土艙壓力波動的盾構隧道開挖數值模擬

ansys12.0中的cpt215單元在solid45單元的基礎上；加入了節(jié)點水壓自由度；使得土體滲透問題可以脫離傳統(tǒng)的熱量傳遞問題直接進行數值模擬；biot從連續(xù)介質的基本方程出發(fā)；推導出了能準確反映孔隙水壓力消散與土體骨架變形相互關系的三維固結方程；基于biot三維固結理論；利用ansys12.0的cpt215單元；對盾構隧道開挖引起的超孔隙水壓力的消散過程進行數值模擬；并研究由于超孔隙水壓力消散引起的地表固結沉降；基于上海地鐵2號線的開挖；將數值模擬的結果與實際監(jiān)測到的規(guī)律進行比較(包括超孔隙水壓力的消散過程和地表固結沉降歷程)；對超孔隙水壓力區(qū)域數值、消散過程、地表固結沉降歷程等進行分析；

為探索地鐵穿越地裂縫時隧道圍巖與襯砌結構的變形和應力變化規(guī)律,本文以實際工程為基礎,通過合理簡化土層,采用理想彈塑性模型,通過控制生死單元的方法對盾構隧道進行分步開挖數值模擬。獲得施工過程中圍巖與襯砌的位移與應力。結果表明,地裂縫是隧道開挖時最危險的部位,對隧道的破壞起決定性作用。在裂縫處圍巖洞室沉降出現了較大變化,易造成隧道的坍塌;在地裂縫處隧道兩側圍巖與管片襯砌兩側均形成了應力集中,易使隧道洞室側壁與管片襯砌發(fā)生剪切破壞。最后提出了保證地裂縫處圍巖穩(wěn)定性的處理方法,為同類工程提供參考。

為探索地鐵穿越地裂縫時隧道圍巖與襯砌結構的變形和應力變化規(guī)律,本文以實際工程為基礎,通過合理簡化土層,采用理想彈塑性模型,通過控制生死單元的方法對盾構隧道進行分步開挖數值模擬。獲得施工過程中圍巖與襯砌的位移與應力。結果表明,地裂縫是隧道開挖時最危險的部位,對隧道的破壞起決定性作用。在裂縫處圍巖洞室沉降出現了較大變化,易造成隧道的坍塌;在地裂縫處隧道兩側圍巖與管片襯砌兩側均形成了應力集中,易使隧道洞室側壁與管片襯砌發(fā)生剪切破壞。最后提出了保證地裂縫處圍巖穩(wěn)定性的處理方法,為同類工程提供參考。

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收稿日期:2004-09-02 作者簡介:秦建設(1973-),山西夏縣人,博士生,主要從事隧道盾構施工技術研究。 文章編號:1003-5923(2005)01-0027-04 盾構隧道開挖面穩(wěn)定數值模擬研究 秦建設1,尤愛菊2 (1.河海大學巖土工程研究所,江蘇南京210098;　2.浙江省水利河口研究院,浙江杭州310020) 摘　要:盾構隧道施工中,開挖面穩(wěn)定是保證掘進順利進行的關鍵,本文利用能夠考慮大變形破壞的拉格 朗日有限差分計算程序,對砂土地層盾構施工中的開挖面穩(wěn)定問題進行了數值模擬,并與前人離心試驗研究 結果進行了比較分析,證明了數值模擬在研究盾構隧道開挖面穩(wěn)定方面的可行性及其具有的優(yōu)勢,為盾構隧 道施工中開挖面穩(wěn)定問題研究提供建議。 關鍵詞:盾構施工;開挖面穩(wěn)定;離心試驗

通過對照物理模型試驗，采用二維顆粒流程序（pfc2d）對不同埋深和不同密度條件下的盾構掘進過程進行數值模擬，從而分析開挖面前方土體破壞機理。首先通過研究支護力和地表沉降的變化規(guī)律，將模型箱試驗結果和數值模擬結果進行對比分析，分別確定了極限支護力；利用二維顆粒流程序對土拱效應進行研究，揭示了開挖面前方土體的失穩(wěn)破壞機理。結果表明，支護力和地表沉降的變化規(guī)律都可分為2個階段，且不受埋深條件的影響；發(fā)生局部失穩(wěn)破壞后，土拱繼續(xù)向上發(fā)展最終導致整體失穩(wěn)破壞；埋深比較小時，未能形成土拱，而埋深比較大時，滑動區(qū)與土拱區(qū)隨埋深比的增大而增大。數值模擬結果與模型箱試驗結果基本一致，驗證了采用縱面進行顆粒流模擬的可行性，因此可利用pfc2d進行深入顆粒流模擬。

通過對照物理模型試驗，采用二維顆粒流程序（pfc2d)對不同埋深和不同密度條件下的盾構掘進過程進行數值模擬，從而分析開挖面前方土體破壞機理.首先通過研究支護力和地表沉降的變化規(guī)律，將模型箱試驗結果和數值模擬結果進行對比分析，分別確定了極限支護力；利用二維顆粒流程序對土拱效應進行研究，揭示了開挖面前方土體的失穩(wěn)破壞機理.結果表明，支護力和地表沉降的變化規(guī)律都可分為2個階段，且不受埋深條件的影響；發(fā)生局部失穩(wěn)破壞后，土拱繼續(xù)向上發(fā)展最終導致整體失穩(wěn)破壞;埋深比較小時，未能形成土拱，而埋深比較大時，滑動區(qū)與土拱區(qū)隨埋深比的增大而增大.數值模擬結果與模型箱試驗結果基本一致，驗證了采用縱面進行顆粒流模擬的可行性，因此可利用pfc2d進行深入顆粒流模擬.

盾構隧道施工中,開挖面穩(wěn)定是保證掘進順利進行的關鍵,本文利用能夠考慮大變形破壞的拉格朗日有限差分計算程序,對砂土地層盾構施工中的開挖面穩(wěn)定問題進行了數值模擬,并與前人離心試驗研究結果進行了比較分析,證明了數值模擬在研究盾構隧道開挖面穩(wěn)定方面的可行性及其具有的優(yōu)勢,為盾構隧道施工中開挖面穩(wěn)定問題研究提供建議。

用三維數值分析模型模擬了隧道盾構開挖引起的地表沉降的發(fā)展過程,分析了地表橫向和縱向沉降的動態(tài)變化規(guī)律,得出了模擬盾構開挖過程的數值模型,并基于peck公式對地表沉降模擬值和工程實測資料的沉降槽參數進行了對比分析．結果表明flac3d模型能有效地模擬盾構掘進過程中的地層開挖效應和沉降規(guī)律．

以西安地鐵某區(qū)間盾構隧道近距離穿越某立交橋樁基為研究對象，采用三維有限元模型對盾構隧道施工所引起的樁基應力和變形進行模擬計算．根據計算結果，針對既有樁基將產生沉降和傾斜，從而導致樁基產生附加的軸力和彎矩，提出了盾構隧道施工措施．

經與離心試驗結果對比分析,驗證了應用數值模擬研究盾構隧道開挖對鄰近樁基影響是可靠的。通過采用mohr-coulomb彈塑性屈服準則,建立三維有限元數值模型,研究軟土地區(qū)盾構隧道開挖對鄰近樁基的影響規(guī)律。數值模擬結果表明,開挖導致群樁中前排樁變形及內力均大于后排樁,且同排樁水平位移、彎矩和軸力沿樁身分布幾乎重合;與同位置單樁相比,群樁中各樁水平位移稍大,而沉降則更小;前排樁最大彎矩與同位置單樁相差不大,而后排樁最大彎矩稍大于同位置單樁,前、后排樁最大軸力均大于同位置單樁。

盾構隧道開挖對鄰近樁基影響數值分析——經與離心試驗結果對比分析，驗證了應用數值模擬研究盾構隧道開挖對鄰近樁基影響是可靠的。通過采用mohr—coulomb彈塑性屈服準則，建立三維有限元數值模型，研究軟土地區(qū)盾構隧道開挖對鄰近樁基的影響規(guī)律。數值模擬結果...

通過優(yōu)化楔形滑塊傾角并考慮滑塊側面土體抗剪強度的影響,對現有三維梯形楔形體模型進行改進,建立了一種盾構隧道開挖面極限支護壓力的三維極限平衡計算模型。推導了極限支護壓力的計算公式,并通過優(yōu)化分析得到了其最優(yōu)解。通過優(yōu)化得到的滑塊傾角隨隧道埋深增加略有減小,隨土體內摩擦角φ增大而增大,且高于通過π/4+φ/2得到的值。對土體內摩擦角和隧道埋深對極限支護壓力計算值的影響進行了分析,結果表明隧道埋深對極限支護壓力計算結果的影響遠小于土體的內摩擦角,且當土體內摩擦角較大或隧道深埋時,支護壓力值幾乎不受隧道埋深的影響。通過對離心模型試驗結果的理論預測表明所建模型是合理的,并優(yōu)于現有的三維楔形體模型計算結果。

盾構隧道土倉壓力引起的地表沉降數值模擬分析——以廣州地鐵四號線侖一大區(qū)間盾構施工為依托，通過三維有限元模型預測盾構向前推進時艙體設定土壓力引起的地表變形值，對盾構施工變形問題進行研究。同時結合現場監(jiān)測結果的對比分析，總結了地表沉降規(guī)律，對后續(xù)...

地漏是排水系統(tǒng)中至關重要的排水配件,其構造和性能對室內衛(wèi)生和人們的身心健康有重要的影響。本文在分析地漏水封抗壓力波動性的基礎上,發(fā)現了地漏存在的相關問題,最后提出提高地漏性能的相關建議。

由于盾構隧道掘進的特殊施工工藝,使開挖模擬的數值計算存在著諸多難以量化的因素。采用應力釋放法模擬盾構隧道的開挖,在襯砌和土體之間設置等代層單元模擬盾構施工的影響,求得竣工期的應力場和位移場。在靜力計算基礎上運用動力有限元時程分析法,采用粘性人工邊界條件,分析了隧道襯砌在地震過程中的最大響應。其結果和規(guī)律可為一般的盾構隧道地震反應分析提供借鑒。

為分析不同地層條件下盾構法開挖隧道對土層的擾動情況,采用flac3d模擬了黏土和砂土兩種地層盾構法開挖后土層的變形情況.結果表明,砂土地層中采用盾構法開挖隧道對土層擾動較大,黏土地層中擾動相對較小,基于模擬結果提出了兩種土層下盾構施工要點,可供相關工程參考.

以某鐵路隧道為工程背景,該隧道為軟巖大變形隧道,且地下水極為豐富,隧道穿過軟巖地層時,初期支護多次出現下沉、開裂,最后導致初期支護置換,施工進度極為緩慢。針對隧道在軟巖地段時,研究隧道在滲流場—應力場耦合情況下,對隧道采用三臺階開挖方法進行模擬,驗證施工工法的可行性。

利用所研制的預測列車進入隧道時引起的列車和隧道環(huán)狀空間的壓力波動軟件,計算了流線型列車及隧道主要參數對環(huán)狀空間3s內最大壓力變化的影響。結果顯示所有影響因素中,速度和阻塞比對壓力變化的影響最大。得出單線隧道單列列車通過時,在速度不大于250km·h-1,3s內最大壓力變化與列車速度的平方成正比,但速度超過250km·h-1時,壓力對速度的依賴關系有所緩和。分析認為在3s內最大壓力變化隨阻塞比非線性地變化。研究表明列車長度對頭部壓力變化的影響較小,但對尾部壓力變化有明顯影響;隧道內會車壓力波在3s內變化量隨會車位置不同有明顯區(qū)別,兩列車在隧道長三分之一處交會最為不利。

建筑排水管道中的壓力波動是影響建筑排水系統(tǒng)通水能力的關鍵因素。簡要描述了排水橫干管中的水流運動狀態(tài)及壓力分布狀況,并且通過模型試驗研究了排水負荷對排水橫干管不同位置處壓力波動的影響。研究表明,排水過程中排水橫干管中產生壓力波動,引起直接連接在排水橫干管處衛(wèi)生器具的水封損失,進而影響通水能力。因此,在今后的建筑排水系統(tǒng)設計研究中應給予一定的重視。

某雙線盾構隧道近距離旁穿一幢12層高層建筑,為合理評估隧道施工對建筑物的影響,進行了考慮盾構動態(tài)施工及排樁加固的的遠端(左線)、近端(右線)以及雙線均開挖后隧道橫斷面及建筑物沉降的flac3d數值模擬分析,并對工程現場進行了沉降實測。數值模擬和實測結果表明:不采取加固措施,建筑物基礎靠近隧道側的最大沉降為5.2mm,最大水平位移達25.8mm;基地土體出現拉剪破壞;數值模擬分析結果與現場實測結果較為一致;若采用排樁加固,建筑物基礎靠近隧道側的最大沉降為2.4mm,最大水平位移不足10mm,基地土體未出現拉剪破壞;排樁加固能有效降低圍巖變形及地表沉降,有利于建筑物的保護。

盾構隧道穿越溶洞密布的復雜環(huán)境時,不可避免的引起巖溶開挖區(qū)應力場突變,嚴重時造成溶洞坍塌、隧道突水突泥等工程災害.采用有限元模擬方法,基于巖層破壞機理,分別針對溶洞數量不同及排列方式不同這兩種重要因素,從隧道開挖引起的位移場、應力場和塑性區(qū)域三個方面分析巖溶隧道開挖所引起的圍巖變化規(guī)律.結果表明:溶洞的存在使得隧道圍巖最大主應力顯著提高,圍巖豎向位移隨溶洞個數增加而增大,圍巖周圍土體的應力場、位移場、塑性區(qū)域均隨著洞-隧之間不同的排列方式而呈現不同的變化規(guī)律.分析結果可為巖溶地區(qū)盾構隧道設計、施工以及運營提供理論及工程指導.