软土地区人工冻土无侧限瞬时抗压强度的试验研究

冻结法施工在上海隧道建设中(如隧道旁通道、地下泵房等的设计与施工)得到广泛应用,也曾引发过严重的地质灾害(如上海地铁4号线外滩段的地质灾害)。因此安全、经济、合理地将冻结法用于上海软土地区隧道建设中已经成为上海工程建设中的一个重要的研究课题。本文以上海复兴东路越江隧道旁通道冻结法施工中遇到的第⑥层粉质粘土及第⑦层粉细砂为研究对象,针对设计冻结壁重要强度参数无侧限瞬时抗压强度,进行了室内试验研究,揭示了两种土的冻结强度随温度的变化关系,同时研究了粉细砂的冻结强度随含水率的变化规律。     

应力释放率对超大断面小净距浅埋隧道的开挖影响研究

依托某高速公路隧道工程,基于空间反向荷载法和CRD施工工法,分析了不同应力释放率下浅埋隧道围岩变形及地表沉降规律。得出以下结论:(1)随着应力释放率的增大,浅埋隧道洞周竖向位移及地表沉降明显增大,围岩塑性区范围也明显增大;(2)在小净距浅埋隧道变形计算中,应力释放率越小,左、右幅隧道开挖引起地表相对干扰越大。当应力释放率取50%时,左洞隧道开挖引起的右洞地表隆起值大于其自身开挖引起的位移值,右洞上部地表隆起,最终导致隧道上方公路可能出现拉裂现象。     

冻结壁稳定性分析的黏弹塑性模型

冻结壁稳定性是由其所承担的外荷载大小和变形量决定的,在考虑冻结壁的卸载过程及其与周围土体共同作用的同时,还考虑了冻结壁的蠕变变形,得出了与周围土体共同作用的冻结壁的黏弹塑性计算模型,并推导出冻结壁黏弹塑性区的应力、变形及其外荷载的解析式;并通过计算,得出的冻结壁位移与实测位移基本一致。     

改进的西原模型及其在冻结壁上的应用

通过对现有流变模型的分析及结合室内冻黏土大量的单轴蠕变试验,试验结果表明可以忽略冻土的瞬时变形并采用简单的屈服函数对线性牛顿体进行简化,从而对西原模型进行了改进,并导出了改进后模型在三向应力条件下冻土的非线性蠕变方程．采用改进的西原模型推导了冻结壁应力场和位移场的理论计算公式,探讨了防止冻结管断裂的有效措施．计算和工程实例基本相符,可以应用于工程计算．     

隧道下穿既有结构物引起的地表沉降控制标准研究

解决好隧道下穿既有结构物引起的地表沉降问题,对城市地下交通和高速铁路的建设具有重要的意义。在调研国内大量隧道下穿开挖引起的地表沉降控制标准和方法的基础上,根据隧道下穿公路、铁路、隧道和建筑物时引起的地表沉降的不同特点,结合隧道的施工、开挖面积、埋深和工程地质条件等因素,对隧道下穿不同的结构物提出不同的控制沉降措施和建议沉降标准。作者认为,目前的隧道下穿引起的地表最大沉降控制标准是不合理的,沉降控制标准应综合考虑既有结构物的特点、地质条件和施工特点等因素。     

深厚黏土层冻结壁冻结压力实测与数值分析

为了研究深厚黏土层冻结壁冻结压力的变化特征,根据现场实测结果获得冻结压力随温度变化的发展趋势. 结合对现场实测数据的分析和ADINA 有限元法的数值模型,能够很好地模拟人工冻结地层应力场的变化规律,为工程实践提供参考.     

排桩冻结法深基坑施工监测与反馈分析

对于润扬大桥南锚碇排桩冻结法深大基坑,冻结作用使基坑的受力过程变得更为复杂,根据排桩冻结法基坑结构和场地工程地质条件,建立了大型安全监测系统。本文介绍了润扬大桥南锚碇场地工程地质条件、排桩冻结法基坑的结构和南锚碇基坑监测方案、分析了南锚排桩冻结法深基坑各项监测数据的变化规律,包括侧向土压力、内支撑轴力、排桩钢筋应力和排桩水平位移随时间变化规律,并基于施工监测进行了反馈分析,保障了南锚碇排桩冻结法深基坑的安全与稳定。监测结果分析表明,排桩冻结法是基坑工程的一种可行的施工工法,润扬大桥南锚碇排桩冻结法深大基坑的成功实践为今后类似工程的建设积累了宝贵经验。     

三维光弹性中预应力结构的应力冻结研究

本文提出用三维光弹性应力冻结法模拟分析预应力钢筋混凝土结构中的应力。通过模拟体与实体结构的相似性研究,给出了模型载荷比例系数Cq参数,通过参数合理的选取,有效的解决了应力冻结水平预测这一技术关键;用光弹性应力二次冻结法,将结构预应力和负载应力冻结在同一试件中;应分析精度对模型尺寸的要求,采用了精密浇铸的方法制作模型。此外,还研制了受力清晰明确的加载系统。对这些涉及应力冻结的若干关键问题结合工程实例进行探讨。实验应力分析结果与有限元数值法一致性较好。     

下穿运营地铁隧道冻结施工的应力位移场及其控制技术

上海地铁4#线在上海体育馆站穿越地铁1#线,下行穿越段主要位于含水丰富的粘土地层中。为保证穿越施工的顺利进行,本次采用了人工地层水平冻结加固技术对地层进行了预加固,并实施暗挖施工。文章以该工程为背景,在进行地层冻结温度、应力、位移场耦合计算的基础上,借助车站结构加固、悬吊、托换等保护性措施,并在冻结过程中,利用卸压、控制冻结等方法,成功实现了车站的零距离立体换乘施工,希望对同类工程的施工有一定的借鉴意义。     

城市浅埋软岩隧道施工沉降分析及对策

浅埋软岩隧道施工沉降变形控制是浅埋地下工程面临的关键难题,其中最基础的内容是对开挖引起的沉降变形规律的掌握。通过对新建龙岩至厦门铁路石桥头隧道地表沉降变形观测分析,将地表沉降变形划分为三个主要阶段：初始沉降阶段、加速沉降阶段和减速沉降阶段; 结合隧道拱顶沉降监测结果,得出浅埋软岩隧道地表沉降与拱顶沉降正相关的结论。隧道开挖对掌子面前后纵向地表沉降的主要影响范围分别为15D和3D(D为开挖跨度); 横向地表沉降影响范围包括隧道中线两侧各4D的范围,地表建(构)筑物受到较大影响包括隧道中线两侧各2D的范围。针对地表和拱顶沉降过大,采取全断面超前预注浆方案进行处理,监测结果显示全断面超前预注浆能有效控制拱顶下沉和地表沉降量,收敛值减小则不显著,说明该方案达到了控制沉降变形的目的。
浅埋软岩隧道〓地表沉降〓拱顶沉降〓监测〓全断面超前预注浆
P642
A
2009-04-14
2009-06-04
陈利杰,主要从事铁路隧道工程技术管理工作.Email: lxtlzhb@126.com     

深基坑桩锚与土钉墙联合支护的数值模拟

目前工程界桩锚与土钉墙联合支护设计采用的是土钉墙与桩锚分开单独设计的思路。根据单独设计思路和桩锚与土钉墙联合支护基坑工程实际情况分别建立单独土钉墙数值模拟、单独桩锚数值模拟与联合支护数值模拟模型。通过不同设计方法的数值模拟与对比分析,得到以下结论:联合支护数值模拟同时考虑了上部土钉墙与下部桩锚支护结构,模拟过程与实际施工过程相符,结果较为合理;与联合支护模拟结果相比,单独土钉墙模拟得到的土钉内力,坡顶水平位移、坡顶沉降均较小,以此为设计依据使土钉墙偏于不安全;单独桩锚模拟与联合支护模拟相比则高估了锚杆拉力、桩顶沉降、桩身最大弯矩,使设计有些保守。     

西周岭隧道地应力测量及岩爆预测分析

为指导施工,提高施工的安全性和经济性,对西周岭隧道进行了钻孔水压致裂法地应力测量。测试结果表明:西周岭隧道深埋段地应力场以水平应力为主,在测试深度内最大水平主应力值为10.57~19.39MPa,具中等偏高应力水平; 最大水平主应力方向为近N33°W,与隧道走向的夹角较小,即地应力对隧道围岩稳定性较为有利。基于地应力实测结果,本文采用Hoek判据、Turchaninov判据、Russenes判据和工程岩体分级标准等4种判别方法进行岩爆预测,并分析了发生岩爆的临界深度,认为西周岭隧道深埋段有发生轻微-中等岩爆的可能,发生岩爆的临界埋深厚度约为397m。因此,在施工过程中应采取合理的开挖方式及防岩爆安全措施,防止岩爆灾害的发生。     

Numerical simulation based on two-directional freeze and thaw algorithm for thermal diffusion model

Freeze-thaw processes significantly modulate hydraulic and thermal characteristics of soil. The changes in the frost and thaw fronts (FTFs) affect the water and energy cycles between the land surface and the atmosphere. Thus, the frozen soil comprising permafrost and seasonally frozen soil has important effects on the land surface hydrology in cold regions. In this study, a two-directional freeze and thaw algorithm is incorporated into a thermal diffusion equation for simulating FTFs. A local adaptive variable-grid method is used to discretize the model. Sensitivity tests demonstrate that the method is stable and FTFs can be tracked continuously. The FTFs and soil temperature at the Qinghai-Tibet Plateau D66 site are simulated hourly from September 1, 1997 to September 22, 1998. The results show that the incorporated model performs much better in the soil temperature simulation than the original thermal diffusion equation, showing potential applications of the method in land-surface process modeling.     

地下水对工程和环境的作用

地下水对上程建设和地质环境的作用与影响日趋显著,人们认识日益深化。实践表明,这类问题不完伞是纯水文地质问题。实质上,它是介乎于水文地质与工程地质之间,暂定名为“工程水文地质学”。专门进行在工程建设和环境地质中由于地下水作用而产生的各类工程地质问题或水文地质问题。为充分阐明问题,本文从水与岩土相互作用、基坑排水与潜蚀流沙、地基沉降与黄土湿陷、道路冻害与隧道涌水、矿抗突水与竖井破坏、坝基渗漏与稳定、坝基抗滑稳定以及与地下水有关的地质灾害问题等方面,进行了举例阐述,初步论证了重要性、问题和某些实质。目的在于,向人们揭示一个值得研究的方向,并给予充分的重视。     

基于流固耦合作用的抽水引起地面沉降计算模型

过量开采地下承压水会引起地基土体的变形，进一步导致地面沉降和地裂缝等地质灾害，抽水引起地层的变形过程是土层中孔隙水和土颗粒相互作用的复杂过程．两步法和流固耦合法是计算地面沉降常用的两种思路，它们的适用性各有不同．本文基于理想的地层模型，分别建立两步法计算模型和流固耦合计算模型，利用FLAC3D6.0有限差分软件对模型进行求解，对比分析两类方法计算结果的差异．结果表明流固耦合法符合力学机制，能够更好地反映土体变形的发展过程，但计算时间更长．而两步法适用于稳定流，在渗流达到稳定流时两步法计算的孔压分布和地面沉降能够满足工程精度要求．本文的研究成果为合理选取地面沉降计算方法提供依据．     

Morphology of horizontal cracks in swelling soils

Horizontally formed cracks in the network of cracked swelling soils tend to influence water and solute transport. An approach is suggested for estimating the mean width and volume of horizontal cracks. It is assumed that the nearly horizontal cracks appear as a result of inhomogeneous soil subsidence caused by rapid drying and shrinkage of thin layers at the walls of vertical cracks. Compared with the moist soil matrix, at the same soil depth, horizontal cracks originate as ruptures in stretched layers of the drying walls of vertical cracks. A characteristic of the average inhomogeneity of soil subsidence, i.e., the mean potential relative subsidence (MPRS) depending on the soil depth is defined. It is calculated on the basis of linear shrinkage in the clay soil matrix and at the walls of vertical cracks of different depths, and on two geometrical parameters of crack networks. They are namely the maximum crack depth and the thickness of the upper intensive-cracking layer. The absolute value and sign of the derivative of the MPRS function with respect to soil depth determine the specific volume of horizontal cracks (horizontal-cracks porosity), and their mean width as functions of depth. Model predictions are obtained using published data on variation of linear shrinkage with depth in 19 soil profiles. For lack of data specific to horizontal-crack characteristics model, predictions were compared with data on vertical cracks and subsidence at the soil surface. Satisfactory agreement was obtained for all soil depths up to the maximum crack depth.     

非饱和土-隧道系统动力响应计算的波函数法

针对非饱和地基土中埋置隧道的三维动力响应计算问题, 提出了波函数法.采用无限长的Flügge薄壁圆柱壳模拟圆形隧道衬砌,采用流、固、气组成的三相介质模拟非饱和地基土体.分别采用分离变量法以及Helmholtz矢量分解定理求解薄壁圆柱壳的振动控制方程与非饱和土的波动方程.根据隧-土交界面与地表面处的应力、位移以及孔隙流体压力等边界条件,利用平面波与柱面波的转换性质,实现了隧道内作用单位简谐载荷时隧道衬砌与土体系统动力响应的耦合求解.通过与既有单相弹性介质2.5维有限元-边界元法、两相饱和多孔介质2.5维有限元-边界元法以及三相非饱和介质Pip in Pip半解析法的计算结果进行对比, 验证了本文计算方法的可靠性. 最后,基于该方法, 通过算例分析了不同饱和度下非饱和土-隧道系统的动力响应特征.结果表明, 饱和度对土体动位移与超孔隙水压力的幅值响应有较大影响.该方法的非饱和地基土参数退化后,也可用来计算和分析饱和地基土或单相弹性地基土与隧道系统的动力响应.      

黄土公路隧道病害治理实例研究

黄土物理力学性质相对较差,具有大孔隙、湿陷性强、强度低的特点,加之黄土区的地形地貌、地质条件比较复杂,导致黄土隧道修筑过程中病害较多。利用SIR2000型探地雷达、RSM-SY5非金属声波探测仪和BJSD-2型激光限界仪等多种方法对某黄土公路隧道病害进行了探测,探测表明隧道洞身出现环向和横向裂缝,衬砌厚度不足,局部地段存在集中涌水和渗漏水,根据探测结果对隧道病害成因进行了详细的分析。在此基础上结合黄土隧道的基本特征,有针对性地提出了锚喷加固、套衬加仰拱、套衬和下加固围岩3套病害治理方案。并利用数值模拟对隧道治理前后围岩稳定性和衬砌结构受力状态进行了分析,结果表明治理方案衬砌受力状态基本对称,结构的安全系数有较大的提高。