考虑软土蠕变效应的路基沉降有限元反演分析

提出了考虑软土蠕变效应的路基沉降有限元反演分析方法,通过Matlab语言将Abaqus有限元分析软件嵌入改进的鲸鱼算法中,实现了软土地层计算参数快速而又准确的获取。并采用修正的Drucker-Prager屈服准则模型与"时间硬化"蠕变法则耦合模型模拟考虑蠕变效应的路基土体的沉降变形情况。为了验证该方法的可靠性,构建了某跨越软土地区的高速公路路基有限元反演模型,模拟了整个施工期内路基的变形情况,结果表明,反演分析得到的路基变形情况与实测值有较高的一致性。另外,利用反演分析得到的计算参数预测了工后10年的路基与路面的沉降情况,为该公路的运行与管理提供很好的理论指导。     

太阳能热排水固结模型试验研究

太阳能热排水固结技术是利用太阳能对软土地基进行加热,再结合竖井排水固结,由此达到提升软基处理效果的目标。为检验该技术加固效果,开展竖井地基排水固结模型试验,对比测试常规堆载预压和太阳能热排水固结加固软基的沉降和孔压发展规律,结果发现：太阳能在模型地基中形成温度场,使地基土温度平均上升了 15 ℃; 太阳能循环变温引起土中孔压波动,其幅度达 10 kPa;太阳能加快了软土地基排水固结过程,使模型地基土体固结系数提升了 1.54 倍,土层固结度达到 90% 所需时间减少 34%;太阳能加热还使模型地基最终沉降增大 12%,这对于加速软基沉降稳定、减小工后沉降有积极意义。     

合肥盾构地表沉降和土压力变化模型试验

盾构开挖穿越不同性质的土体时,地表沉降规律和土压力变化规律均会发生改变。以合肥地铁盾构施工为背景,采用合肥地区典型砂土和黏工作为试验材料进行模型试验,探究盾构开挖情况下两种土质的地表沉降和土压力变化规律。结果表明:与黏土相比,砂土对开挖扰动更加敏感。开挖后砂土的沉降和土压力变化较快,土体在更短的时间内恢复稳定,同时砂土模型中相邻沉降测点测得的沉降值相差较大,最终的沉降槽起伏明显。而黏土的沉降和土压力变化较慢,最终的沉降槽较平缓。对两种土质还均有如下试验结果:开挖阶段的沉降值占总沉降值的比例基本相同,四个阶段中土压力减小速度和沉降速度呈现相似的规律,最大沉降值出现在先开挖侧而最大沉降速度出现在后开挖侧。     

非饱和土体变试验研究及其在地面沉降中的应用

地下水位降低将导致非饱和土体中净平均应力和基质吸力发生变化,从而引起土体体积变化。针对重塑非饱和砂土、粉土、黏土和软土,结合土水特征曲线和收缩曲线,考察了土体在干燥收缩过程中基质吸力与孔隙比的关系;运用固结曲线分析了土体在经受净平均应力下的变形特性。基于试验结果,根据Fredlund弹性体变本构模型估算了不同的地下水位降低情况时非饱和土区域的沉降量。结果表明,在总沉降量中非饱和土区域的沉降量是不可忽略的,随着地下水位的降低,非饱和土区域的沉降量在总沉降量中所占比例逐渐增大。     

库水位初次升降对卧沙溪滑坡粉质黏土蠕变特性的影响及其变形规律研究

以卧沙溪滑坡为研究对象，通过对该滑坡滑带土的原状土样及干湿循环处理试件进行三轴蠕变试验，分析其蠕变特性，分别建立了Merchant模型、Burgers模型和西原模型并对比分析三种蠕变模型的拟合精度；此外，基于FLAC 3D内置代码简化Burgers模型对卧沙溪滑坡变形及长期稳定性作出预测。结果表明：干湿循环会造成土体承载能力降低，蠕变变形增大，达到稳定的时间变长，且土体衰减蠕变初始阶段的应变速率增大；偏应力水平对蠕变特性的影响体现在低应力下土体经历瞬时变形，衰减蠕变和稳定蠕变阶段，中应力下和高应力下经历瞬时变形，衰减蠕变和等速蠕变阶段；Burgers模型较适用于卧沙溪粉质黏土，且自重影响下的滑坡滑体的蠕变变形主要集中在中上部凸起区域，应加强对该区域的防护。     

分级加荷条件下公路软基路堤沉降的预测方法

软土地基上修筑路堤多采用分级施工的方法。在传统双曲线沉降预测法的基础上，提出了软土地基上路堤分级施工情况下沉降预测的一个新模型，该模型考虑了土的非线性特性和固结性质随荷载的变化，可实现尽早预报沉降的要求。通过工程实例验证了所提模型的适用性。     

基于不同本构模型黄河厚冲积层基坑开挖结构变形分析

采用理论分析结合现场实测数据,以黄河厚冲积层地质条件下某深大基坑开挖为实例,利用修正剑桥、西原正夫及改进的西原正夫等5种本构模型,通过FLAC仿真软件构建3D数值模型,分析基坑开挖引起的围护桩变形规律、墙后土体沉降变化特征、坑底土体上移趋势及抗浮桩侧摩阻力分布特点。结果表明:西原正夫本构模型可描述粘土体的蠕变变形,能准确追踪围护桩侧向位移;修正剑桥模型通过自动调整自身抗剪强度和弹性模量等参数,可给出墙后土体沉降的正确规律;摩尔库伦模型拟合得到的坑底土体上移曲线与现场实测数据较吻合;在改进的西原正夫及修正剑桥模型下,计算得到的抗浮桩侧摩阻力最为保守。上述规律可供预测基坑后续运营期间的结构变形、延长结构的服役年限参考。     

基于不同本构模型黄河厚冲积层基坑开挖结构变形分析北大核心CSCD

采用理论分析结合现场实测数据,以黄河厚冲积层地质条件下某深大基坑开挖为实例,利用修正剑桥、西原正夫及改进的西原正夫等5种本构模型,通过FLAC仿真软件构建3D数值模型,分析基坑开挖引起的围护桩变形规律、墙后土体沉降变化特征、坑底土体上移趋势及抗浮桩侧摩阻力分布特点。结果表明:西原正夫本构模型可描述粘土体的蠕变变形,能准确追踪围护桩侧向位移;修正剑桥模型通过自动调整自身抗剪强度和弹性模量等参数,可给出墙后土体沉降的正确规律;摩尔库伦模型拟合得到的坑底土体上移曲线与现场实测数据较吻合;在改进的西原正夫及修正剑桥模型下,计算得到的抗浮桩侧摩阻力最为保守。上述规律可供预测基坑后续运营期间的结构变形、延长结构的服役年限参考。     

湿地软土邓肯-张模型有限元计算参数的确定

在软土地基上修建高等级公路,沉降与稳定性是主要的工程地质问题。目前对软土地基沉降与稳定性的预测常采用有限元数值分析方法。采用有限元数值分析时,需要选择合适的力学模型,而邓肯-张模型便是其中常用的一个模型。但该模型有8个材料参数,软土的成因不同,工程性质存在一定的差异,邓肯-张模型材料参数也就不同。基于此,利用薄膜取土器从湿地软土地基采集原状土,对湿地形成的两层软土进行不同固结压力下的三轴剪切试验,结合邓肯-张模型的力学原理,确定了湿地两层软土该模型的参数。研究成果可为采用有限单元法分析湿地软土地基的沉降和稳定性提供参考。     

基于不同结构强度软粘土长期强度特性研究

天然软粘土一般具有结构性,土的结构性反映其内部颗粒孔隙连结及空间组合,决定了土体的物理力学效应,是软粘土长期强度的重要内在影响因素。为研究结构性强弱不同对软粘土长期强度特性的影响,人工制备含水率相同而结构强度不同的土体,对其进行三轴不固结不排水蠕变试验。试验结果表明,软粘土由于存在结构性,其长期强度具有明显差异。通过对不同结构强度土体蠕变等时曲线进行分析,建立了考虑结构强度影响的软粘土长期强度经验模型。利用本文建立的经验模型,以结构屈服应变(1.9%)作为人工结构性软粘土蠕变变形的破坏准则,结果表明预测值与试验值较为吻合,验证了本文建立的考虑结构强度影响的土体长期强度预测关系式的合理性。     

深基坑支护开挖对临近地铁隧道结构的影响分析研究

通过数值计算,采用考虑基坑开挖过程中土体剪切模量随应变增大而衰减特性的HSS模型,研究了基坑开挖卸荷作用下,邻近地铁隧道的埋深、隧道和基坑地连墙距离及刚度比等关键因素对地铁结构附加弯矩和附加位移的影响。结果表明:对于坑底隧道,在地下墙埋置深度范围内,与地连墙水平距离越大,隧道的侧移越小,在地下墙埋深以下,隧道侧移随与地连墙水平距离的增大而增大;通过比较坑侧与坑底隧道的附加弯矩与位移,得出地连墙底附近区域因基坑开挖卸荷引起的隧道附加弯矩较大,出现应力集中和明显的隧道-土-挡墙相互作用效应,坑侧隧道水平附加位移普遍大于竖向附加位移;此外,隧道与地连墙刚度比增大,对挡墙侧移和隧道附加位移都有明显的抑制作用。该研究揭示了基坑开挖作用下隧道-土-挡墙之间的相互作用规律,对深基坑开挖优化设计以及临近地铁结构的保护和安全运行具有一定的指导意义。     

地铁盾构施工土体变形与临近结构失效机理研究

地铁施工可能诱发临近结构失效,这是城市轨道交通建设安全施工与灾害防控的重点之一。基于实际典型工程,对地铁盾构施工引起的土体变形与周边结构失效机理进行研究。研究结果表明:(1)地铁盾构施工过程中,周边土体会产生显著变形,各环施工引起的土体沉降最大值为10.26cm,施工中应引起重视。(2)地铁施工引起的土体变形是诱发周边结构失效的主要原因之一,衬砌产生的最大应力为10.90 MPa,小于C50混凝土抗压强度23.1MPa,管片强度具有一定的安全储备;(3)最不利工况下,箱涵最大应力为4.62 MPa,位于混凝土箱涵与砌体箱涵交接位置,可能诱发结构开裂;(4)左线开挖完成后,进行右线开挖时,箱涵最大应力位置向隧道右线移动,箱涵结构最大应力基本稳定;(5)本文数值模拟结果与工程监测数据误差在可接受范围,能为类似工程提供参考。     

考虑多因素的双线水平平行盾构施工引起地表隆陷研究

对双线水平平行盾构施工引起的三维地表隆陷计算方法进行研究。考虑正面附加推力、盾壳与土体的摩擦力、注浆压力和土体损失的共同作用,基于先、后行隧道地表隆陷的叠加原理和相互影响,求解得到双线盾构施工引起的总的三维地表隆陷,该方法适用于施工阶段。考虑两条隧道轴线间距J和先行、后行隧道开挖面前后距离K改变的影响。结果表明:本文方法预测值与实测值比较吻合;减小K值,地表纵向沉降曲线形状逐渐由阶梯型转变成S型,最大地表沉降量和隆起量均有所增加;增大J值,地表横向沉降曲线形状由V型缓慢转变成W型,最大地表沉降量逐渐减小。     

城市地铁盾构施工地层变形三维数值模拟分析

富水砂层条件下,盾构施工问题多、风险大、施工变形难控制。以南昌地铁某区间盾构隧道工程为研究背景,采用有限差分软件FLAC3D建立了三维盾构施工力学模型,对富水砂层条件下的盾构施工过程进行动态数值模拟,并结合现场实测数据分析了盾构施工引起的地表沉降规律。结果表明:盾构施工引起的横向地表沉降呈"V"形,最大地表沉降发生在隧道中心正上方,最终形成的沉降槽宽度约为6倍隧道外径;盾构施工引起的纵向地表沉降呈"S"形,盾构开挖面前方表现为隆起,开挖面后表现为沉降,在开挖面后一定距离逐渐趋于稳定;开挖面支护力对稳定开挖面土体及减小地表沉降有较大影响;盾构进洞与出洞施工中存在较大风险,应采取相应的工程措施以保证盾构施工安全进行。所得结论可供南昌地铁区间盾构隧道设计与施工参考。     

黄土-基岩滑坡滑带土蠕变本构模型研究

低速蠕动型黄土—基岩滑坡的形成演化过程受滑带土力学性质影响较大，所以研究滑带土的蠕变性质及建立相应的蠕变本构模型对研究滑坡整体运动机制有着重要意义。该文选择延安某一典型黄土—基岩滑坡为研究对象，通过对该滑坡滑带土的饱和原状土样进行直剪蠕变试验，分析它的蠕变特性，并在其蠕变试验的基础上，建立了Burger’s模型、Singh-Mitchell模型、广义Kelvin模型及自建经验模型四种蠕变模型，对比分析四种模型，结果表明:广义Kelvin模型和自建经验模型较为适合描述此类滑坡滑带土的蠕变特性；Burger’s模型适用于描述较高剪应力下的滑带土蠕变特征；Singh-Mitchell模型对于D_r∈(0.2,0.8)较为适用。     

南昌上软下硬地层中盾构施工地表沉降的BP神经网络预测方法

盾构施工引起的地表沉降的影响因素众多,给地表沉降的计算带来较大困难,而BP神经网络能较好地建立各个影响因素与地表沉降的非线性关系。为了能得到较准确的地表沉降值,采用Miscrosoft Visual C#和Matlab编制了BP神经网络预测软件。结合盾构施工过程中影响地表沉降的地层几何条件、地层参数以及施工参数,建立了BP神经网络模型,对盾构施工引起的地表沉降进行预测。将该预测模型应用于南昌地铁工程的上软下硬地层中,同时考虑了该地层掌子面泥质粉砂岩所占的比例,并对预测值与实测值的误差进行了对比分析。最终得到的预测结果与实际沉降值较一致,表明该BP神经网络模型可用于类似的工程实践。     

吹填泥浆固化土蠕变及长期强度特性研究

利用GU型号粉末固化剂对天津临港工业区的吹填泥浆进行固化,对固化后的吹填泥浆固化土进行不同围压下的蠕变试验。结果表明,泥浆固化土蠕变历时曲线整体态势与一般结构性软土相似,但又有明显特征,其瞬时变形较大,衰减过程很短;蠕变等时曲线均存在明显拐点,拐点前后曲线刚度发生变化,表明固化土具有较强结构性且此点对应的应力为结构屈服应力。此外,t=0h的等时曲线离散性较强,其他时间点曲线具有明显一致性,表现出固化土结构性材料的特点。基于蠕变等时曲线,结合应力-应变的双曲线关系,引入时间参量t,建立了能够反映泥浆固化土蠕变特征的预测公式。同时,利用蠕变等时曲线,构建了泥浆固化土长期强度预测关系式,并求得固化土长期抗剪强度指标值。     

基于离心机模型试验的非饱和土地基沉降特征分析

非饱和土结构复杂,沉降理论计算还不完善,导致地基沉降的计算值与沉降实测值往往有较大的差异。地基沉降是高速铁路客运专线路基的主要控制因素之一,通过离心机模型试验,对高速铁路非饱和土地基沉降特征进行分析,获得地基的荷载—沉降—时间关系曲线。研究结果表明:非饱和土地基在路基填筑期沉降完成较快,施工期可完成总沉降的75%,经过5~6个月短期放置可完成总沉降的90%左右,其工后沉降满足无砟轨道沉降控制要求,该研究结果可为非饱和土沉降理论分析提供参考。     

下穿式箱涵顶进施工过程土体受力规律研究

为了研究下穿式箱涵顶进过程中土体应力变化规律,以新长铁路丁溪河中桥的疏浚拓宽工程为背景,实时监测了箱涵顶进开始到就位过程中桥台处土体的应力变化。基于ABAQUS建立了箱涵与土的三维有限元模型,定义了箱涵底板、侧墙与土之间的法向接触对和切向接触对,从而将实际箱涵顶进施工的过程等效为给定箱涵初始位移的接触分析问题。根据实际施工中土层切土高度的变化情况,模拟了切土高度分别为4.51 m和6.51 m的两种箱涵顶进工况。计算结果表明,数值模拟得到的侧向土压力整体要大于实测土体的压应力,这主要是由于数值模拟中采用的是接触压应力,而顶进过程中可能出现箱涵侧墙与土体分离而导致的空顶。切土高度为6.51 m时数值模拟得到的箱涵摩阻力与箱涵的实际顶力非常接近,实现了二者的近似平衡,而切土高度为4.51 m时计算的摩阻力要小于实际顶力。     

短桩桩⁃网复合地基荷载传递规律及变形特征研究∗

为探索中低压缩性土短桩桩-网复合地基荷载传递规律及变形特性,依托赣龙(赣州-龙岩)高速铁路工程背景,借助现场测试数据,分析路堤填筑过程中桩—土应力/荷载分担比、地基沉降及侧向变形规律.结果 表明:短桩桩-网复合地基能够有效传递上部附加应力至桩端土层,土压力对上部荷载变化敏感度小于高压缩性软土桩-网复合地基;稳定时桩—土荷载分担比约为50％,桩与土同时发挥承载功效较好;地基沉降在填筑期达到占总沉降90％,侧向变形沿深度呈"弓"型分布,最大侧向变形25 mm,约为高压缩性软土桩-网复合地基60％;桩—土应力对上部荷载变化敏感性高于地基沉降,可依桩—土应力比变化判别地基沉降状态,达到评判工后沉降控制效果目的 .