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基于kerr地基模型的盾构下穿诱发既有非连续隧道纵向变形分析

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岩土工程学报 2023年第11期45卷 2238-2247页

作者：张治国陈杰朱正国魏纲吴钟腾陆正上海理工大学环境与建筑学院上海200093 石家庄铁道大学省部共建交通工程结构力学行为与系统安全国家重点实验室河北石家庄050043 浙大城市学院土木工程系浙江杭州310015 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 上海市基础工程集团有限公司上海200438

目前针对盾构开挖诱发既有隧道结构变形的理论研究一般将既有隧道视为搁置在Winkler地基上的Euler-Bernoulli梁,未充分考虑地基的非线性剪切变形及管片剪切变形的影响,尤其是较少考虑隧道环缝接头存在所带来的力学效应作用。首先,采用Lo... 详细信息

目前针对盾构开挖诱发既有隧道结构变形的理论研究一般将既有隧道视为搁置在Winkler地基上的Euler-Bernoulli梁,未充分考虑地基的非线性剪切变形及管片剪切变形的影响,尤其是较少考虑隧道环缝接头存在所带来的力学效应作用。首先,采用Loganathan和Poulos公式计算得到盾构下穿开挖引起既有隧道轴线处土体竖向位移;然后,将既有隧道视为由环缝接头连接而成的Timoshenko梁,并将其搁置在kerr地基模型上,采用有限差分法计算得到既有隧道纵向变形;最后,采用工程监测数据与理论解进行对比验证,得到了较好的一致性。此外,针对土层弹性模量、既有隧道等效抗弯刚度和等效抗剪刚度进行了参数分析。分析结果表明,随着土体弹性模量的增大及既有隧道等效抗弯刚度的减小,既有隧道位移、环缝接头相对转角、管片及环缝接头处弯矩均增大;随着既有隧道等效抗剪刚度的增大,既有隧道位移减小,而环缝接头相对转角、管片及环缝接头处弯矩均增大;环缝接头相对转角、管片及环缝接头处弯矩随着与新建隧道轴线距离的增大呈先减小后增大趋势;当既有隧道环缝接头刚度折减系数增大时,管片及环缝接头处弯矩均增大,而隧道位移及环缝接头相对转角减小。

关键词：盾构隧道管片环缝接头剪切刚度 kerr地基模型 Timoshenko梁有限差分法

基于kerr地基模型的隧道开挖诱发桩基变形简化方法

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现代隧道技术 2016年第6期53卷 55-66页

作者：张治国鲁明浩徐晨宫剑飞赵其华国土资源部丘陵山地地质灾害防治重点实验室福州350002 上海理工大学环境与建筑学院上海200093 中国建筑科学研究院建筑安全与环境国家重点实验室北京100013 成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室成都610059

基于Winkler模型的弹性地基反力法是水平受荷桩分析中应用较为广泛的方法,然而该模型忽略了地基土体的剪切作用。文章首先采用相较于Loganathan和Poulos(1998)解法更为精确的圆孔收缩理论计算隧道开挖引起的土体自由场位移;然后基于可... 详细信息

基于Winkler模型的弹性地基反力法是水平受荷桩分析中应用较为广泛的方法,然而该模型忽略了地基土体的剪切作用。文章首先采用相较于Loganathan和Poulos(1998)解法更为精确的圆孔收缩理论计算隧道开挖引起的土体自由场位移;然后基于可以充分考虑土体剪切特性的kerr地基模型,将土体自由场位移施加于桩基,建立桩基变形在被动位移扰动下的简化解,将土体自由场位移和桩身变形的计算结果与既有解析结果、三维有限元数值模拟结果以及监测数据进行对比,取得了较好的一致性,验证了圆孔收缩理论更为精确的结论;最后对kerr地基模型的相关参数、桩径、地层损失比和桩隧间距进行了分析。结果表明:剪切层厚度、桩径与桩身水平位移呈反比关系;地基弹簧参数、地层损失比、桩隧间距与桩基水平位移呈正比关系;当剪切层厚度为0时,地基模型退化成Winkler地基模型;当地基弹簧参数取无穷大时,模型退化为Pasternak地基模型。

关键词：隧道施工桩基变形圆孔收缩理论 kerr地基模型简化解

基于kerr地基模型盾构隧道施工对既有管线变形影响的简化算法

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工程建设与设计 2023年第12期 73-75页

作者：韩守程郑康龙王献明高涛刘力丹北京城建勘测设计研究院有限责任公司北京100101 中建八局科技建设有限公司上海200120

盾构隧道开挖会导致附近既有管线变形,为了提高该变形的理论计算精度,论文引入三参数kerr地基模型,将管线视为Euler-Bernoulli无限长梁,采用两阶段位移法建立管线竖向变形平衡微分方程,利用有限差分法得到了管线变形微分方程的数值解;将... 详细信息

盾构隧道开挖会导致附近既有管线变形,为了提高该变形的理论计算精度,论文引入三参数kerr地基模型,将管线视为Euler-Bernoulli无限长梁,采用两阶段位移法建立管线竖向变形平衡微分方程,利用有限差分法得到了管线变形微分方程的数值解;将3种不同地基模型简化算法得到的计算结果和现场实测数据进行对比,验证了kerr地基模型的有效性和合理性。管线参数分析表明:随着管线埋深和地层损失率的提高均会增大管线最大沉降量,但影响范围逐渐缩小;管-隧夹角减小对管线最大沉降量影响较小,而对管线变形形态影响较大。

关键词：盾构隧道地下管线 kerr地基模型管线变形有限差分法

考虑地层损失的隔离桩对基坑旁侧盾构隧道变形保护研究

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岩土工程学报 2024年第3期46卷 480-489页

作者：魏纲木志远齐永洁郭丙来项鹏飞浙大城市学院浙江省城市盾构隧道安全建造与智能养护重点实验室浙江杭州310015 浙大城市学院城市基础设施智能化浙江省工程研究中心浙江杭州310015 安徽理工大学土木建筑学院安徽淮南232001 浙江大学滨海和城市岩土工程研究中心浙江杭州310058 浙江工业大学岩土工程研究所浙江杭州310014 浙江同济科技职业学院建筑工程学院浙江杭州311200

基坑的开挖卸载会导致旁侧既有盾构隧道出现变形破坏,工程中常在基坑与隧道之间设置隔离桩来保护既有隧道。为研究基坑开挖影响下隔离桩外既有隧道的水平位移规律,建立基坑、隔离桩、既有隧道的三维力学计算模型,考虑基坑开挖引起的地... 详细信息

基坑的开挖卸载会导致旁侧既有盾构隧道出现变形破坏,工程中常在基坑与隧道之间设置隔离桩来保护既有隧道。为研究基坑开挖影响下隔离桩外既有隧道的水平位移规律,建立基坑、隔离桩、既有隧道的三维力学计算模型,考虑基坑开挖引起的地层损失,推导了基坑卸荷引起的附加应力计算公式,基于kerr地基模型并对地基系数做出调整,得到隔离桩挠曲变形计算公式,建立隔离桩挠曲变形影响区,根据影响区的地层损失推导了既有隧道水平位移计算公式,同时进行了案例验证与影响因素分析,对隔离桩的“牵引作用”与“保护作用”在理论上做出了解释。研究结果表明:计算结果与工程实测数据及数值模拟结果相互吻合;设置隔离桩能够有效降低隧道水平位移,起到很好的保护作用;保护作用随着隔离桩桩长的增加而逐渐增加;桩长达到临界点后,隔离桩“牵引作用”产生,保护作用随桩长增加而减小;桩间距较小时保护效果较好;隔离桩设置靠近基坑一侧时保护效果明显优于设置在靠近隧道一侧。

关键词：地层损失盾构隧道基坑开挖隔离桩 kerr地基模型

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邻近堆载引起下卧隧道受力变形解析解

科技通报 2024年第4期40卷 90-95页

作者：窦炳珺冯国辉毛馨悦郑茗旺丁士龙徐长节浙江省建投交通基础建设集团有限公司杭州310012 浙江大学滨海和城市岩土工程研究中心杭州310058 杭州交通投资建设管理集团有限公司杭州310012 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南昌330013

邻近堆载导致的土体应力应变重分布,会对下卧既有隧道产生不利影响。鉴于此,本文将既有隧道简化成无限长梁搁置在三参数kerr地基模型上,基于隧道的边界条件采用解方程的方法获得下卧既有隧道纵向变形解析解。将既有工程参数代入该方法计... 详细信息

邻近堆载导致的土体应力应变重分布,会对下卧既有隧道产生不利影响。鉴于此,本文将既有隧道简化成无限长梁搁置在三参数kerr地基模型上,基于隧道的边界条件采用解方程的方法获得下卧既有隧道纵向变形解析解。将既有工程参数代入该方法计算,发现该方法计算结果符合现场监测数据,且比该方法退化解析更贴近监测值。随后展开参数分析:增大隧道直径和堆载会引起隧道变形及其弯矩增大;增大隧道刚度会致使隧道变形减小及弯矩增大。

关键词：邻近堆载既有隧道 kerr地基模型解析解

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大直径盾构推进引起的桩基侧向位移分析

甘肃科学学报 2024年第2期36卷 95-101页

作者：陈威王法鑫蒙邹蕾姚森王翀霄孙阳中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司浙江杭州311100 河海大学港口海岸与近海工程学院江苏南京210024 中铁大桥局集团有限公司湖北武汉430050

基于Mindlin弹性解,考虑盾构附加推力及不均分布的盾壳摩擦力的作用,并结合kerr地基模型,得到了深埋盾构施工引起的桩基侧向位移解答。分析了附加推力大小、切口距离、盾构外径对桩体位移的影响,并将盾构施工不同阶段下的桩基侧向位移... 详细信息

基于Mindlin弹性解,考虑盾构附加推力及不均分布的盾壳摩擦力的作用,并结合kerr地基模型,得到了深埋盾构施工引起的桩基侧向位移解答。分析了附加推力大小、切口距离、盾构外径对桩体位移的影响,并将盾构施工不同阶段下的桩基侧向位移数值解与理论解进行对比,表明该方法基本能够反映盾构施工引起的桩基侧向位移变化规律。分析结果显示:推导的理论计算方法得到的桩体侧向位移与数值解的吻合度较高;由于盾构埋深较大,桩体上部侧向变形受盾构附加推力和盾壳摩擦的影响较小,桩体的上部变形远小于下部变形;采用较小的盾构推力能更好地控制桩端位移,采用较小的盾构外径则能更好地控制桩顶位移。

关键词：盾构开挖桩基变形侧向位移 kerr地基模型

移动简谐荷载作用下kerr地基梁的稳态响应研究

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振动与冲击 2018年第1期37卷 14-20页

作者：黄强黄宏伟张冬梅黄栩同济大学土木工程学院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 中铁二院华东勘察设计有限责任公司杭州310006

利用双重Fourier变换以及围道积分方法得到了移动简谐荷载作用下kerr地基梁的稳态响应解答。梁为Euler-Bernoulli梁,利用频散曲线分析了地基梁的共振频率和临界速度。分析了列车运行速度、荷载频率、地基压缩系数和剪切刚度对梁挠度响... 详细信息

利用双重Fourier变换以及围道积分方法得到了移动简谐荷载作用下kerr地基梁的稳态响应解答。梁为Euler-Bernoulli梁,利用频散曲线分析了地基梁的共振频率和临界速度。分析了列车运行速度、荷载频率、地基压缩系数和剪切刚度对梁挠度响应的影响,分析地基阻尼对地基梁临界速度和共振频率的影响。最后,建立地基-梁有限元模型,计算了静载和简谐荷载作用下梁挠度响应,与kerr地基梁、Pasternak地基梁和Winkler地基梁的解析计算结果进行对比,发现静载作用下kerr地基梁计算结果最为接近,Pasternak地基模型次之,Winkler地基梁误差最大,动载作用下地基梁模型仅在近处与有限元挠度时程响应结果较为接近。

关键词： kerr地基模型地基梁挠度频散曲线地基阻尼移动简谐荷载

考虑轴向内力时盾构下穿引起的既有隧道变形响应分析

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东南大学学报（自然科学版） 2022年第3期52卷 523-529页

作者：冯国辉徐长节郑茗旺李欣雨迟民良侯世磊浙江大学滨海和城市岩土工程研究中心杭州310058 浙江大学平衡建筑研究中心杭州310028 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 中铁十四局集团第四工程有限公司济南250002

基于盾构下穿引起既有隧道变形的工况,提出了一种可预测上覆隧道变形响应的解析方法.采用修正Peck公式求解盾构开挖引起周边土体变形的土体自由位移,将土体自由位移转化成附加应力施加于既有隧道上,将既有隧道简化成无限长Euler-Bernou... 详细信息

基于盾构下穿引起既有隧道变形的工况,提出了一种可预测上覆隧道变形响应的解析方法.采用修正Peck公式求解盾构开挖引起周边土体变形的土体自由位移,将土体自由位移转化成附加应力施加于既有隧道上,将既有隧道简化成无限长Euler-Bernoulli梁搁置在kerr地基模型上,引入隧道轴向内力的影响,结合隧道两端的边界条件获得既有隧道受力变形响应.结果表明:所提方法的计算结果更接近工程实测数据;与kerr地基模型和Pasternak地基模型计算结果相比,所提解析更具优越性;新旧隧道夹角的增大会引起既有隧道位移及其内力减小;既有隧道轴向内力会引起既有隧道变形计算峰值减小6.1%;既有隧道位移及内力会随着地层损失率的增大而线性增大.

关键词：盾构隧道既有隧道 Euler-Bernoulli梁 kerr地基模型轴向内力

考虑剪切变形下隧道开挖引起邻近桩基水平向响应简化分析

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