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不同环向接头影响下盾构隧道管片受力特性精细化数值研究
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作者 石钰锋 周宇航 +3 位作者 胡梦豪 黄大维 蔡家城 蒋亚龙 《中国铁道科学》 北大核心 2025年第3期116-128,共13页
为提高对盾构隧道管片的数值模拟精度,基于等效刚度设计原理,将盾构管片结构分析模型逐步细化,建立可考虑环向接头刚度折减、接头非连续性和螺栓预紧力的盾构隧道精细化数值模型;对均质圆环管片模型、开槽接头管片模型及所建模型进行相... 为提高对盾构隧道管片的数值模拟精度,基于等效刚度设计原理,将盾构管片结构分析模型逐步细化,建立可考虑环向接头刚度折减、接头非连续性和螺栓预紧力的盾构隧道精细化数值模型;对均质圆环管片模型、开槽接头管片模型及所建模型进行相同堆载工况下的数值分析,考察不同环向接头影响下盾构管片的受力特性区别;开展模型试验,对3种模型的计算结果进行验证。结果表明:相较于均质圆环管片模型,开槽接头管片模型考虑了接头刚度折减,管片横向变形向薄弱接头处发展,会引发弯矩大规模重分布,导致弯矩零点、极值和包络线明显上移;相较于开槽接头管片模型,精细化数值模型进一步考虑了接头非连续性,管片发生接缝张开,会进一步加剧管片的横向变形,导致管片最大弯矩值增加近10%;增大预紧力能有效降低管片收敛变形及接缝张开,但预紧力过大也会引发应力集中,加剧管片接头破损,施加螺栓预紧力时应把握好管片整体横向变形与局部应力集中破坏间的平衡关系。 展开更多
关键词 盾构隧道 管片环向接头 精细化数值模拟 管片内力 螺栓预紧力 受力特性
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含壁后空洞盾构隧道管片安全分析 被引量:2
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作者 石钰锋 胡梦豪 +3 位作者 周宇航 黄展军 耿大新 顾大均 《都市快轨交通》 北大核心 2024年第2期107-115,共9页
为探究空洞对盾构隧道的影响机理,通过建立考虑环、纵向接头的盾构隧道精细化数值模型,研究不同空洞深度、面积、位置等多种情况下管片内力、变形及截面安全系数的变化规律,并探讨管片不同拼装点位对含壁后空洞隧道的影响。研究结果表明... 为探究空洞对盾构隧道的影响机理,通过建立考虑环、纵向接头的盾构隧道精细化数值模型,研究不同空洞深度、面积、位置等多种情况下管片内力、变形及截面安全系数的变化规律,并探讨管片不同拼装点位对含壁后空洞隧道的影响。研究结果表明:隧道壁后不同位置空洞对结构安全不利影响的排序为:隧腰>隧底>隧顶;空洞面积为5.0 m^(2)时,随空洞深度增加,隧顶或隧底空洞中心处隧道截面弯矩及安全系数呈先减小后反向增大的趋势,且管片椭变先减小至0后反向增大,弯矩分别在空洞深0.3、0.2 m时反弯,左隧腰空洞中心处截面安全系数不断降低,管片椭变及弯矩大幅提升;空洞深度为0.5 m时,隧顶或隧底空洞中心处隧道截面弯矩均在空洞面积3.75 m^(2)时反弯;空洞范围内存在纵缝会降低空洞中心处隧道截面内力并提升其安全系数,但其最大张开为空洞内无接缝时的2.0~3.5倍。研究成果可为盾构隧道壁后空洞安全评价、拼装点位选取提供参考。 展开更多
关键词 轨道交通 盾构隧道 壁后空洞 数值模拟 安全系数 内力
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不同因素导致的差异沉降对盾构隧道受力特性影响研究 被引量:4
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作者 石钰锋 胡梦豪 +3 位作者 周宇航 黄大维 黄展军 陈焕然 《铁道科学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期1521-1532,共12页
盾构隧道在下卧地层软硬突变、局部堆载等因素影响下易产生不均匀沉降,可能诱发管片环间错台、螺栓断裂和接缝渗水等病害,危及隧道安全。然而,现有试验研究在隧道模型上多将纵向接头简化处理,难以反映盾构隧道纵向受力变形特性,对于隧... 盾构隧道在下卧地层软硬突变、局部堆载等因素影响下易产生不均匀沉降,可能诱发管片环间错台、螺栓断裂和接缝渗水等病害,危及隧道安全。然而,现有试验研究在隧道模型上多将纵向接头简化处理,难以反映盾构隧道纵向受力变形特性,对于隧道下卧软硬突变地层等工况的模拟也较为缺乏。为此,提出一种可同时模拟抗拉、抗弯刚度的“弹簧+螺栓型”接头,并以此接头制作可满足纵向力学性能相似的隧道模型,对盾构隧道进行下卧软硬突变、局部堆载等工况下的模型试验,进一步探明不同因素导致的差异沉降对盾构隧道的影响机理,并采用数值模拟验证了试验的可行性。研究结果表明:1)较单一地层而言,隧道下卧软硬突变时纵向沉降曲线呈现明显的非线性,其隧道沉降及差异沉降最值显著增大,软土侧隧道沉降较硬土侧更为显著,最大沉降、沉降差均出现在突变区软土侧衬砌处;2)下卧地层突变导致隧道横向收敛变形在纵向上分布不均,使软土侧衬砌收敛变形减小,硬土侧衬砌收敛变形显著增大;3)局部堆载对管片弯矩分布影响较小,对弯矩最值影响较大;4)下卧软土区隧道结构内力分布明显变异,隧道衬砌正弯矩区域显著增大,负弯矩区域略有减小,且弯矩最值提升显著。因此针对软硬突变地层,必要时在硬土侧隧道可采用粘钢法等方法提升衬砌横向刚度,以控制其收敛变形;软土侧隧道建议对管片进行螺栓复紧,并加强接缝防水,以减小下卧地层弱化对隧道结构产生的不利影响。 展开更多
关键词 盾构隧道 模型试验 等效刚度 差异沉降 纵向接头
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软硬不均地层盾构隧道荷载模式研究
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作者 石钰锋 张涛 +3 位作者 阳军生 蒋亚龙 胡梦豪 代文超 《中国铁道科学》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第5期123-134,共12页
系统考虑隧道埋深、滑移面形式、侧压力系数与地层的关联,提出一种适用于软硬不均地层的盾构隧道荷载模式。对于浅埋隧道,基于椭球体理论推导极限状态下滑移面为椭圆的侧压力系数及竖向松动土压力表达式,并构建力学平衡方程推导侧压力... 系统考虑隧道埋深、滑移面形式、侧压力系数与地层的关联,提出一种适用于软硬不均地层的盾构隧道荷载模式。对于浅埋隧道,基于椭球体理论推导极限状态下滑移面为椭圆的侧压力系数及竖向松动土压力表达式,并构建力学平衡方程推导侧压力计算式;对于深埋隧道,考虑软硬不均地层突变性并对太沙基理论滑移面宽度进行合理修正,推导对应的围岩压力计算式;再结合软硬不均地层分界线位于隧道水平中线上方、下方2类典型工况,推导出隧底反力表达式;最后结合工程实例对所提荷载模式进行验证。结果表明:与修正惯用法荷载体系相比,所提方法得到的软土-硬土隧道顶部、下半拱竖向土压力与实测值的误差分别缩小74%和172%;相较于软土-硬土隧道,该方法应用于土层-岩层隧道时,计算得到的下半拱竖向土压力、隧底侧向土压力与实测值的误差更小,即所提荷载计算模式更符合隧道实际受荷状态,且当隧道埋深与开挖直径之比较大以及下部地层越坚硬时,其适用性越强。 展开更多
关键词 盾构隧道 软硬不均地层 围岩压力 滑移面 荷载模式
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某超深圆形基坑围护结构优化分析 被引量:2
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作者 赵一行 詹刚毅 +3 位作者 李敏 梁新欢 陈昭阳 石钰锋 《兰州理工大学学报》 CAS 北大核心 2024年第4期129-134,共6页
针对佛山市某超深圆形工作井围护结构设计问题,结合地层特点采用数值模拟及现场实测手段对原设计方案进行分析.对围护结构厚度及嵌固深度进行优化分析,探讨相同条件下基坑稳定性随着围护结构厚度及嵌固深度的变化规律.结果表明:开挖面... 针对佛山市某超深圆形工作井围护结构设计问题,结合地层特点采用数值模拟及现场实测手段对原设计方案进行分析.对围护结构厚度及嵌固深度进行优化分析,探讨相同条件下基坑稳定性随着围护结构厚度及嵌固深度的变化规律.结果表明:开挖面入岩的超深圆形基坑自稳性好,从经济角度考虑,围护结构嵌岩不宜深;足够刚度的内衬墙基础上,较薄的地连墙嵌固很浅也可检算通过,且有较大安全富余,可为相关工程提供参考. 展开更多
关键词 超深圆形基坑 围护结构 变形 稳定性
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超、卸载作用下考虑接头影响的盾构管片承载性能研究 被引量:2
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作者 胡梦豪 石钰锋 +3 位作者 蒋亚龙 黄展军 张荣锋 顾大均 《北京交通大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第1期20-31,共12页
地表堆载或侧方开挖卸载易诱发盾构隧道病害,影响施工及运营安全.现有研究难以综合定量评价超、卸载作用下盾构隧道的承载性能,其数值模型大多仅考虑环向或纵向接头的单一影响,将接头等效为切向及法向弹簧,难以考虑接头的非线性,或是直... 地表堆载或侧方开挖卸载易诱发盾构隧道病害,影响施工及运营安全.现有研究难以综合定量评价超、卸载作用下盾构隧道的承载性能,其数值模型大多仅考虑环向或纵向接头的单一影响,将接头等效为切向及法向弹簧,难以考虑接头的非线性,或是直接将螺栓嵌入混凝土中,忽略螺栓预紧力的承载贡献,接头精细化程度不足.为此,建立考虑环、纵向接头的盾构隧道精细化数值模型,对顶部超载和侧方卸载工况作用下结构的受力特性和承载性能展开分析,获取不同工况下结构的承载极限及相应的变形阈值,并利用足尺试验验证了数值模型的可行性.研究结果表明:本文数值计算结果与足尺试验吻合良好,二者椭圆度变形差异小于10%;计算精度较仅考虑环向接头影响时提高约6%,较未考虑接头影响时(均质圆环)提高约30%,可实现盾构管片结构变形过程及损伤演化的动态模拟;盾构隧道有一定的富余承载力,当隧道上方超载达138 kPa或侧方压力卸载达26.3%时,结构相应的椭圆度分别为27.4‰和22.1‰,结构达到正常服役的极限状态,当隧道超出正常服役极限状态后,接头塑性铰逐步成型,结构软化并逐渐失效,接缝张开及管片错台也急剧上升;隧道侧方压力卸载达26.3%后,其接缝张开及管片错台曲线不再光滑,侧压卸载超36.8%后,曲线的起伏波动更为明显,隧道侧方卸载过程中结构受力响应更为复杂、敏感. 展开更多
关键词 盾构管片 数值模拟 超载 卸载 足尺试验 接头
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方形基坑尺寸效应对长短桩围护结构支护效果的影响
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作者 周旭明 詹刚毅 +3 位作者 石钰锋 占宇飞 徐长节 蒋亚龙 《土木与环境工程学报(中英文)》 CSCD 北大核心 2024年第2期33-41,共9页
为研究方形基坑尺寸效应对长短桩围护结构支护效果的影响,以某桥梁承台基坑为依托,采用数值分析手段,通过现场实测对选用参数进行验证,依托选用参数拟定不同平面尺寸计算工况,通过地层应力与桩后土压力变化分析其尺寸效应;通过对比长短... 为研究方形基坑尺寸效应对长短桩围护结构支护效果的影响,以某桥梁承台基坑为依托,采用数值分析手段,通过现场实测对选用参数进行验证,依托选用参数拟定不同平面尺寸计算工况,通过地层应力与桩后土压力变化分析其尺寸效应;通过对比长短桩围护结构与等长桩围护结构的变形受力差异,探明尺寸效应对长短桩围护结构支护效果的影响。结果表明:当方形基坑尺寸较小时,在坑边一定距离处会形成连续、封闭的“类圆形”拱区域,存在与圆形基坑中环箍效应相似的“类环箍效应”,算例表明该效应在边长大于18.0 m后环箍断开,效应消失;当拱区域封闭为环箍时,围护结构桩后土压力显著降低,当其不封闭时,土压力增长,坑边中部桩后土压力增长量大于坑角处;长短桩围护结构的支护效果在尺寸效应越强的方形基坑中降低越少,基坑的尺寸效应对其变形及稳定有利,算例中边长小于等于14.4 m的基坑可充分利用其尺寸效应,采用长短桩代替等长桩围护,做到绿色环保。 展开更多
关键词 长短桩 围护结构 基坑 尺寸效应 支护效果
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水平旋喷拱棚缺陷对其预支护效果影响探析
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作者 朱江伟 温维斌 +3 位作者 阳军生 陈昭阳 石钰锋 李君贤 《科学技术与工程》 北大核心 2024年第36期15686-15693,共8页
为探究水平旋喷拱棚缺陷对其预支护效果的影响,依托实际工程,设计缩尺模型试验,探究旋喷桩在不同桩芯咬合距下,拱棚变形以及地层沉降变化规律。运用PLAXIS 3D有限元软件模拟隧道开挖,探究桩体存在缺陷对拱棚变形趋势以及加固效果的影响... 为探究水平旋喷拱棚缺陷对其预支护效果的影响,依托实际工程,设计缩尺模型试验,探究旋喷桩在不同桩芯咬合距下,拱棚变形以及地层沉降变化规律。运用PLAXIS 3D有限元软件模拟隧道开挖,探究桩体存在缺陷对拱棚变形趋势以及加固效果的影响。模型试验结果表明:拱棚桩芯咬合距越大,对应地表沉降和挠度越大,当咬合距增大50%时,地表沉降和挠度分别增大22%和33%;数值分析结果表明:拱棚咬合面积降低和地层渗透系数增大均会使得掌子面挤出变形加剧,咬合面积下降至25%时,变形增大了78.77%,地下水会带动周遭土体从缺陷处渗入掌子面,此时拱棚在缺陷边缘处出现应力集中现象,最大压应力增大了110%,缺陷处最大主应力由压应力变为拉应力,预支护效果会大幅下降,因此在工程中成桩时需严格把控桩芯咬合质量。 展开更多
关键词 预支护 数值计算 模型试验 缺陷 变形 应力集中
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降雨影响下紧邻桥梁软土基坑围护结构受力变形研究 被引量:7
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作者 褚东升 代文超 +3 位作者 占宇飞 詹刚毅 石钰锋 陈焕然 《科学技术与工程》 北大核心 2023年第24期10479-10486,共8页
某基坑受连续降雨影响,基坑围护结构及其紧邻桥梁桩基受力变形影响较大,施工安全风险大增。为此,基于饱和与非饱和土体强度参数变化规律和线性内插法对坑内土体力学参数进行计算,结合现场实测数据,采用有限元模拟分析了坑内降水及开挖... 某基坑受连续降雨影响,基坑围护结构及其紧邻桥梁桩基受力变形影响较大,施工安全风险大增。为此,基于饱和与非饱和土体强度参数变化规律和线性内插法对坑内土体力学参数进行计算,结合现场实测数据,采用有限元模拟分析了坑内降水及开挖所引起的围护结构受力变形规律及紧邻桥梁桩基变形规律,并探讨了降雨时长对基坑围护结构变形影响。结果表明:基坑开挖至坑底,围护结构发生“踢脚”大变形,易引起第一道混凝土支撑受拉脱落,最大水平位移发生在围护结构底部;桥梁桩基减弱了因开挖引起的基坑周围土体滑移,造成围护结构两侧受力不对称,导致其远离桩基侧变形过大;降雨引起坑内部分土体软化,使得围护结构水平位移进一步增大;在基坑非饱和区范围内且降雨强度一定时,围护结构水平位移量随降雨时长呈非线性加速增长趋势。 展开更多
关键词 基坑 围护结构 降雨 饱和与非饱和土体 受力变形
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强风化软岩地层盾构隧道荷载及受力特性分析
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作者 石钰锋 胡梦豪 +3 位作者 张涛 黄大维 黄展军 陈焕然 《隧道建设(中英文)》 CSCD 北大核心 2023年第S02期91-99,共9页
为探明既有隧道衬砌设计理论能否较好契合强风化软岩盾构隧道并获取管片实际受力特性,依托南昌地铁1号线北延段区间盾构隧道工程开展现场测试,对管片所受外荷载及结构内力进行长期监测。同时,建立相应的盾构管片精细化数值模型,并与实... 为探明既有隧道衬砌设计理论能否较好契合强风化软岩盾构隧道并获取管片实际受力特性,依托南昌地铁1号线北延段区间盾构隧道工程开展现场测试,对管片所受外荷载及结构内力进行长期监测。同时,建立相应的盾构管片精细化数值模型,并与实测数据对比验证,进一步探究管片受力特性。结果表明:1)管片环外水土压力受同步注浆影响最显著是在脱环5环内,隧底土压力小于隧顶,水压力占总土压力的绝大部分;2)管片所受竖向土压力呈“中间大、两头小”的分布模式,拱顶附近实测值最大,与太沙基理论、普氏理论、隧规法计算值分别相差近20%、30%、42%,故该地层下隧道竖向土压力按太沙基理论计算较为合适;3)数值模拟所得管片内力与实测值吻合较好,管片弯矩整体呈“蝴蝶形”,拱顶弯矩值略大于拱底。 展开更多
关键词 盾构隧道 强风化软岩 围岩荷载 受力特性 内力 现场测试 数值模拟
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富水砂层水平旋喷拱棚的力学特性 被引量:1
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作者 陈焕然 石钰锋 +3 位作者 陈昭阳 胡俊浩 朱江伟 王超 《铁道建筑》 北大核心 2023年第9期97-101,共5页
为研究水平旋喷拱棚(简称拱棚)在富水砂层中的力学特性,以江门隧道工程为依托,采用模型试验和数值模拟方法,通过变化地下水位、地层渗透系数和覆土厚度,分析在开挖过程中拱棚挠度和轴力。模型试验结果表明:随着开挖深度增加,拱棚挠度增... 为研究水平旋喷拱棚(简称拱棚)在富水砂层中的力学特性,以江门隧道工程为依托,采用模型试验和数值模拟方法,通过变化地下水位、地层渗透系数和覆土厚度,分析在开挖过程中拱棚挠度和轴力。模型试验结果表明:随着开挖深度增加,拱棚挠度增大,越靠近洞口拱棚挠度越大;在有地下水工况下,掌子面附近拱棚挠度比无水工况低,说明拱棚在富水砂层的预支护效果较好;拱棚最大轴力位于掌子面附近,且地下水位越高轴力越大。数值模拟结果表明:覆土厚度小于13 m时,随着覆土厚度增加,拱棚挠度和轴力近似呈线性增长;覆土厚13 m时,随着地下水位升高,拱棚挠度和轴力增大,当地下水位与拱顶净距大于3 m后,随着地下水位升高拱棚轴力增速变大;地下水位对拱棚轴力影响较大,为保证隧道施工安全,建议采取降水措施减小拱棚受力。 展开更多
关键词 隧道工程 水平旋喷拱棚 富水砂层 模型试验 数值模拟 挠度 轴力
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偏压锁扣钢管桩围堰受力分析及优化
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作者 张小康 石钰锋 +3 位作者 代文超 詹刚毅 陈斌 黄星星 《科学技术与工程》 2025年第25期10881-10891,共11页
为研究围堰两侧水土压力不对称以及渗流力对桥梁围堰的影响,以南昌复兴大桥桥梁围堰为研究对象,基于流固耦合理论,研究偏压组合作用下锁扣钢管桩的受力变形规律,通过建立围堰降水开挖全过程三维数值分析模型,分别从钢管桩长度、堰外水... 为研究围堰两侧水土压力不对称以及渗流力对桥梁围堰的影响,以南昌复兴大桥桥梁围堰为研究对象,基于流固耦合理论,研究偏压组合作用下锁扣钢管桩的受力变形规律,通过建立围堰降水开挖全过程三维数值分析模型,分别从钢管桩长度、堰外水位高度、地势起伏角度三方面进行研究。研究结果表明:随地势起伏角度增加,偏压侧土体最大变形量逐渐减小,非偏压侧土体最大变形量逐渐增大。随着水位高度的增加,偏压侧与非偏压侧钢管桩水平位移最大值呈线性增长,同时堰内超静孔隙水压力随水位上升呈加速增长趋势。随钢管桩长度减小,围堰整体产生向偏压侧倾转趋势;两侧钢管桩桩身最大负弯矩随钢管桩减小而减小,桩身受力模式发生改变。 展开更多
关键词 锁扣钢管桩围堰 数值模拟 偏压荷载 流固耦合
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