填阶段管廊结构受力变形呈“两阶段”变化,管廊覆土深度小于2 m时,管廊结构整体上受力变形较小,管廊覆土深度大于2 m时,管廊结构受力变形基本呈线弹性增长;覆土荷载对预制段、现浇段、预制段与现浇段搭接3种不同断面处的管廊结构产生的纵向受力变形整体上大于横向变形,管廊结构顶板和底板跨中位置受力变形明显;就断面变形差异而言,预制段与现浇段搭接处横向受力变形明显。考虑施工过程中管廊的受力变形特性,在管廊结构设计时,对管廊结构顶板和底板的跨中、预制段承插口、尤其是预制段与现浇段搭接等部位需加以特别考虑。

关键词：预制装配式管廊回填观测数值模拟裂缝受力变形

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深基坑开挖对坑底桩受力变形特性的影响研究

建筑结构学报 2021年第5期42卷 177-186页

作者：刘畅郭悦郑刚闫城东天津大学建筑工程学院天津300072 滨海土木工程结构与安全教育部重点实验室(天津大学) 天津300072

随着基坑开挖深度不断加大,基坑开挖过程对已施工坑底工程桩的受力和变形影响不容忽视,针对该问题,对深开挖条件下桩基进行了桩身内力及位移的工程现场实测。对比分析不同位置及不同长度的坑底桩基在开挖过程中的受力和变形规律。结合... 详细信息

随着基坑开挖深度不断加大,基坑开挖过程对已施工坑底工程桩的受力和变形影响不容忽视,针对该问题,对深开挖条件下桩基进行了桩身内力及位移的工程现场实测。对比分析不同位置及不同长度的坑底桩基在开挖过程中的受力和变形规律。结合工程建立三维数值分析模型,基桩采用钢筋混凝土损伤模型,探究了基坑开挖深度、桩的相对位置等因素对桩身轴力、桩土侧摩阻力和桩身刚度的影响规律。结果表明:基坑开挖过程中,桩身受拉力作用;桩身混凝土在产生塑性应变前,桩身拉力随开挖深度增加逐渐增大;桩身混凝土应变超过极限拉应变后,拉力开始逐渐降低,桩身塑性区侧摩阻力变化显著。此外,坑底桩位置和桩长是影响其受力变形特性的重要因素。相同位置处,长桩的桩顶竖向位移更小;靠近基坑中心部位的桩顶竖向位移大,桩身塑性拉应变区较大。

关键词：深基坑开挖坑底桩现场实测受力变形损伤模型

高速铁路32 m简支箱梁墩台横桥向沉降静力影响及损伤评级

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土木与环境工程学报(中英文) 2023年

作者：余翠英杨沁婕罗文俊马斌华东交通大学土木建筑学院中铁二局集团有限公司华东交通大学理学院

针对高速铁路桥梁新旧线并行修建引起的横桥向墩台不均匀沉降的问题，利用ABAQUS有限元分析方法，选取高速铁路常用的32 m标准双线多跨简支梁桥，建立CRTSⅢ型单元板式无砟轨道-桥梁-墩台空间静力耦合模型；考虑不同沉降类型和沉降幅值... 详细信息

针对高速铁路桥梁新旧线并行修建引起的横桥向墩台不均匀沉降的问题，利用ABAQUS有限元分析方法，选取高速铁路常用的32 m标准双线多跨简支梁桥，建立CRTSⅢ型单元板式无砟轨道-桥梁-墩台空间静力耦合模型；考虑不同沉降类型和沉降幅值，研究横桥向桥墩不均匀沉降对轨道结构层间受力及其轨面变形规律，在此基础上提出适用于该桥型的单、双墩横桥向不均匀沉降静态损伤分级及维修建议。结果表明：横桥向墩台不均匀沉降对轨面高低不平顺影响最大，其次为扭曲和水平不平顺，且沉降墩顶处易出现变形极值；横桥向墩台仅单侧沉降时，单墩沉降差10、15、20 mm，伤损等级依次为Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级；需要关注桥墩横桥向双侧沉降情形，损伤比单侧沉降更严重；当沉降差达到20 mm时，自密实混凝土层横向拉应力超过C40混凝土抗拉强度限值，轨道结构存在开裂风险。建议日常保养时单、双墩横桥向不均匀沉降控制在10 mm及以下，应避免出现沉降15 mm及以上的不利情形。

关键词：高速铁路简支箱梁墩台沉降横桥向沉降受力变形静态损伤分级

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抗滑桩孔开挖对斜坡桥梁双桩基础影响分析

公路交通科技 2023年第12期40卷 107-114页

作者：马定乐董鹏晏长根万琪广东交通实业投资有限公司广东广州510000 交通运输部公路科学研究院北京100088 长安大学公路学院陕西西安710064 广东交科检测有限公司广东广州510550

为探究不同工况下抗滑桩孔开挖对斜坡桥梁桩基础的影响,在国内外已有研究成果的基础上,通过对桥梁双桩基础的受力特点进行理论分析,建立了双排桩各分段桩基的挠曲微分方程。提出了在抗滑桩孔开挖条件下的斜坡桥梁双桩基础的内力与变形... 详细信息

为探究不同工况下抗滑桩孔开挖对斜坡桥梁桩基础的影响,在国内外已有研究成果的基础上,通过对桥梁双桩基础的受力特点进行理论分析,建立了双排桩各分段桩基的挠曲微分方程。提出了在抗滑桩孔开挖条件下的斜坡桥梁双桩基础的内力与变形计算方法,并结合工程实例分析和验证了方法的可行性。确定并揭示了斜坡桥梁桩基础在邻近抗滑桩桩孔施工过程中的破坏模式和内在原因。结果表明:在斜坡桥梁下部抗滑桩桩孔开挖前,A桩与B桩的桩顶位移分别为8.46 mm和8.41 mm,桩身最大弯矩分别为1 020 kN·m和1 023.87 kN·m,基本满足设计要求;而当桥下抗滑桩桩孔开挖后,A桩与B桩桩顶位移分别为15.30 mm和15.29 mm,桩身最大弯矩分别为1 145.18 kN·m和1 024.4 kN·m;当桥下抗滑桩桩孔及桩间土全部开挖后,A桩与B桩桩顶位移分别为21.88 mm和21.41 mm,桩身最大弯矩分别为1 277 kN·m和944.28 kN·m;通过计算方法得出2种开挖情况前后桩顶位移和最大弯矩都不满足设计要求。综合工程案例中3种工况下斜坡桥梁桩身内力和变形的计算分析,案例中桥梁桩基发生破坏主要由桥梁下部抗滑桩桩孔的开挖引起边坡滑动,桩身横向受力加剧,导致桥梁桩基的受力状况发生改变,桩身发生挠曲变形,进而引发桩基变形。

关键词：桥梁工程计算方法理论分析斜坡桩基受力变形

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新型装配式混凝土挡土墙受力变形试验研究

人民长江 2024年

作者：李巍张逸博姚洪锡中铁第四勘察设计院集团有限公司武汉大学土木建筑工程学院

为了推广装配式挡土墙在边坡支挡中的应用，设计出一种新型装配式混凝土挡土墙，对其受力变形及土压力进行研究。挡土墙由实心混凝土预制块拼装而成，预制块间采用榫槽及水泥砂浆粘结进行连接；挡墙A预制块留预制孔，并在拼装完成后整... 详细信息

为了推广装配式挡土墙在边坡支挡中的应用，设计出一种新型装配式混凝土挡土墙，对其受力变形及土压力进行研究。挡土墙由实心混凝土预制块拼装而成，预制块间采用榫槽及水泥砂浆粘结进行连接；挡墙A预制块留预制孔，并在拼装完成后整体插筋灌浆，挡墙B预制块不留预制孔。开展装配式混凝土挡土墙现场试验，研究挡墙的整体变形和上下预制块连接处的局部变形，验证榫槽结构和水泥砂浆粘结的可靠性；揭示挡墙的位移模式和土压力分布规律，并通过修正库仑主动土压力得到了该装配式挡土墙的主动土压力和变形土压力计算公式。其主要结论如下：榫槽结构和水泥砂浆粘结的连接形式较为可靠，挡墙A预制块间未产生相对转动，挡墙B预制块间仅在最大超载作用下产生轻微的相对转动，上层预制块绕下层向外转动；预制孔中插筋灌浆能增强预制块间的整体性并提升墙身刚度。挡墙在超载作用下整体绕基底中心转动，当超载为45kPa、墙顶位移为0.23%H（H为墙高）时墙后填土达到主动极限状态，土压力呈非线性分布；本文主动土压力计算公式可用于计算超载小于45kPa时的主动土压力，并给出了挡土墙变形土压力与位移之间的关系曲线。该装配式混凝土挡土墙承载性能良好，可以进行推广应用，研究成果可为该新型装配式挡土墙的设计计算及推广应用提供依据。

关键词：装配式挡土墙混凝土预制块现场试验受力变形位移模式土压力