修正的Peck公式在长沙地铁隧道施工地表沉降预测中的应用

在目前众多预测地铁隧道开挖引起地表位移的经验方法中,Peck提出的高斯方程是最简便,也是应用最为广泛的方法。由于这一公式的提出是基于有限地区的实测资料,在应用前应先进行基于当地实测资料的验证工作。根据长沙市地铁开挖的实际观测数据,采用回归分析法引入两个修正系数,即地表最大沉降修正系数和沉降槽宽度修正系数,对Peck公式进行了修正,得出了适用于长沙地区的Peck公式。工程实践表明,修正的Peck公式对长沙地区隧道施工地表沉降预测具有工程指导意义。     

漫滩二元地层基坑开挖及降水引起的地表沉降预测∗

基坑土体开挖及降水引起的地表沉降预测是基坑工程安全领域关键问题之一。工程中常用的基坑支护结构计算软件未考虑降水固结引起的沉降。为全面计算基坑工程引起的地表沉降,提出了理论计算模型,采用 MAT?LAB 编制差分算法程序,生成附带基坑围护结构及土体分层单元的场地模型,实现了自动计算地下水位下降深度与地表沉降。以位于长江和秦淮河漫滩地区二元结构场地的南京地铁螺塘街站为案例进行验证,该方法计算的地下水位降深和地表沉降与现场监测数据基本吻合,其中观测孔位地下水降深偏差为 2.4%~8.6%,地表沉降计算值偏差大都在 10% 以内,表明了所提计算方法的可靠性。进行泛化分析,将原始二元地层与上部淤泥质土层替换为砂层工况进行比较,分析了围护结构插入比、土层性质对地下水位降深和地表沉降的影响。结果表明:原始二元地层相对于替换砂层的工况,水位降深小但沉降峰值大,对水位下降的反应更加灵敏,沉降曲线曲率更大,对周边环境的危害也更大,围护结构插入比的增加对地表沉降削弱效果显著。     

人工神经网络在预测深基坑周边地表沉降变形中的应用研究

深基坑开挖引起的周边地表变形预测是一个复杂非线性问题,引起地表沉降的影响因素很多,各因素之间呈高度的非线性关系。传统的基坑用边地表沉降变形预测方法存在着一定的局限性,其预测精度有待提高,而人工神经网络是一种多元非线性动力学系统,可以灵活方便地对多成因的复杂未知系统进行高度建模,实现全面考虑各种主要影响因素的深基坑周边地表沉降变形预测。本文介绍了误差反向传播(BP)网络模型的结构、学习过程及其算法的改进,径向基函数(RBF)网络模型的结构及其学习过程;分析了影响深基坑开挖周边土体沉降变形的主要影响因素;以25个基坑工程的地表沉降实测资料为训练样本,建立了11个输入影响因素的BP神经网络模型和RBF神经网络模型,通过对样本的学习训练过程及对5个检验样本的预测精度,说明了人工神经网络用于预测基坑周边地表沉降的可行性和准确性。     

基坑开挖对周边建筑物影响的计算及实测分析

预测基坑对周边建筑物的影响是城市地下空间开发中的重要问题之一。结合某地铁车站基坑工程,采用3种方法计算坑外地表、周边建筑的沉降量:一是参考上海地区统计经验,由围护结构侧移估算沉降;二是参考台北地区统计经验,由基坑参数直接计算沉降;三是通过ABAQUS软件建立土体、基坑的三维模型,来模拟施工过程。现场监测结果表明,基坑开挖使周边建筑产生了一些沉降和倾斜;上述3种方法的计算结果对比表明:基于上海地区的统计经验公式和基于台北地区经验的简化预测公式不适于本地区,而采用有限元模拟得到的结果更接近于该工程的实测值。     

城市中心地带地铁深基坑开挖对周边环境影响实测分析

为研究在城市中心地带开挖地铁深基坑对邻近高架桥墩、复杂市政管线等周边环境的影响特征,以厦门轨道交通1号线城市广场站深基坑工程为例,通过对围护桩沿深度的水平位移、内支撑的轴力、坑外地下水位的变化、坑外地表沉降、周边地下管线沉降、邻近高架桥桥墩基础的沉降等进行现场监测,得出了一些有价值的结论。监测表明:桩身水平位移曲线呈典型的"内凸型";第一道钢筋混凝土支撑轴力最大,距底板最近的第四道钢支撑轴力最小;地表沉降呈现凹槽形和三角形两种沉降形态,表现出了非对称性,在坑内施作底板之后地表沉降趋于收敛;受基坑开挖影响最大的管线并不一定是距离基坑最近的,其变形量受到坑外地表沉降槽形状及最大沉降位置的影响,同时也与截面尺寸、材质、刚度等有关。高架桥桥墩基础受基坑开挖扰动较小,变化很小。     

地铁深基坑开挖对邻近建筑物影响分析

为研究深基坑开挖对邻近建筑物的影响特征并评价其安全性,以厦门市某车站深基坑工程为例,通过构建三维有限元模型,考虑土体小应变刚度行为以及基坑-地基-基础-上部结构共同作用,计算基坑开挖引起邻近建筑物的变形值,并将柱底支座变位作为上部结构的强迫位移施加到上部结构上,然后进行结构内力分析和构件配筋验算,评价邻近建筑物的安全。研究表明:邻近建筑物越靠近基坑部分受基坑开挖影响越大,基坑开挖后,邻近建筑物结构变形主要表现为沉降和指向基坑的水平位移,结构最大水平位移为6.6 mm,自顶部向下逐渐减小,即结构发生微量倾斜;邻近建筑物地下室以沉降变形为主,主要受影响区域约为基坑围护墙后3倍的基坑开挖深度范围,沉降急剧变化区域约为1.5倍基坑开挖深度范围,地下室最大沉降为15.9 mm;受到邻近基坑开挖影响,上部结构虽然因支座变位产生内力重分布,但经检算认为整个结构仍然安全可靠。     

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。     

地铁竖井深基坑与龙门吊轨道基础共同作用分析∗

为合理设计地铁区间隧道竖井基坑支护方案和龙门吊基础,以厦门市轨道3号线某区间隧道竖井工程为研究背景,采用PLAXIS 3D岩土有限元数值分析软件建立竖井基坑、龙门吊轨道基础结构及邻近渣坑堆土相互作用的三维数值模型,模拟计算12种龙门吊荷载不同作用位置及偏压作用工况,结果表明：龙门吊行车作用下的地表最大沉降为4 mm,基坑围护墙结构最大变形值为16 mm,约为基坑开挖深度的0.64‰;基坑开挖变形引起的龙门吊轨道基础结构内力变化最大值为270 kN?m,变化幅度约为16.4%;周边堆土对竖井基坑变形及轨道梁内力变化量不超过13%,主要需满足未堆土工况下的侧壁自身稳定性;最后通过对基坑的监测数据分析,表明数值模型可靠,基坑总体上安全稳定,龙门吊基础设计合理,且有足够的安全度。     

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。     

古土壤地层盾构施工引起的地表沉降分析

针对西安地铁上覆含有古土壤的黄土地层中盾构施工引起的地表沉降,在分析其产生机理、盾构施工数值模拟过程、基于经验公式的Peck地表沉降计算方法的基础上,探讨了基于注浆效果、支护压力以及偏心超挖的等代层厚度计算方法;具体分析了盾构施工数值模拟过程中的等代层弹性模量和掌子面支护压力比与Peck地表沉降计算公式中最大沉降量和沉降槽宽度之间的关系。研究结果表明,在含有古土壤的黄土地层中进行盾构施工数值模拟时,等代层模量的取值在5～10MPa范围之内,当等代层模量小于5 MPa时,隧道围岩将产生较大的塑性变形;掌子面支护压力比取值在0.5～1.0范围之内,当掌子面支护压力比小于0.5时,掌子面附近土体将产生较大的塑性变形,当掌子面支护压力比大于1时,地表将产生隆起变形。     

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。     

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。     

隧道开挖地层位移计算方法及工程应用∗

经验方法是计算隧道开挖引起地层位移的重要方法，尤其是当地层的非线性塑性变形显著时，经验方法可更为合理地描述地层的位移分布规律，但是可实现地层竖向位移和水平位移统一计算的方法尚未建立。基于隧道上方土体单元的运动特征，提出了隧道开挖引起的地层位移的经验计算模型，建立了地层水平位移和竖向位移之间的关系。通过分析 25 组现场工程数据，优化了隧道上方地层最大沉降 S_v，max（z）的公式，结合已有的沉降槽宽度系数 i（z）的公式，发展了 Peck‐Mair 公式，实现了隧道上方地层竖向位移场的合理计算。根据地层水平位移和竖向位移之间的关系，基于发展的 Peck‐Mair 公式，推导了地层水平位移的计算公式，实现了地层竖向位移和水平位移的统一计算。在地层水平位移计算公式中，变量 H（z）表示土体运动定向点位置随深度的变化规律，基于工程实测结果提出了一个对数函数实现了 H（z）的定量描述。利用伦敦 HEX 隧道工程中实测的 2 组地层位移数据，验证了所提地层位移计算方法的合理性。最后，将提出的地层位移计算方法应用在北京地铁 12 号线安‐安区间渡线段隧道开挖工程，实现了该工程中隧道开挖引起的地层位移场的反演。     

周边建筑受袁家岭车站深基坑影响的模拟研究

为了研究长沙地铁袁家岭车站基坑对其周边建筑(电信公司2号楼)的影响,采用ABAQUS软件建立了三维有限元模型,土体考虑摩尔-库仑弹塑性和渗透性,周边建筑按总荷载被等效转换为地表压强,围护结构水平支撑被转换为等效压强或位移,模拟土体应力释放和降水渗流作用。此外,还模拟了补水回灌过程和潜水面下降对地表沉降的影响。在此基础上,本文预测并评估了周边建筑地基的沉降量和影响范围,提出了相应的建筑沉降控制标准,为长沙地铁的安全施工提供了参考。     

基坑开挖与邻近地铁结构变形相关性的实测分析∗

探究开挖卸载下基坑与近邻"上浮型"地铁结构的变形机制,以天津某邻近既有地铁的基坑开挖为例,通过实测手段分析基坑多期开挖条件下既有地铁结构的变形特点。基于基坑围护结构竖向变形,考虑基坑与地铁的水平相对位置L和开挖时间t,定义表示基坑围护结构竖向变形与地铁结构竖向变形相互关系的关联系数R,并对邻近地铁结构的竖向变形进行拟合与预测。探究三维空间下基坑与地铁水平变形的关系。研究结果表明:地铁结构整体表现为上浮,开挖期间累计竖向位移与累计水平位移的比值在0.5～1.5变化;基坑围护结构竖向位移乘以系数1000R/L可很好地拟合邻近地铁的竖向位移,关联系数R在基坑开挖过程中变化不大;三维空间下地铁结构纵向水平变形呈正态分布,与近地铁侧基坑围护结构同深度处的水平变形趋势一致。     

基于速率倒数法的滑坡时间概率预测∗

在滑坡时间预测中,基于变形监测数据的速率倒数法受到了广泛重视。在该方法的使用过程中,存在模型参数难以同时标定、难以考虑预测时间的不确定性的难题。针对上述不足,提出了一种两阶段速率倒数模型的标定方法。基于该方法可以对模型参数进行同时标定,同时可对滑坡时间进行概率预测。结合10个滑坡案例比较了不同模型假设对滑坡时间预测的影响。结果表明,考虑滑坡时间的不确定性后,预测滑坡时间与实际观测滑坡时间更为符合。考虑速率倒数模型的非线性后,拟合最优模型与实测数据的拟合度更好;但从预测效果而言,线性模型预测结果与滑坡实际发生时间符合的程度更高。     

隔震与非隔震核岛辅助厂房易损性分析

针对基础隔震对核岛厂房抗震性能的作用评估问题,首次对核岛辅助厂房抗震性能指标的划分进行了探讨,建立了坚硬土场地下隔震和非隔震核岛厂房的数值模型;分别基于IDA和MSA方法得到的易损性曲线,根据该指标进行了隔震和非隔震结构的抗震易损性对比研究,论证了隔震措施可提高结构的抗倒塌安全储备。分析结果表明,两种方法得到的结果基本上一致,这证明了结果的合理性。隔震支座能明显降低核岛厂房的失效概率,降低幅度最大可达到23%,隔震厂房在大震下发生倒塌的概率要比非隔震厂房降低80%,安全储备系数提高了11%,并且混凝土失效概率对两种厂房整体失效概率起控制作用。     

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。