水中超深大沉井施工期间侧压力现场监测研究

以目前世界规模最大沉井基础—沪通大桥29#沉井的施工为背景,对沉井整个施工过程开展现场监测试验,分析监测数据,得出朗肯静止土压力理论和规范算法与实测数据相比存在较大误差。采用折线分布推算也因侧压力影响因素较多,分布规律复杂,所得结果较差。再分别对沉井下沉和接高施工期间侧压力的大小和分布特性的影响因素进行研究,得出了侧压力在沉井下沉阶段和接高阶段的主要影响因素为沉井倾斜、沉井埋深、外井壁台阶设置和压力松弛影响范围。通过对比分析,对各种因素的产生原因和影响机理进行了说明。在消除沉井倾斜对水中超深大沉井侧压力影响后,确定了侧压力在沉井侧壁上沿深度的分布形式,并建立侧摩阻力计算模型。     

水中超深大沉井施工期间侧压力现场监测研究

以目前世界规模最大沉井基础—沪通大桥29#沉井的施工为背景,对沉井整个施工过程开展现场监测试验,分析监测数据,得出朗肯静止土压力理论和规范算法与实测数据相比存在较大误差。采用折线分布推算也因侧压力影响因素较多,分布规律复杂,所得结果较差。再分别对沉井下沉和接高施工期间侧压力的大小和分布特性的影响因素进行研究,得出了侧压力在沉井下沉阶段和接高阶段的主要影响因素为沉井倾斜、沉井埋深、外井壁台阶设置和压力松弛影响范围。通过对比分析,对各种因素的产生原因和影响机理进行了说明。在消除沉井倾斜对水中超深大沉井侧压力影响后,确定了侧压力在沉井侧壁上沿深度的分布形式,并建立侧摩阻力计算模型。     

沉井下沉过程的运动学特性与下沉控制研究

软土地层中沉井下沉影响机制复杂,现有的理论研究主要基于沉井的受力特性开展下沉分析,沉井下沉过程中的运动学特性缺乏科学系统的阐释。对沉井下沉运动过程进行分析,建立沉井下沉力学模型,推得沉井下沉过程的运动学方程,揭示了沉井下沉的运动学特性和影响机制。并结合实际工程案例验证了该方法的合理性和正确性。研究结果表明,沉井下沉具有典型的下沉加速及下沉减速阶段;沉井下沉施工引起的初始下沉不平衡力F1是影响下沉运动特征的重要因素,也是下沉运动控制的首要因素;调整反映土层及沉井结构特征的参数b1是预防沉井突沉的有效手段。     

沉井下沉阻力离心模型试验研究

如何正确计算沉井的下沉阻力一直是沉井结构设计的难点,为了更加深入地研究沉井下沉阻力及其分布规律,通过离心机模型试验分别对4组不同埋深工况下的沉井进行了下沉模拟,对沉井侧壁土压力、刃脚斜面土压力、刃脚踏面土压力、沉井内外土面沉降进行了分析。研究结果表明：侧壁土压力随入土深度的增加呈先增大后减小的趋势,可采用分段函数形式对其大小及分布形式进行简化计算;刃脚斜面土压力呈三次多项式分布形式;随着刃脚入土深度的增加,刃脚斜面与踏面土阻力均显著增大,而单位投影宽度刃脚斜面与踏面土阻力比基本保持不变;沉井下沉会导致井外土面沉降,井内紧靠沉井内壁的土面沉降,离沉井内壁有一定距离的土面隆起。上述试验与分析成果可为理论研究与工程设计提供参考。     

水中沉井下沉期间刃脚空间受力试验研究

本文以沪通大桥沉井为背景,设计完成了深水大截面沉井下沉模拟试验。通过模拟沉井在水中不排水吸泥下沉,分析了沉井在下沉过程中刃脚踏面和斜面应力在空间上的分布规律,得出沉井角点处应力最大,长边中点处最小,短边平均应力大于长边的结论。并以长边中点为基准应力,确定了长宽比为1.33时刃脚全截面的应力系数。刃脚斜面上应力除受空间位置影响外还与泥面高度相关,且变化规律与踏面应力相反,当泥面高度确定后,用三次函数确定其应力分布。同时,讨论了倾斜、翻砂突沉对刃脚受力的影响,得出两者均会引起刃脚空间受力分布的改变,对其原因进行了解释。并发现沉井翻砂突沉前后,刃脚踏面应力、斜面应力、刃脚处水力梯度均会发生明显的变化,且变化趋势均早于沉井翻砂突沉的发生,对沉井翻砂突沉的预警有重要意义。     

水中沉井下沉期间刃脚空间受力试验研究

本文以沪通大桥沉井为背景,设计完成了深水大截面沉井下沉模拟试验。通过模拟沉井在水中不排水吸泥下沉,分析了沉井在下沉过程中刃脚踏面和斜面应力在空间上的分布规律,得出沉井角点处应力最大,长边中点处最小,短边平均应力大于长边的结论。并以长边中点为基准应力,确定了长宽比为1.33时刃脚全截面的应力系数。刃脚斜面上应力除受空间位置影响外还与泥面高度相关,且变化规律与踏面应力相反,当泥面高度确定后,用三次函数确定其应力分布。同时,讨论了倾斜、翻砂突沉对刃脚受力的影响,得出两者均会引起刃脚空间受力分布的改变,对其原因进行了解释。并发现沉井翻砂突沉前后,刃脚踏面应力、斜面应力、刃脚处水力梯度均会发生明显的变化,且变化趋势均早于沉井翻砂突沉的发生,对沉井翻砂突沉的预警有重要意义。     

水中沉井下沉期间刃脚空间受力试验

以沪通大桥沉井为背景,设计完成了深水大截面沉井下沉模拟试验。模拟了沉井在水中不排水吸泥下沉的过程,并分析了沉井在下沉过程中刃脚踏面和斜面应力在空间上的分布规律,得出沉井角点处应力最大,长边中点处最小,短边平均应力大于长边的结论。以长边中点为基准应力,确定了长宽比为1.33时刃脚全截面的应力系数。刃脚斜面上应力除受空间位置影响外还与泥面高度相关,且变化规律与踏面应力相反。当泥面高度确定后,用三次函数确定其应力分布。讨论了倾斜、翻砂突沉对刃脚受力的影响,得出两者均会引起刃脚空间受力分布的改变。发现沉井翻砂和突沉前后刃脚踏面应力、斜面应力、刃脚处水力梯度均会发生明显的变化,且变化趋势均早于沉井翻砂和突沉的发生,对沉井翻砂和突沉的预警有重要意义。     

超大沉井基础取土下沉刃脚土压力变化规律研究

依托常泰长江大桥主塔沉井基础工程,采用三维有限元方法,模拟了大型沉井首次取土下沉阶段刃脚土压力的变化过程,并结合现场刃脚土压力实测数据,分析了沉井下沉工序对刃脚土压力分布的影响以及取土过程中刃脚土压力的变化规律。现场监测结果表明：刃脚实际土压力变化规律基本上佐证了数值模拟结果。井孔内取土导致取土区域沉井刃脚处土压力下降,取土区域刃脚土压力随取土厚度的增大而逐渐降低,土体压应力转移至尚未取土区域的刃脚处。在由内井孔向外井孔区域取土的过程中,刃脚土压力向外井孔刃脚区域转移,导致外井壁和外隔墙区域刃脚土压力逐渐增大,直至达到其极限承载力,外井壁区域土体进入塑性状态,沉井出现明显下沉。给出的沉井刃脚处土压力的变化规律可为同类大型沉井可控下沉提供指导。     

压入式沉井施工对环境影响的现场监测研究

结合工程实例,介绍软土中压入式沉井的施工技术并研究其对周边环境的影响。对沉井压沉过程中周边土体及管线的监测数据进行分析,结果表明：压沉施工能有效控制沉井的几何姿态,保持下沉速度稳定,但具有一定的挤土效应;沉井下沉初期挤土效应占主导地位,开挖效应随下沉深度的增加逐渐显著;土体水平位移和地表沉降均随沉井下沉深度H的增加而增大;地表沉降呈三角形分布,影响范围约为1.7H;土体分层沉降中,淤泥质粉质黏土的单位沉降量最大;管线沉降可控制在毫米级。基于对无量纲化地表沉降数据的拟合分析,提出了分别采用指数函数和二折线表示的压入式沉井周边地表沉降经验公式,并用工程实例验证了其合理性。     

武汉鹦鹉洲长江大桥北锚碇施工变位分析

武汉鹦鹉洲长江大桥主桥为3塔4跨悬索桥,其北锚碇采用圆形沉井形式,施工前在周围预先制作圆形地下连续墙。考虑到沉井下沉对邻近建筑物和构筑物的影响,根据沉井施工工况,结合现场实测监控数据,采用MIDAS-GTS建立三维计算模型进行有限元分析,主要讨论三维计算模型所得关键测点的位移值与实际测量值的吻合情况,在指导现阶段施工的同时,预测后续工况对周围建筑及长江大堤的影响,同时先后分析沉井下沉过程对圆形地下连续墙变形的影响。计算结果表明,关键测点的变形计算值与实测值结果比较吻合,计算误差基本在5%~30%,施工可有效地避免对周围建筑物和长江大堤不利影响;地下连续墙变形会随沉井下沉而增大,但收敛趋势明显。该计算模型对沉井下沉的姿态控制具有参考价值。     

沉井侧壁摩阻力室内试验研究

沉井侧壁摩阻力的大小和分布是沉井结构设计以及助沉方法选择的依据。目前,其计算方法带有较强的经验性,计算结果与实际情况往往存在较大差异。为了进一步认识和掌握其分布规律,研制了能够直接测量沉井侧壁阻力的微型摩阻力仪,并对其准确性、稳定性和可靠性进行了验证;然后,利用该仪器以及静态应变测试系统等电测设备开展沉井下沉阻力的模型试验。试验表明：随着入土深度的增加,沉井侧壁摩阻力的变化特征可分为3个阶段,在第1阶段,侧壁摩阻力随深度的增加接近线性增加;在第2阶段,随着深度的增加,侧壁摩阻力总体仍是上升的,但其上升速率则有所降低,在下沉一定深度后,摩阻力达到峰值;在第3阶段,侧壁摩阻力随入土深度的增加而逐渐减小。运用极限分析理论,对上述变化规律的原因进行了分析。上述试验及分析成果可作为现场原位测试数据的补充,两者共同为沉井下沉阶段的侧壁摩阻力计算研究提供基础数据支持。     

大型圆形沉井结构应力及其周边沉降计算

根据武汉鹦鹉洲长江大桥北锚碇大型圆形沉井结构特点与工程地质条件,结合施工现场沉降监测控制点的实测数据,采用大型有限元计算程序ADINA建立了三维计算模型,对沉井结构及其周围的地下连续防护墙进行了有限元分析,分析了沉井在下沉与封底过程中其结构自身的应力分布与变形情况,并探索了沉井在下沉过程中对周边邻近高层建筑与堤岸构筑物的影响。计算研究结果表明:沉井外围的地下连续防护墙主应力会随沉井的下沉而相应地增加,在沉井封底后其变形主要出现在上部和底部;而沉井在下沉过程中其结构底部的刃脚、十字隔墙、十字隔墙与环形井壁结合处均会出现较大拉应力;沉井的周边土体沉降量会随下沉深度而相应地增大。在沉井封底完成后测点的沉降理论计算值与实际监测值比较吻合,一般计算值较监测值稍小:二者的差值在邻近高层建筑的沉降控制测点为-1.22~-0.88 mm;而在附近的长江大堤处的关键测点为-1.27~0.64 mm。该计算模型对锚碇沉井下沉过程的沉降控制具有参考作用。     

Representation of normal slant faults in a 2D burial history model

A discussion is given of the impact of normal slant faults on basinal structure, compaction, fluid overpressure development, and thermal effects in sedimentary basins. Faults which are hydraulically closed or open to fluid flow are examined in a dynamical two-dimensional fluid/ flow compaction model.
From this numerical investigation three dominant factors characterize the effects of single and multiple faults with open or closed hydraulic behaviours: (i) there is a difference in excess pressure for fault planes with open or shut hydraulic conditions, but the neighbourhood where the effect of the fault is dominant is fairly localized (to within about half a kilometre or so laterally from the fault plane); (ii) the lateral and vertical motion of sediments between faulted blocks induces a thermal difference prior to, during, and post-faulting, which can play a role in influencing hydrocarbon generation, migration, and accumulation; (iii) porosity retention and permeability modification by fault development could influence hydrocarbon exploration decisions regarding sealing, migration pathways, and fluid retention.
The general patterns of slant fault effects described here should prevail in most geological situations, because the numerical experiments are designed to illuminate sharply the dominant response characteristics within the framework of simplified situations.     

地下采煤的缓倾边坡变形机制

通过某地边坡变形的环境条件和多年监测资料,提出地下采煤的缓倾边坡变形机制,即由地下采煤产生的岩层弯曲下沉侧推效应和央体松动扩容侧推效应,以及地下水作用产生的空隙水压效应导致的边坡变形,并对边坡变形机制进行了验证。