高铁沿线地下水位动态变化引发的成层弱透水层固结研究

采用Laplace变换和传递矩阵法推导高铁沿线地下水位动态变化引发的成层弱透水层固结变形的解析解,通过与ABAQUS数值计算结果对比验证解析解的正确性。利用解析解对某高速铁路沿线成层弱透水层的固结性状进行研究,计算地下水位动态变化下土层的固结变形量、变形速率和超静孔隙水压力随时间的变化,并分析土层压缩模量和渗透系数对土层固结变形的影响。研究结果表明:随着地下水位降低,土层中孔隙水压力逐渐降低,土层固结变形量和变形速率逐渐增加;当地下水位保持稳定后,土层固结变形速率逐渐降低,但土层仍持续较长时间的固结过程;土层压缩模量越大,土层系统总沉降量和沉降速率越小;土层渗透系数越大,土层总沉降量越大,水位稳定后土层系统完成固结的时间越短。     

砂桩－网复合地基2次预压沉降计算方法

京沪高速铁路昆山试验段技术升级改造,时隔5a后对原有砂桩－网复合地基进行2次预压,能否满足高速铁路工后沉降控制要求成为关键问题。分析了砂桩地基固结变形规律,利用模糊数学（Fuzzy）理论的“升半柯西分布”,建立隶属度函数描述砂桩－网复合地基从固结排水到复合地基的转化程度,提出固结度表达式,并通过实测数据验证该表达式计算精度。并对考虑土体应力历史影响的e －lgp曲线法计算2次预压沉降量进行探讨,该方法可最终实现工后沉降精确估算。     

地铁荷载作用下叠交隧道长期沉降的半解析法

将软土中隧道结构的长期沉降分为三部分:一是隧道底部土体蠕变变形引起的沉降;二是交通荷载长期循环作用引起土体累积变形产生的沉降;三是交通荷载引起土体累积孔压的消散产生的再固结变形导致的沉降。采用Mesri蠕变模型,可考虑土应力历史循环累积变形和累积孔压模型,并通过三维有限元数值模拟,获得相应模型中的应力计算参数,同时利用软土三轴试验研究结果获得相应模型的试验常数,运用分层总和法计算隧道沉降,提出一套叠交隧道长期沉降的预测方法,并对上海西藏南路隧道与地铁8号线叠交段长期沉降进行计算预测,计算结果接近于地铁实测长期沉降规律。     

滨河地区地下水位变化引发区域沉降计算方法探讨

文章对滨河地区地下水位和地表沉降进行长期监测,在考虑土层变形的时间效应和不同特征土层间变形叠加的基础上,基于太沙基理论提出分段独立算法,并开发了考虑土体总应力变化和弹塑性变形的沉降计算程序,最后将计算结果与实测结果对比,吻合度较高;滨河地区地下水位下降与地表沉降存在正相关,水位升高对地表变形的影响具有滞后性,滞后性主要与黏土层特性相关。     

考虑饱和度变化的高速铁路非饱和路基固结分析

饱和度对非饱和土的固结特性有明显影响,研究饱和度对固结变形的影响规律,有助于科学预测高铁基础工后沉降。基于Fredlund双参数理论和已有的一维固结解析解,求得非饱和土的一维固结速率。在考虑饱和度和渗透系数关系的情况下,结合典型算例,分析饱和度对固结特性的影响。研究结果表明:超孔隙气压力、超孔隙水压力的开始消散时间以及土体的开始变形时间均随着饱和度的减小而后延;高饱和度条件下的超孔隙气压力和低饱和度条件下的超孔隙水压力的消散速率更小,且消散过程更长;不同饱和度条件下的土体固结曲线在中前期都表现出相同的变形规律,但饱和度越大,土体固结时间就越短。     

隧道盾构掘进引起的地表沉降研究

结合天津地下直径线工程实例,通过建立模型和模拟盾构开挖,采用数值模拟和现场监测相结合方法,对盾构掘进中建筑物附近的地表沉降进行研究,分析盾构掘进前、穿越及离开5个阶段地面的沉降规律。监测和计算结果表明,因初始应力状态改变造成土层变形、地层损失和降水引起的固结变形是造成地表沉降的主要因素;将计算得到的盾构掘进中周围土体位移场和隧道纵、横断面地面沉降曲线与监测纵断面沉降曲线进行比较,反映的沉降规律一致,说明数值模拟在计算地表沉降中可行。     

盾构施工对土体应力扰动过程的三维数值分析

基于比奥固结理论,应用ABAQUS软件,建立了包括盾构管片、注浆层、注浆压力、开挖面推力等参数的盾构施工三维有限元计算模型,并对模型进行了验证.采用分步开挖的方法模拟盾构施工对周围土体的应力扰动过程,计算并分析了主应力大小、方向以及孔隙水压力等参数,分析结果表明:盾构施工对周围不同区域土体有加载或卸载作用,从而产生正的或负的超孔压;在土层渗透系数较小时,盾构施工之后土体中仍存在较大的超孔压,造成土体长期固结变形,使管片荷载随时间增大;采用三维流固耦合有限元计算方法可合理模拟含水地层的盾构施工过程.     

基于Harris函数的2级加载固结试验方法及可靠性判别准则

为提高获取土体压缩模量和先期固结压力的土工试验测试效率,在采用Harris函数描述土体e-lgp曲线的基础上,提出2级加载确定土体压缩特性的固结试验方法,其在确定压缩模量Es和先期固结压力pc时的适用性得到了京沪高铁和京津城际铁路地基土样的验证。研究结果表明:由土体初始孔隙比e_0和2级加载稳定变形值可以准确计算压缩曲线的Harris函数表达式,除小于100 kPa时外,其余压力段压缩模量Es误差基本小于10%,平均误差仅为5.59%;利用Harris函数可得到压缩曲线最小曲率半径点坐标和直线段斜率解析值,所得先期固结压力的Casagrande法计算值与土体埋深呈明显正相关,且与上覆压力的比较结果和试验段实测分层沉降发展规律吻合;以压缩指数Cc为评价指标,通过概率模型建立固结试验可靠性判别准则,研究成果为简化固结试验方法,快速确定土体压缩参数提供了新途径。     

爆炸固结法和塑料排水板法处理软土地基的对比试验

爆炸固结法是软土地基处理的新方法。在宁启铁路试验段现场爆炸试验的基础上,研究软土地基经过爆炸后的变形特性。在地质情况接近情况下,对比爆炸固结法与塑料排水板加堆载预压法处理的结果表明,爆炸固结法加快了土体前期固结速率和地基沉降速率,有利于缩短施工工期,适用于工期紧的工程,但同时土体也伴随着较大侧向位移;爆炸固结法相对排水固结法,总沉降量有所增加,最终侧移总量基本一致,工后沉降和可比造价较接近,在工期允许情况下工后沉降均能满足设计要求。     

高速铁路非饱和土地基处理技术

通过分析室内固结试验成果,对非饱和土的水土特性及固结压缩特性进行研究,进而结合现场沉降测试结果对各类加固工法下非饱和土地基的沉降规律展开讨论。研究表明,虽然地基土的最终沉降量只与土体的压缩模量有关,但是非饱和土体的瞬时沉降受饱和度影响显著。从固结稳定时间上看,非饱和土的固结时间与饱和度有密切关系,低饱和度下,固结时间随着饱和度的增加而延长,当饱和度超过82.8%时,固结时间随着饱和度的增加而减小并最终趋近于饱和土的固结时间。采用双曲线模型预测地基土的最终沉降量,对不同工法加固非饱和土地基的加固效果进行评价,可以看出,强夯、换填和短水泥搅拌桩加固非饱和土地基完全满足高速铁路路基沉降控制要求。     

基于静力触探测试技术的基础沉降计算

基于现有静力触探技术的基础沉降变形研究,考虑不同地层条件,建立直接应用静力触探测试指标的基础沉降变形计算方法。该方法采用经验公式初步确定基础沉降计算深度,并通过应力比法验证;采用基于静力触探锥尖阻力的线性经验公式确定土体压缩模量;采用Schmertmann基底应变影响系数间接确定地基土体竖向应力,并规定刚性边界条件下基底应变影响系数为0。工程实例的计算表明:所建立的直接应用静力触探测试指标的基础沉降变形计算方法的计算结果与实测值一致性好,物理意义明确,适用于各类地层条件,应用范围广;计算过程简单,仅需手算即可完成;计算过程所需参数仅需通过静力触探原位测试获取,无需钻探、取样及室内固结试验,可避免钻探取样对试样扰动大、试验结果难以反映土体原位物理力学性质、试验数量少、代表性不够及原状样取样不便等问题。     

新人工填筑土地层超大断面隧道施工导致的地表沉降及其控制措施

以贵阳立体交通枢纽工程龙洞堡机场隧道工程为背景,综合运用现场测试、模型试验及数值计算方法,对超厚新人工填筑土地层超大断面隧道施工导致的地表沉降及其控制对策进行研究。基于实测的隧道拱顶沉降,根据既有的计算方法计算拱顶全部沉降;通过室内模型试验和三维数值模拟得到因地层损失引起的地表沉降占拱顶全部沉降的比率;根据拱顶全部沉降和比率计算得到隧道施工导致的地表沉降;再根据实测的地表总沉降,确定隧道施工和土体自身固结分别导致的地表沉降占地表总沉降的比例。结果表明:隧道施工导致的地表沉降是拱顶沉降的35%~36%,占地表总沉降的20%~34%,土体固结导致的地表沉降占地表总沉降的66%~80%,可见土体固结是导致地表沉降的主要因素。由此提出控制地表沉降的主要对策:通过地表钢管桩注浆加固,对土层进行改良;对拱部进行中管棚超前支护;采用大拱脚弧形导坑预留核心土台阶法开挖隧道;设置H175型钢钢架加强初期支护,二次衬砌尽可能地紧跟初期支护施作。     

软土参数反分析方法及其在沉降预测中的应用

沉降预测与控制是当前客运专线设计、施工组织的关键技术,为保证沉降预测的准确程度,必须合理选取计算参数。采用黏弹塑(西原)模型模拟土骨架,并结合软土变形的大位移、大应变及渗透固结的特点,建立模拟施工过程的软土路基双重非线性固结分析有限元模型。以实测信息与计算信息的相对残差平方和最小为目标,引入考虑测点观测精度的加权值,建立根据多种测试信息进行参数反分析的目标函数,并采用Monte-Carlo法和可变容差法相结合的优化技术,对目标函数进行约束优化,较好地解决了可变容差法易于陷入局部最优解的难题。通过参数分组、初步试算、综合调整等步骤,建立了分阶段多层次动态施工反分析方法,从而使反分析所得计算参数具有明确的物理意义。实际工程应用表明,参数反分析方法本构关系清楚、物理意义明确,所得计算参数能较好地反映现场的实际情况,可准确预测沉降。     

客运专线地基沉降计算模量的确定

客运专线的建设需要高度平顺和稳定的轨下基础,控制变形是客运专线路基设计的关键.在保证路基本体施工可靠性的前提下,客运专线的沉降变形主要由地基沉降确定.地基沉降的计算方法有很多种,相关理论计算方法主要区别在于计算土体的应力-应变关系不同,即压缩性指标不同,而压缩性指标主要指土体模量.针对常规计算统一选定室内试验100～200 kPa应力间变形所得出的压缩模量,其前提明显偏离实际情况,相对来说,具有其不舍理之处.通过对比分析室内土工试验及现场原位试验,最终建议采用室内固结试验拟合结论进行沉降计算.     

布袋注浆桩加固深厚夹层软弱地基施工技术

结合工程实例,介绍深厚夹层软弱地基新型加固技术—布袋注浆桩的加固机理、施工工艺、质量控制、检测方法及沉降、位移观测方法。布袋注浆桩是采用注浆技术和土工织物综合应用而成的新技术,充分利用布袋注浆桩的排水、隔水、加筋和加固作用,加速土体固结,提高土体的承载力和复合模量,减少土体压缩变形及地基沉降量,有效控制软弱地基的工后沉降,满足高标准铁路路基的稳定性和工后沉降控制要求。     

某铁路车站软土地基的沉降变形特性

通过理论计算和沉降施工监测表明,软土地基在附加荷载下沉降大,地基沉降主要是路堤填土造成的。加固前软弱地基固结时间长,需加固后12a才能满足铁路工后沉降不大于20cm要求。淤泥层采用塑料排水带(真空预压)加固后,固结时间大大缩短,在加固后240d就能满足工后沉降小于20cm和沉降速率小于5cm/a要求。由于理论计算与实际施工条件有差异,再加上软土地基本身的复杂性,实测沉降与理论沉降计算值两者并不完全一致,实际沉降值略大于计算值,实际沉降值在大致地基加固后2a后才趋于稳定,时间长于计算值。有限元计算和实测值表明:地面沉降变形最大点位于地面线中心点,路肩次之,往路基两侧边坡坡脚处沉降量最小。研究结论可为类似工程施工参考。     

铁路地基服役期动力沉降计算新方法初探

工程实践中地基动力沉降的时间错位问题导致实测与计算沉降拟合以及工后沉降评估中存在不合理的现象。通过对传统一维固结仪的改造,研制了便于大规模推广应用的新型循环动力固结仪,得到土体等效动力压缩模量与等效动力固结方程。进一步提出一种铁路软土地基动力沉降计算新方法,并指出该方法在列车动力荷载的放大系数、合理的应力比系数、试验假设验证、复合地基加固区动力沉降等方面需要进一步深入研究。     

新建铁路软土路基沉降规律研究

研究目的:软土路基由于压缩性高,渗透性低,固结变形持续时间长,所以其沉降规律研究就成为工程设计中的主要问题。为研究软土路基在某一段周期时间内的沉降变形规律,本文对新建胶新铁路软土路基进行2年的详细监测,以此分析软土路基的沉降变形规律。研究结论:路堤土体剖面上差异沉降变形在横向上表现出明显的不均匀性;通车前,路堤不均匀沉降程度随着路堤压缩量的加大而增大;通车1年后,路堤表现为缓慢沉降过程,路堤土体在横向上的不均匀变形程度随之减小,且路堤本体沉降变化很小;土体水平位移引起的工后沉降很小,不足总沉降的9%;磁环高程变化规律表明,路基在工后约6～8个月稳定。     

深圳填海场地基坑设计参数反分析研究

深圳填海场地受地质条件以及土体不确定性的影响较大,其土层参数难以确定。结合深港西部通道深基坑工程,根据实测的支护结构内力和变形,反演出地基土层的土体变形模量、地基系数的比例系数和综合等效内摩擦角。结果表明,反分析方法原理简单,计算快捷,结果精确,可以更好地应用于后续基坑工程变形预测分析。反演得到的土工参数可以用于设计。     

地铁湿陷性黄土暗挖隧道的施工风险及控制措施

对西安地铁1号线朝阳门站—康复路站区间湿陷性黄土暗挖隧道的施工风险及控制措施进行了探讨,重点分析了饱和软黄土失水引起的地层固结沉降、周边建筑物沉降变形、地下管线破坏、开挖过程中引起的变形等.根据湿陷性黄土的特性及风险特征,提出了饱和软黄土失水固结沉降风险的应对措施和隧道开挖土层变形沉降风险的应对措施,以及其它一些关键技术的控制措施等.