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黏性场地列车荷载影响下衬砌半渗透边界盾构隧道诱发地表固结沉降解

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中国公路学报 2022年第5期35卷 116-127页

作者：张治国沈安鑫徐晨马少坤 PAN Y T 蒋康明上海理工大学环境与建筑学院上海200093 广西大学土木建筑工程学院广西南宁530004 同济大学地下建筑与工程系上海200092 新加坡国立大学土木与环境工程系新加坡119077 自然资源部丘陵山地地质灾害防治重点实验室福建省地质灾害重点实验室福建福州350002

列车荷载作用下衬砌长期渗漏会显著影响软土盾构隧道周围土体的固结沉降,对邻近环境和地铁的安全运营造成不良影响。针对盾构隧道周围土体固结沉降的既有理论研究一般多考虑衬砌不透水条件,较少考虑衬砌渗漏水及列车荷载耦合作用对于地... 详细信息

列车荷载作用下衬砌长期渗漏会显著影响软土盾构隧道周围土体的固结沉降,对邻近环境和地铁的安全运营造成不良影响。针对盾构隧道周围土体固结沉降的既有理论研究一般多考虑衬砌不透水条件,较少考虑衬砌渗漏水及列车荷载耦合作用对于地层固结沉降的影响。引入隧道衬砌半渗透边界和列车三角形循环时效荷载,基于Terzaghi-Rendulic固结理论,采用Boltzmann三元件模型模拟土体流变效应,推导了列车荷载作用下黏弹性地层盾构隧道渗漏水诱发的土体超孔隙水压力消散和地表固结沉降的复变函数解析表达式,并与6个工程实测数据进行对比,验证了所给出解析解的正确性与适用性。此外,通过参数分析讨论了衬砌-土体渗透比和列车荷载参数对土体固结沉降的影响。结果表明:衬砌-土体渗透比是影响盾构扰动地层固结快慢的主要影响因素,衬砌-土体渗透比越大,固结完成时间越早;列车荷载作用下,早期固结沉降速率相较于不考虑列车荷载时会有较明显的增加,但在列车荷载当量增加后,固结沉降速率的增长有所放缓,且其增量与衬砌-土体渗透比密切相关,衬砌-土体渗透比越大,沉降增加量则越大;隧道衬砌可以视为扰动地层的排水边界,其加速了土体固结沉降,而列车荷载与衬砌半渗透性耦合,进一步改变了土体固结沉降形态。

关键词：隧道工程黏性地层渗漏水列车荷载固结沉降复变函数映射

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海上风电吸力桶基础固结沉降分析数值研究

海上风电吸力桶基础固结沉降分析数值研究

作者：赵树锋东南大学

学位级别：硕士

风力发电是世界上发展最快的绿色能源技术,我国东南沿海水深五十米以内的海域面积辽阔,且距离电力负荷中心较近,因此随着海上风电技术的发展,风电必将会成为我国东南沿海地区可持续发展的重要能源来源。目前,我国海上风电开发的总体趋... 详细信息

风力发电是世界上发展最快的绿色能源技术,我国东南沿海水深五十米以内的海域面积辽阔,且距离电力负荷中心较近,因此随着海上风电技术的发展,风电必将会成为我国东南沿海地区可持续发展的重要能源来源。目前,我国海上风电开发的总体趋势是由近浅海朝深远海发展以及风电机组的大容量化,可以预见对风机支撑结构的承载力和刚度要求骤升,导管架基础将逐步替代单柱式基础,成为海上风电基础的主要形式之一。由吸力桶支撑的多桶导管架基础作为近海大型风机新型基础形式具有诸多优点,然而由于我国近海海域土质较差,主导风向明确,吸力桶导管架基础在20～25年的服役期内,各吸力桶长期受到大小不同的竖向荷载作用,极易引发不均匀沉降,导致风机结构倾斜。然而国内外鲜少有对此课题的研究,因此吸力桶基础的固结沉降机理也成为了我国沿海吸力桶导管架风机基础设计的核心难题之一。本文利用PLAXIS有限元软件,对黏土海床中的吸力桶基础从安装-并网发电-固结沉降的全过程进行系统性研究,深入探讨了吸力桶基础长径比、土体强度特性、外荷载水平对初始荷载分配及固结沉降的影响,并基于数值模拟结果利用分层总和法提出了吸力桶固结沉降计算模型。主要工作及研究结论如下:(1)风机发电运行初期吸力桶基础荷载初始分配规律:本文模拟了海上风机的典型安装流程,考虑不同吸力桶长径比、土体不排水强度特性,进行参数化分析,探究对初始荷载分配规律的影响。结果表明,施加于吸力桶基础上的外荷载由顶盖、裙板内侧摩、裙板外侧摩共同承担,通过引入加载系数,绘制承载比例曲线,以反映不排水加载后不同情况下吸力桶各部分承载比例。(2)吸力桶基础固结沉降机理:利用有限元软件,模拟吸力桶基础在20～25年服役期内静载下固结沉降全过程,分析了吸力桶在固结过程中荷载重分配、土体有效应力发展以及附加应力变化规律。结果表明,随着土体固结,吸力桶顶盖所承担荷载将会向裙板内外侧摩转移,而由于桶内外土体固结速度不同,以及裙板两侧桶-土接触面相对位移的差异,裙板内外侧摩承担荷载比例不同。土体达到固结稳态时,吸力桶顶盖、裙板内侧摩、裙板外侧摩的承载比例与外荷载水平和裙板排水极限侧摩承载力相关。通过引入加载系数,绘制设计曲线,以准确反映稳态时吸力桶裙板内外侧摩分配规律。(3)吸力桶基础下附加应力分析:利用有限元软件,提取各模型中不同截面、不同时间的附加应力进行分析,并研究吸力桶各部分荷载与附加应力间的传递关系。结果表明,吸力桶下附加应力由两部分组成:顶盖向下传递的均匀附加应力以及内侧摩向下传递的附加应力,而裙板外侧摩则全部传递至远场。(4)沉降计算理论模型:根据上述数值模拟结果,结合稳态时吸力桶各部分荷载分配规律,以及附加应力传递规律,利用分层总和法提出吸力桶固结沉降计算模型。并结合PLAXIS有限元结果加以验证。

关键词：海上风电数值模拟吸力桶基础固结沉降

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盾构施工引起的固结沉降分析

岩土力学 2011年第7期32卷 2157-2161页

作者：敖日汗张义同天津大学机械工程学院天津300072

盾构在低渗透性土层中开挖,常常伴随着地表下沉,究其原因为超孔隙水压力消散引起固结沉降的结果。为对盾构施工引起土体的固结沉降进行研究,首先,根据隧道施工前后土体应力的变化值,应用Henkel超孔隙水压力理论,推导了隧道开挖引起的初... 详细信息

盾构在低渗透性土层中开挖,常常伴随着地表下沉,究其原因为超孔隙水压力消散引起固结沉降的结果。为对盾构施工引起土体的固结沉降进行研究,首先,根据隧道施工前后土体应力的变化值,应用Henkel超孔隙水压力理论,推导了隧道开挖引起的初始超孔隙水压力的计算公式,并采用数值分析方法,考虑了由于土体的固结引起的沉降变形。研究成果应用到上海地铁2号线,根据具体的地质条件进行理论计算分析。结果表明,隧道开挖引起的初始超孔隙水压力最大值位于隧道起拱线处,地表固结沉降预测值与实测值吻合较好。

关键词：隧道施工孔隙水压力固结沉降数值分析模型

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成层软黏土地基的固结沉降计算分析

岩土力学 2010年第3期31卷 789-793页

作者：周健周凯敏贾敏才史旦达同济大学地下建筑与工程系上海200092 同济大学岩土及地下工程教育部重点实验室上海200092 上海海事大学海洋环境与工程学院上海200135

针对实际工程中软黏土地基的成层特性及竖井有时并未打穿软土层情况,采用太沙基一维固结理论和巴伦固结理论的基本假定,利用固结度联系孔压与变形,提出一种简化成层软黏土地基的固结沉降计算方法,对竖向排水地基的固结度及沉降等进行预... 详细信息

针对实际工程中软黏土地基的成层特性及竖井有时并未打穿软土层情况,采用太沙基一维固结理论和巴伦固结理论的基本假定,利用固结度联系孔压与变形,提出一种简化成层软黏土地基的固结沉降计算方法,对竖向排水地基的固结度及沉降等进行预测。对计算的几个关键问题进行探讨:如固结系数的反演选择、竖井未打穿土层时,竖井底部成层地基固结度计算、压缩土层厚度选取等问题。在上述理论的基础上,用FORTRAN语言编写排水竖井固结程序CONSOL,在工程实践中得到应用,取得良好的效果。

关键词：成层地基固结沉降反演沉降预测堆载预压

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盾构施工扰动引起隧道固结沉降的估算方法

铁道学报 2012年第11期34卷 115-121页

作者：刘铭王志良同济大学地下建筑与工程系上海200092 昆明理工大学建筑工程学院云南昆明650500

以上海地铁为背景,探讨施工扰动造成隧道固结沉降的估算方法。将问题简化为平面应变问题;采用无量纲参数η和D反映盾构施工的松动效应与挤压效应,认为隧道沉降是松动效应与挤压效应共同作用的结果。采用镜像法对地层损失(松动效应)造成... 详细信息

以上海地铁为背景,探讨施工扰动造成隧道固结沉降的估算方法。将问题简化为平面应变问题;采用无量纲参数η和D反映盾构施工的松动效应与挤压效应,认为隧道沉降是松动效应与挤压效应共同作用的结果。采用镜像法对地层损失(松动效应)造成的隧道上浮量进行研究;采用柱孔扩张理论对挤压效应造成隧道固结沉降量进行研究,通过计算土体中各点应力增量得到各点的超孔隙水压力,进而得到挤压效应造成的扰动范围H;通过分层总和法计算挤压效应造成的隧道最终固结沉降量;利用平均固结度得到t时刻固结沉降量;将松动效应与挤压效应造成隧道竖向位移相加,得到施工扰动造成隧道固结沉降量。结果表明:地层损失造成的隧道上浮量与参数η成正比;挤压效应造成的隧道固结沉降量与参数D成指数关系;当D0.3ln(1.34η+1.31)时,隧道表现为下沉。

关键词：盾构隧道施工扰动地层损失挤压效应固结沉降

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考虑地下水浸没作用的固结沉降计算方法

岩土力学 2007年第10期28卷 2173-2177页

作者：李婉陈正汉董志良后勤工程学院土木工程系广州四航工程技术研究院广州510230

研究了地下水浸没对附加应力减小的作用,同时分析了附加应力变化对最终沉降量的影响,给出了考虑地下水浸没作用的大、小应变条件下的固结沉降计算公式,并对几种工况下的计算结果进行了对比分析。结果表明,考虑地下水浸没作用对地基固结... 详细信息

研究了地下水浸没对附加应力减小的作用,同时分析了附加应力变化对最终沉降量的影响,给出了考虑地下水浸没作用的大、小应变条件下的固结沉降计算公式,并对几种工况下的计算结果进行了对比分析。结果表明,考虑地下水浸没作用对地基固结沉降的影响随荷载和土压缩性以及土层厚度的增加而增大,采用大变形固结理论计算固结沉降较符合实际情况。

关键词：堆载预压地下水浸没作用固结沉降大变形固结理论

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软黏土地层盾构隧道底部注浆抬升量计算方法

岩土工程学报 2024年

作者：孟凡衍贾琪陈仁朋陈曈程红战湖南大学土木工程学院湖南大学地下空间先进技术研究中心湖南大学地下空间开发先进技术与智能装备湖南省工程研究中心

下部地层注浆是盾构隧道过大沉降的常用治理措施。结构性软黏土地层中注浆引起的超孔压在注浆后持续消散，导致隧道抬升后因地层固结而发生沉降，进而降低隧道抬升效率。为预测下方地层注浆引起的盾构隧道纵向变形，本文提出了考虑土体... 详细信息

下部地层注浆是盾构隧道过大沉降的常用治理措施。结构性软黏土地层中注浆引起的超孔压在注浆后持续消散，导致隧道抬升后因地层固结而发生沉降，进而降低隧道抬升效率。为预测下方地层注浆引起的盾构隧道纵向变形，本文提出了考虑土体结构性的盾构隧道底部注浆抬升量-沉降量两阶段计算方法。本方法应用于宁波地铁2号线注浆抬升案例，隧道抬升效率计算值约51%，与同为软黏土地层的上海地铁2号线某区间盾构隧道实测抬升效率非常接近。此外，本文针对注浆参数、地层参数与隧道参数开展了参数分析，结果表明：隧道最终抬升量及抬升效率与土体基床系数、注浆体积呈正相关，与地层屈服应力成负相关；随埋深比增大，注浆区域隧道最终抬升量减小，而抬升效率变化甚微。本文计算方法可以为软黏土地层运营盾构隧道注浆抬升设计提供理论支撑。

关键词：结构性黏土注浆隧道抬升超孔压消散固结沉降

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泥水盾构施工引起的地面固结沉降实例研究

浙江大学学报（工学版） 2012年第3期46卷 431-440页

作者：张忠苗林存刚吴世明邹健刘俊伟浙江大学岩土工程研究所浙江杭州310058 浙江大学软弱土与环境土工教育部重点实验室浙江杭州310058 杭州庆春路过江隧道有限公司浙江杭州310002

通过对杭州钱塘江隧道泥水盾构施工的分析,研究了泥水盾构施工引起的地面固结沉降的特点,提出划分地层损失沉降和固结沉降的实用方法,总结了盾构施工引起扰动土体固结沉降的机理、影响因素及控制措施.分析表明:无论是地层损失沉降还是... 详细信息

通过对杭州钱塘江隧道泥水盾构施工的分析,研究了泥水盾构施工引起的地面固结沉降的特点,提出划分地层损失沉降和固结沉降的实用方法,总结了盾构施工引起扰动土体固结沉降的机理、影响因素及控制措施.分析表明:无论是地层损失沉降还是长期沉降,均可用Peck公式较好地拟合;横向地面固结沉降曲线不符合高斯曲线形式,一般隧道轴线或附近地面固结沉降最大,向两侧递减;扰动土体固结使得横向沉降槽不断拓宽;软土地区盾构隧道施工,可取地面沉降曲线或沉降速度曲线的转折点作为地层损失沉降和固结沉降的界限;通过优化泥水盾构掘进参数,可减少施工扰动,从而降低固结沉降量和固结沉降时间.

关键词：泥水盾构固结沉降过江隧道 Peck公式

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基于室内模拟实验的软土固结沉降的分形几何

吉林大学学报（地球科学版） 2011年第2期41卷 465-470页

作者：王清桑伟锋徐黎明牛岑岑周福军杨静吉林大学建设工程学院长春130026 长江三峡勘测研究院有限公司计算机与信息中心武汉430074

为了能够比较准确、简便地计算及预测软土的沉降,在Terzaghi一维固结理论的基础上,结合分形几何理论对软土的沉降计算进行了探讨和研究。首先通过室内模拟实验,获得了不同固结时期试样的孔隙比e、沉降量以及扫描电镜照片(SEM图片);然后... 详细信息

为了能够比较准确、简便地计算及预测软土的沉降,在Terzaghi一维固结理论的基础上,结合分形几何理论对软土的沉降计算进行了探讨和研究。首先通过室内模拟实验,获得了不同固结时期试样的孔隙比e、沉降量以及扫描电镜照片(SEM图片);然后利用WD-5软件对SEM图片进行处理,并计算得到孔隙分布的分数维Df;最后建立起e与Df的函数关系,再结合Terzaghi一维固结理论建立了Df与固结度、沉降量的关系方程并计算得到相应的固结度及沉降量。经分析得出:Df随着沉降量的增加而减小;软土在固结沉降过程中在42.33h处有一个明显的拐点;利用Df建立的固结沉降模型计算的结果与试验实测的结果基本吻合。

关键词：软土模拟实验分数维固结沉降