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以上海地铁11号线某区间盾构工程为背景,采用相似物理模型试验研究盾构隧道开挖对上方垂直于隧道轴线的地下管线的影响,并将试验结果与数值解对比。采用量纲分析法推导出文中模型试验的相似准则,并基于该相似准则设计出盾构机和隧道模型,分别通过管线刚度试验和模糊数学综合评判方法选定模型管线和配制相似土材料。研究结果表明,自主开发的半自动盾构掘进装置能较好地模拟盾构的开挖过程,较人工开挖扰动更小;下方盾构隧道开挖使管线产生的竖向变形关于隧道轴线呈对称分布,其形态符合高斯曲线的特征,最大竖向变形位于隧道轴线正上方处,竖向变形反弯点出现在与隧道轴线水平距离约一倍隧道直径的位置处;隧道开挖对管线的影响范围随管隧间距的增加而减小,管线竖向变形曲线的反弯点位置随管隧垂直间距的增大而有所内移;管线刚度对管线竖向变形的影响相对较小。 相似文献
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离心模型中的固结时间是原型固结时间的1／n2,能够在较短的时间内模拟软土地基的长期沉降。以上海地铁4号线修复段双线盾构隧道为研究对象,利用离心模型试验研究了隧道的纵向长期沉降及稳定性特性,预测了15-20a之后完好段、连接段和修复段隧道纵向沉降量和沉降分布。最后,得出了连接段两端差异沉降最大的结论。并提出隧道与修复段的连接刚度应采用刚性连接,以提高连接点附近隧道适应变形能力的修复意见。 相似文献
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《岩土力学》2017,(4):1164-1170
隧道开挖和管线置换引起的应力变化将不可避免地导致土体位移,进而对上覆既有管线产生诸多的不利影响。国内外学者对管-土相互作用开展了大量的研究,但用于预估隧道开挖和管线置换引起既有管线弯曲变形的简单并且有效的设计图表尚未提出。采用ABAQUS商业软件,对隧道-土-管线、管线置换-土-管线间的相互作用开展系统的有限元仿真模拟。通过采用管线不同运动方向下的等效管-土相对刚度,提出了隧道开挖和管线置换引起的管线弯曲变形的设计图表,并采用现场实测数据和离心模型试验结果验证此设计图表的合理性。设计图表中的管线最大弯曲曲率与土体最大曲率的比值和管-土相对刚度具有非常好的相关性。工程师一旦得到隧道开挖或管线置换引起的土体位移、管线尺寸、管线参数和土体参数,此设计图表可用来预测隧道开挖或管线置换引起既有管线的最大弯曲曲率。 相似文献
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砂土中隧道施工对相邻垂直连续管线位移影响的模型试验研究 总被引：1，自引：0，他引：1
隧道施工会对邻近管线造成危害,但目前对土体位移与管线位移两者之间的关系还没有清晰的认识。针对这一问题,设计砂土中考虑不同管线管径、埋深及抗弯刚度的3组隧道施工模型试验,分析垂直下穿隧道施工过程中砂土和管线位移规律。研究结果表明,Vorster修正高斯公式能较好地拟合砂土沉降分布,其控制参数?值在0.2～1.0之间变化,且与地层埋深成正比;土体沉降槽宽度系数i对管线变形有较大影响,埋深相同的条件下管线抗弯刚度与沉降值成反比;深埋管线的变形主要受上拱效应支配,且管径越大上拱效应越明显,而下拉效应主要支配着浅埋管线的位移;Smax /i为影响管土相对位移一个关键参数,在此基础上提出了修正的管土相对刚度计算公式。 相似文献
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预应力钢筒混凝土输水管线(PCCP)已广泛应用于地下输水工程,特别是南水北调工程。管道接口属于半刚性结构,相邻管道可产生一定的自由转角,在自由转角范围内两管之间不会产生内力。当相对转角大于自由转角时,两管会产生相互作用力,作用力过大会导致PCCP管的破坏,如何有效地控制不均匀软土地基上相邻管道转角成为研究管道安全的关键问题之一。首先分析了导致PCCP管线产生相对转角的机制,结合现场试验和数值分析对控制PCCP管线相对转角的关键因素进行研究。研究表明,相对转角的敏感因素为管道底部碎石垫层厚度、腰部以下砂垫层（砂包角）厚度和压实度,随着碎石垫层厚度增大、砂垫层（砂包角）厚度和压实度增加,管线相对转角降低,通过控制这3个因素可有效控制PCCP管的相对转角。研究成果可为软土地基上PCCP输水工程设计提供依据和指导。 相似文献
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地下水开采是导致地面不均匀沉降的重要因素之一,而地面不均匀沉降又会对桥梁结构造成较大的危害。通过离心模型试验研究了离心场中地基抽水对桥梁结构物的影响。在自主研制的离心场中地基抽水对结构物影响的模拟和测量系统基础上,测量了抽水过程中粉土地基中沉降的变化以及桥梁结构的变形分布规律,探讨了地面不均匀沉降对刚性桥梁、简支桥梁以及简支连续桥梁的影响规律。试验结果表明,水井抽水的初期非稳定渗流期是桥梁变形发展最快的阶段;减小桥垮长度以及桥面桥墩改用铰连接都可以使得桥面轴向应变减小;地基的水平位移会给刚性桥梁中部带来较大的变形 相似文献
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地铁暗挖施工引起的管线与地层沉降关系研究 总被引：1，自引：0，他引：1
依托北京地铁4号线公益西桥站工程,建立结构-地层-管线三维弹塑性数值模型,基于管线周边地层沉降及地表沉降实测数据分析,研究西南出入口暗挖施工上方管线周边地层变形规律。通过现场实测数据、数值模拟及经验公式计算结果综合对比,分析了管线刚度对地层变形抵制作用的影响。研究表明：管土相对刚度小于0.18时,管线与土体沉降差小于5%,可用经验公式计算出的管线轴线处地层沉降代替管线沉降。随管线刚度的增大,管线对土体变形的抑制作用逐渐增强,沿深度方向地层沉降量增大速率减小,并会出现负增长,甚至出现地层沉降小于地表沉降的情况。通过对数值计算结果的拟合分析,提出了刚性接头管线与地表沉降比和管土相对刚度的经验公式。工程实例应用结果表明,计算值与实测值偏差小于4%,验证了该方法的适用性。 相似文献
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研究双线盾构隧道施工时邻近地下管线的安全性判别方法。基于Winker弹性地基梁模型,考虑管土效应,建立连续管线应变与地表沉降关系式;假设管线位移与土体位移相同,建立非连续管线接头转角与地表沉降关系式;同时考虑管线老化,定义与时间相关的折减系数,建立一种通过测量地表沉降值即可判断管线安全性的方法。当管线应变或接头转角为安全允许值时,对应的地表沉降即为控制值。施工时,若地表沉降超过该值,则表明管线存在危险。该方法将不易监测的管线状态转化为可见的地表沉降。研究结果表明：预测值与实测值的对比说明了所提方法具有可靠性;双线隧道水平间距L值对地表沉降控制值的影响非常大。当L较小时,最大值出现在两隧道中轴线处;当L较大时,最大值出现在隧道轴线上方附近处;随着L的增大,最大控制值逐渐减小。 相似文献
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为了探究盾构下穿施工对高铁路基U型槽结构和地层的变形影响规律,以拟建的石家庄市轨道交通4号线下穿京石高速铁路路基为工程背景,基于几何相似比配制了地层和结构模型试验材料,设计了试验监测系统,采用φ1 200 mm小型盾构机进行了盾构隧洞顶距路基管桩底不同距离的2组室内模型试验。结果表明：随着距离盾构隧道拱顶距离的增大,地层沉降减小,盾构施工对地层的影响范围约为2倍洞径,显著影响区为1倍洞径;随着埋深的增大,盾构施工引起结构下方地层的沉降减小,距盾构隧道顶距离分别为0.5倍洞径和1倍洞径时沉降最大差值为10%;U型槽结构与相邻地层间产生脱空,盾尾脱出阶段发生的地层沉降占比大于74%。建议管片拼装完成后采用保水性好且有一定早期强度的注浆填充材料,以控制沉降变形,同时进行地层深孔注浆,及时充填松动地层孔隙,增加地层密实度。 相似文献
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Soil settlements related to groundwater lowering are expected to be accelerated by climate change and may damage underground infrastructure networks. A 1D mechanical model, previously developed for continuous pipelines, has been extended towards jointed pipelines to calculate the stresses and joint rotations induced by the soil settlements. From the mechanical model, curve fits were acquired that can be used to estimate the bending moments and joint rotation. The curve fits differ per soil type, joint stiffness, joint position and joint distance. The stresses calculated by the 1D mechanical model and curve fits were validated by means of 3D finite element modelling. Using the curve fits, a probabilistic approach was followed by means of a Monte Carlo method to calculate the probability of failure of the pipeline system. The effect of joints is that the pipe stresses are reduced as the joints absorb a part of the soil displacement. For the probability of failure, the pipe stresses have a larger contribution than the joint rotation, as the joint rotation remains small compared to the maximum allowable joint rotation. 相似文献
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柱状节理岩体原位变形试验力学浅析与模拟 总被引：1，自引：0，他引：1
在白鹤滩坝址区柱状节理岩体原位变形试验成果的基础上,针对节理刚度的取值进行讨论,利用柔性中心孔试验值反算得到柱状节理岩体节理面刚度值。岩体变形是由岩块和节理两部分组成,分析含单节理岩体概念模型的单轴加、卸载规律性和其变形特性,发现其滞回特性是节理力学行为造成的;推导得到了岩体变形计算公式,可用于多组相交节理岩体等效弹性模量的计算,能够反映出节理岩体的各向异性特征;建立了柱状节理随机模型,采用离散元方法和反算的刚度值进行了仿真分析,得到等效变形参数在试验结果范围内。 相似文献
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A Numerical Study on Wave Transmission Across Multiple Intersecting Joint Sets in Rock Masses with UDEC 总被引：1，自引：1，他引：0
This paper presents a numerical study on wave transmission across jointed rock masses with UDEC, where multiple intersecting joint sets exist. The capability of UDEC of studying wave transmission across rock joints is validated through comparison with analytical solutions and experimental data. Through parametric studies on wave transmission across jointed rock masses, it is found that joint mechanical and spatial parameters including joint normal and shear stiffnesses, nondimensional joint spacing, joint spacing ratio, joint intersecting angle, incident angle, and number of joint sets together determine the wave transmission. And for P wave incidence, compared with other parameters, joint normal stiffness, nondimensional joint spacing, and joint intersecting angle have more significant effects on wave transmission. The physical reasons lying behind those phenomena are explained in detail. Engineering applications and indications of the modeling results are also mentioned. 相似文献
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节理岩体蠕变特性研究 总被引：13，自引：3，他引：10
在已知岩石和节理蠕变规律的前提下,推导了节理岩体蠕变模型的一般表达式。假定岩石体积变形和节理法向压缩变形为弹性变形,忽略节理的剪胀现象,认为只有岩石畸变和节理剪切滑移与时间有关,从而推导了含三组相交节理的岩体蠕变模型及其参数。根据反演出的岩石和节理蠕变模型,计算了含三组相交节理的岩体在单轴应力作用下一些节理参数对岩体单轴蠕变的影响。分析表明,节理间距、剪胀系数以及节理夹角都对岩体的单轴蠕变变形有明显影响。节理间距越大,剪胀系数越大,节理夹角越小,节理岩体的单轴蠕变柔量也就越小,岩体的蠕变变形也越小。 相似文献
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隧道开挖引起的地层不均匀沉降造成附近的地埋管线产生额外的变形,甚至破坏。被动管线与土体的相互作用的研究表明,不考虑土体的刚度衰减,较大的土体弹性模量使得管线的最大弯矩计算结果过大,偏于保守,造成不必要的浪费。在被动管线Winkler地基模型分析基础上,引入土体刚度衰减模型考虑土体非线性特性,提出了隧道开挖作用下管线响应的等效线性分析方法。基于自由土体位移场计算管周土体由于隧道开挖引起的附加应变,基于水平受荷桩的环状弹性介质模型考虑由于管土相互作用引起的管周土体应变,从而对被动Winkler地基模型的土体弹性参数进行修正,计算得到管线的最大弯矩。通过与现有的弹性理论方法、离心模型试验结果的对比,验证了针对隧道开挖引起的被动管土相互作用问题,该方法考虑土体非线性特性的合理性。 相似文献
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因其特殊的地质成因,柱状节理成为一种具有强烈非连续性及各向异性的特殊岩体结构。以白鹤滩水电工程设计、建设中所遇到的柱状节理玄武岩体为背景,针对柱状节理岩体的等效变形模量问题,在探讨了其结构效应表征参数的基础上,利用节理网络有限元为工具,研究各结构效应表征参数对柱状节理岩体等效变形模量的影响。研究结果表明：在柱轴线横向平面上,对于柱体不规则程度,当柱体完全不规则相对于完全规则情况,等效模量提高大约10%左右;在其他条件不变情况下,当柱体平均边长从0.1 m增加至0.5 m时,等效模量从5.36 GPa增加至23.4 GPa;对不同加载方向的研究结果表明,柱状节理在柱轴横向平面上可以视作各向同性;当节理刚度线性递增时,相应的岩体等效模量也基本符合线性递增的规律。在平行柱体轴线平面,节理组2间距越大,柱状节理岩体的等效变形模量越大;随着错距比的增加,柱状节理岩体的等效变形模量呈现先增加后减少的趋势,当错距比为50%时,节理岩体的等效变形模量取最大值;对于节理刚度的影响,与柱轴横向平面类似的,随柱体轴线平面上节理刚度的线性增加,相应的岩体模量也基本符合线性递增的规律。该研究成果与已有的现场研究成果及三维数值模型成果相比,吻合良好。说明了文中提供的研究结论具有较好的可信度及参考价值。 相似文献
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地基土承受超载作用时就会产生沉降,在土体沉降作用下埋置于其中的管道,管壁就会产生变形甚至破裂。为分析地面超载对临近地下管线的影响,基于温克勒（Winkler）弹性地基短梁理论,应用Boussinesq解,考虑地面超载引起下卧层的沉降及地基土体的侧向移动对管道的影响,建立地面超载对埋地管道影响的分析计算模型,并采用有限差分法进行求解;通过算例分析了超载大小、位置,管道刚度、埋深、管径以及土体性质对埋地管道位移的影响;结果表明：超载大小、管道的刚度、埋深、管径对地下管道位移的影响较大,而当地基基床系数和超载离管道的距离增大到一定值时,地面超载对其影响将减弱。因此,需要考虑邻近超载对管道的影响,合理制定埋地管道的保护措施。 相似文献
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盾构机在沿曲线掘进或轴线纠偏过程中,盾尾非对称推力会在管片端部产生附加弯矩,从而引起隧道发生纵向变形。现有解析方法多是将盾构隧道简化为等效连续梁,不能考虑隧道管片环间接头的弱化。首先,建立一种能够同时考虑环间张开和剪切错台的简化纵向梁-弹簧盾构隧道模型（simplified longitudinal beam-spring shield tunnel model,简称SLBSM）;其次,将在建隧道简化为Winkler地基上的SLBSM,采用状态空间法推导了非对称推力作用下盾构隧道纵向变形解析解答。通过与既有文献有限元及现有两种连续梁模型计算结果进行对比,验证了所提方法的可靠性和适用性,并对部分参数进行敏感性分析。研究结果表明：连续梁模型计算得到的隧道纵向位移表现为连续特征,而所提方法得到的隧道纵向位移表现为非连续特征,隧道纵向位移在接头处会发生突变;通过参数分析可知：增大接头转动刚度可有效降低隧道隆起和环间张开量;增大接头剪切刚度可有效降低环间错台量,但会导致隧道隆起和剪力的增加;增大地基刚度能显著降低隧道环间张开量和隆起,但会导致环间错台量的增加;管片始端轴力对隧道纵向变形的影响不可... 相似文献