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复合成层地层盾构隧道施工引起土体变形计算研究
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作者 魏纲 朱德涵 +3 位作者 王哲 齐永洁 姜海波 项鹏飞 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第5期919-926,共8页
为解决盾构上部多层水平覆土且开挖面内上下水平分层的复合地层条件下盾构施工引起的土体变形问题,在统一土体解析解法的基础上对其中土质条件影响参数进行修正,使其可以进行复合地层条件下的土体变形计算,并对土体移动焦点范围进行了... 为解决盾构上部多层水平覆土且开挖面内上下水平分层的复合地层条件下盾构施工引起的土体变形问题,在统一土体解析解法的基础上对其中土质条件影响参数进行修正,使其可以进行复合地层条件下的土体变形计算,并对土体移动焦点范围进行了重新的划分。将修正后的统一土体解析解法与类随机介质理论相结合,得到可以解决盾构开挖面上存在多种土层情况的计算方法,并且可适用于任意开挖面形状的盾构施工。研究结果表明:经过多组工程案例验算,验证了方法的可行性;开挖面上某一土层厚度等量增加会使土体变形发生非线性变化;由于土体损失比变形传递路径对土体变形的影响更大,相同洞径比下的土体变形可能存在差异。 展开更多
关键词 复合地层 盾构施工 土体变形 统一土体解析解法 类随机介质理论
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复合成层地层双线水平盾构隧道施工引起土体变形研究
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作者 魏纲 朱德涵 +1 位作者 王哲 张治国 《隧道建设(中英文)》 CSCD 北大核心 2024年第8期1544-1553,共10页
基于三维统一解结合类随机介质理论的理论方法,建立适用于复合地层条件下的双线水平盾构隧道施工引起土体变形的计算模型,并推导土体竖向和水平变形的计算公式。公式利用三维统一解考虑不同土质条件对盾构施工引起土体变形的影响,利用... 基于三维统一解结合类随机介质理论的理论方法,建立适用于复合地层条件下的双线水平盾构隧道施工引起土体变形的计算模型,并推导土体竖向和水平变形的计算公式。公式利用三维统一解考虑不同土质条件对盾构施工引起土体变形的影响,利用类随机介质理论将土体损失区域按照地层进行分割,考虑土体损失区域内不同土层的土质条件对土体变形的影响。本文公式不仅可用于复合地层条件下的盾构施工,还可以解决开挖面上存在多种地层的工况,并且考虑施工顺序和双线相互作用对土体变形的影响。研究结果表明:1)经过多组工程案例验算,验证了本文方法的可行性;本文方法广泛适用于各类双线水平盾构施工工程。2)通过计算发现,随着土体深度的增大,土体的水平变形量先增大后减小,最大水平变形量发生在隧道顶部埋深处,且由于双线隧道的相互作用,土体的竖向和水平变形均发生了偏移。3)通过对上硬下软与上软下硬2种工况下开挖面内土层分布变化的单因素分析发现,随着较硬土层在开挖面内的占比提高,土体变形量呈非线性变化,占土体损失区域面积越大的土体对变形的影响越大,且双线盾构隧道施工引起的沉降槽曲线呈现更窄长的“W”形;软土的占比增加时,则“W”形趋向于扁平。 展开更多
关键词 复合地层 双线水平盾构隧道 土体变形 解析解法
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盾构隧道内堆载对基坑开挖引起的隧道上浮量的控制效果研究
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作者 魏纲 周烨波 +1 位作者 王哲 翁家华 《中南大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第7期2727-2736,共10页
基坑开挖会引起下卧盾构隧道产生上浮,隧道内堆载可以有效控制上浮量。本文采用两阶段方法,推导隧道内堆载措施下基坑开挖引起的盾构隧道上浮量计算公式。首先,基于影像源法计算基坑开挖坑底隆起引起的隧道附加应力,采用能够考虑土质条... 基坑开挖会引起下卧盾构隧道产生上浮,隧道内堆载可以有效控制上浮量。本文采用两阶段方法,推导隧道内堆载措施下基坑开挖引起的盾构隧道上浮量计算公式。首先,基于影像源法计算基坑开挖坑底隆起引起的隧道附加应力,采用能够考虑土质条件的方法计算得到隧道内堆载引起的隧道附加应力,叠加得到总的附加应力;其次,采用转动与错台协同模型计算得到隧道受力与变形;使用Midas有限元软件对具体工况进行三维建模,并将隧道纵向隆起量数值模拟结果与公式计算结果进行对比。研究结果表明:本文方法计算结果与有限元模拟结果较吻合,验证了本文方法的合理性;假设基坑开挖长度为L,最佳堆载范围为距离堆载中心±L/3范围内,超出最佳范围时堆载控制效果减弱;土体内摩擦角对隧道变形影响较大,土体内摩擦角越小,堆载对隧道变形的控制效果越好。 展开更多
关键词 基坑工程 盾构隧道 隧道内堆载 影像源法 附加应力
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基于激光扫描点云的盾构隧道结构横截面变形提取方法研究
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作者 张雨蒙 魏纲 柳献 《隧道建设(中英文)》 CSCD 北大核心 2024年第9期1852-1862,共11页
目前工程与研究从点云中提取的横截面变形指标仍以收敛变形为主,难以反映接头作用下盾构隧道结构“分段连续”的变形特征。为从点云中充分挖掘盾构隧道横截面变形特征,提出从三维点云提取位移场并通过位移场表征盾构隧道结构横截面变形... 目前工程与研究从点云中提取的横截面变形指标仍以收敛变形为主,难以反映接头作用下盾构隧道结构“分段连续”的变形特征。为从点云中充分挖掘盾构隧道横截面变形特征,提出从三维点云提取位移场并通过位移场表征盾构隧道结构横截面变形的方法。该方法以接头为界对盾构隧道每块管片的轮廓分别在极坐标系使用傅里叶函数拟合,对各期点云拟合后的曲线按相同密度划分网格,并将网格节点处的坐标相减,求得衬砌结构各管片位移场。通过整环足尺试验与数值模拟,分别验证该方法提取径向、切向变形的可靠性。通过理论分析与数值试验,讨论该方法应用过程中拟合函数、测量误差、参考系选取等关键因素对变形提取结果的影响。结果表明:1)用于拟合的傅里叶函数阶数越高,拟合管片轮廓越精细。2)在测距误差作用下,使用高阶数的傅里叶函数易产生过拟合现象,增加变形提取误差。3)通过工程示范展示该方法在实际盾构隧道工程中的应用效果,证明了其用于实际工程的可行性。 展开更多
关键词 盾构隧道 激光扫描 点云 傅里叶函数 横截面变形
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考虑地层损失的隔离桩对基坑旁侧盾构隧道变形保护研究
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作者 魏纲 木志远 +2 位作者 齐永洁 郭丙来 项鹏飞 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第3期480-489,共10页
基坑的开挖卸载会导致旁侧既有盾构隧道出现变形破坏,工程中常在基坑与隧道之间设置隔离桩来保护既有隧道。为研究基坑开挖影响下隔离桩外既有隧道的水平位移规律,建立基坑、隔离桩、既有隧道的三维力学计算模型,考虑基坑开挖引起的地... 基坑的开挖卸载会导致旁侧既有盾构隧道出现变形破坏,工程中常在基坑与隧道之间设置隔离桩来保护既有隧道。为研究基坑开挖影响下隔离桩外既有隧道的水平位移规律,建立基坑、隔离桩、既有隧道的三维力学计算模型,考虑基坑开挖引起的地层损失,推导了基坑卸荷引起的附加应力计算公式,基于Kerr地基模型并对地基系数做出调整,得到隔离桩挠曲变形计算公式,建立隔离桩挠曲变形影响区,根据影响区的地层损失推导了既有隧道水平位移计算公式,同时进行了案例验证与影响因素分析,对隔离桩的“牵引作用”与“保护作用”在理论上做出了解释。研究结果表明:计算结果与工程实测数据及数值模拟结果相互吻合;设置隔离桩能够有效降低隧道水平位移,起到很好的保护作用;保护作用随着隔离桩桩长的增加而逐渐增加;桩长达到临界点后,隔离桩“牵引作用”产生,保护作用随桩长增加而减小;桩间距较小时保护效果较好;隔离桩设置靠近基坑一侧时保护效果明显优于设置在靠近隧道一侧。 展开更多
关键词 地层损失 盾构隧道 基坑开挖 隔离桩 Kerr地基模型
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多分区基坑开挖及旁侧盾构隧道变形实测分析 被引量:8
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作者 魏纲 郭丙来 +3 位作者 吴海峰 王哲 陈博 孙博 《隧道建设(中英文)》 CSCD 北大核心 2023年第8期1316-1326,共11页
为解决分区基坑开挖对旁侧盾构隧道扰动变形大,隧道变形控制困难的问题,为探究基坑分区开挖对邻近地铁隧道变形影响规律,分析分区施工的某基坑工程的监测数据以及邻近的地铁隧道道床沉降、水平位移以及水平收敛数据。分析基坑分区开挖... 为解决分区基坑开挖对旁侧盾构隧道扰动变形大,隧道变形控制困难的问题,为探究基坑分区开挖对邻近地铁隧道变形影响规律,分析分区施工的某基坑工程的监测数据以及邻近的地铁隧道道床沉降、水平位移以及水平收敛数据。分析基坑分区开挖对旁侧地铁隧道的影响,同时探究基坑变形与旁侧地铁隧道变形数据的联系。研究表明:1)邻近基坑的盾构隧道在基坑结构施工阶段的纵向变形发展大于基坑开挖阶段,结构施工期间增加的水平位移约是开挖阶段的3倍;2)基坑旁侧地铁隧道的纵向变形响应滞后于基坑侧壁变形60 d左右,而隧道水平收敛与基坑侧壁变形具有良好的一致性。 展开更多
关键词 基坑开挖 旁侧盾构隧道 多分区开挖 变形实测分析
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饱和土盾构曲线掘进引起地表变形理论研究 被引量:1
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作者 丁智 董毓庆 +2 位作者 张霄 冯丛烈 彭少杰 《铁道学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第5期160-170,共11页
由于城市复杂多变的地质条件和地上或地下建筑物等因素制约,地铁建设中沿曲线段的盾构隧道普遍存在。本文基于半无限饱和土初值解,考虑不均衡开挖面附加推力的挤土效应、不均衡盾壳摩擦力及盾尾浆液蔓延软化效应、盾尾注浆压力环向填充... 由于城市复杂多变的地质条件和地上或地下建筑物等因素制约,地铁建设中沿曲线段的盾构隧道普遍存在。本文基于半无限饱和土初值解,考虑不均衡开挖面附加推力的挤土效应、不均衡盾壳摩擦力及盾尾浆液蔓延软化效应、盾尾注浆压力环向填充效应与曲线盾构超挖的土体损失影响,推导饱和黏性土盾构曲线掘进引起地表变形的理论计算公式,分析地表变形规律和各参数影响。计算得出的地表变形预测情况符合现场实测规律,表明理论公式具有一定的指导性。与常规盾构沿直线施工不同,盾构曲线掘进更容易引起显著的地层局部损失和地表非对称性隆沉。随着曲线盾构开挖面左右区附加推力和盾壳内外侧摩擦力差异的增大,地表变形逐渐增大,且变形最值向曲线内侧偏移。轴线偏移量和最值与转弯半径成反比,而刀盘直径仅对轴线偏移有影响。 展开更多
关键词 盾构隧道 曲线掘进 饱和土 施工因素 超挖
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考虑粉土温度效应与排水状态的CPTu计算模型 被引量:2
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作者 王宽君 刘彬 +4 位作者 莫品强 李国耀 朱启银 沈侃敏 胡静 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第6期1731-1742,1754,共13页
温度变化对土体性质和行为的潜在影响已成为许多岩土工程设计和应用的重要组成部分。针对粉土中孔压静力触探试验(piezocone penetration test,简称CPTu)的温度效应及部分排水状态,提出了基于小孔扩张理论的计算模型和分析方法。采用一... 温度变化对土体性质和行为的潜在影响已成为许多岩土工程设计和应用的重要组成部分。针对粉土中孔压静力触探试验(piezocone penetration test,简称CPTu)的温度效应及部分排水状态,提出了基于小孔扩张理论的计算模型和分析方法。采用一种能够表征粉土强度温度效应的本构模型,给出了完全不排水和排水条件下的解析解;以Bourke粉土为例,分析了温度对扩张压力的影响,揭示了扩张压力随温度升高而减小的规律。采用一种线性映射方法给出了部分排水条件下的小孔扩张半解析解,并基于物理模型试验的结果得出了排水状态与温度的相关关系,建立了考虑粉土温度效应与排水状态的CPTu计算模型。研究了不同贯入速率下温度对CPTu测试结果的影响,结果表明,温度升高导致锥尖阻力与锥肩孔压减小,且变化幅度随超固结比的增加而增大,通过试验结果与计算模型预测结果的对比验证了模型的可靠性。 展开更多
关键词 孔压静力触探试验 小孔扩张理论 粉土 部分排水 温度效应
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基于混凝土水化热效应的高地温水工隧洞衬砌结构温控防裂研究 被引量:1
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作者 李飞飞 姜海波 +1 位作者 项鹏飞 魏纲 《隧道建设(中英文)》 CSCD 北大核心 2024年第6期1262-1273,共12页
为分析高地温水工隧洞衬砌结构温度应力特性,基于拉普拉斯变换推导出衬砌结构瞬态温度场的解析解,并借助弹性抗力法推导出衬砌结构的弹性温度应力分量。依托新疆布伦口水电站监测数据对衬砌结构瞬态温度场及应力场进行计算分析,并采用... 为分析高地温水工隧洞衬砌结构温度应力特性,基于拉普拉斯变换推导出衬砌结构瞬态温度场的解析解,并借助弹性抗力法推导出衬砌结构的弹性温度应力分量。依托新疆布伦口水电站监测数据对衬砌结构瞬态温度场及应力场进行计算分析,并采用抗拉强度准则和裂缝尖端强度因子对衬砌结构破坏进行分析,提出合理的温控防裂措施。结果表明:1)衬砌温度场前期整体温度迅速上升,在第7天左右达到最大值,其中衬砌内壁温度可达到37℃,外壁温度可达到56℃。2)衬砌结构外墙环向应力可达到2.2 MPa,体现为拉应力状态;径向应力可达到2.7 MPa,呈现为压应力状态。3)衬砌结构强度的破坏主要受温度及结构本身稳定性2方面影响,可通过采用低热水泥、控制混凝土的入模温度以及严格监控施工过程来提高衬砌的稳定性。其中,采用低热水泥可降低衬砌结构的温升值,混凝土的最终水化热每降低50 k J/kg,衬砌结构内外壁的温差可降低1.85℃左右;适当提高入模温度可缩短水化热的放热周期及降低衬砌内外壁温差。 展开更多
关键词 水工隧洞 拉普拉斯变换 弹性抗力法 抗拉强度准则 尖端强度因子 温控防裂
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基于健康监测数据和贝叶斯网络的结构失效概率评估
10
作者 马帜 罗尧治 +3 位作者 葛慧斌 万华平 傅文炜 沈雁彬 《浙江大学学报(工学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第8期1551-1561,共11页
基于健康监测数据和贝叶斯网络(BN),提出结构体系失效概率的实时评估方法,用于结构整体安全状态的动态评价.根据结构响应监测数据建立贝叶斯动态线性模型(BDLM),估计结构荷载效应的概率分布,同时结合结构抗力分布,计算构件的时变可靠指... 基于健康监测数据和贝叶斯网络(BN),提出结构体系失效概率的实时评估方法,用于结构整体安全状态的动态评价.根据结构响应监测数据建立贝叶斯动态线性模型(BDLM),估计结构荷载效应的概率分布,同时结合结构抗力分布,计算构件的时变可靠指标;根据结构主要失效模式构建贝叶斯网络,以描述构件失效与结构整体失效间的依赖关系;通过贝叶斯网络的概率递推从构件可靠指标求得结构体系失效概率,实现结构整体安全状态的量化评估.利用三杆桁架模型的数值模拟数据和某单层网壳结构静力破坏试验过程的实测数据对该方法进行验证.结果表明,所提出的结构失效概率评估方法较好地量化了结构的安全状态,并成功预警了结构体系的破坏. 展开更多
关键词 结构健康监测 贝叶斯网络 结构失效概率评估 贝叶斯动态线性模型 时变可靠指标
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加卸载状态下散粒体力链结构的复杂网络分析 被引量:2
11
作者 刘嘉英 许智超 +3 位作者 魏纲 胡成宝 孙苗苗 王雨婷 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第9期2767-2778,共12页
岩土类散粒体在加卸载过程中会呈现出不可逆的力学行为,可从复杂网络参数演化角度分析散粒体加卸载细观机制。采用离散单元法,进行散粒体加载―卸载―再加载过程的三轴数值模拟,并分析了加卸载过程中散粒体的宏观应力-应变演化及其对应... 岩土类散粒体在加卸载过程中会呈现出不可逆的力学行为,可从复杂网络参数演化角度分析散粒体加卸载细观机制。采用离散单元法,进行散粒体加载―卸载―再加载过程的三轴数值模拟,并分析了加卸载过程中散粒体的宏观应力-应变演化及其对应的不同强接触体系的复杂网络特征。研究表明:散粒体的应力-应变曲线在加卸载过程中形成“滞回环”,在微观配位数和聚类系数上亦表现出了不可逆行为;采用不同阈值划分不同加卸载状态的强弱接触体系,随着阈值的增大,各应力状态对应的细观结构差异减小;强接触体系的最大簇在特定阈值区间内达到贯穿边界的极限,其几何特征与拓扑特征反映了散粒体加卸载过程的不可逆变化。 展开更多
关键词 复杂网络 散粒体 离散元 加卸载路径 力链 拓扑结构
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基于希尔伯特-黄变换的地铁整体道床局部脱空识别 被引量:2
12
作者 魏纲 章亦然 +2 位作者 蒋吉清 丁亮 董北北 《隧道建设(中英文)》 CSCD 北大核心 2023年第5期754-760,共7页
为探讨一种基于车轨实时振动的地铁整体道床局部脱空的快速检测方法,通过对脱空发生前后的车轨敏感振动信号进行希尔伯特-黄变换(HHT),从变换谱中提取信息帮助识别整体道床局部脱空长度及起点位置。研究结果表明:1)车体、转向架和道床... 为探讨一种基于车轨实时振动的地铁整体道床局部脱空的快速检测方法,通过对脱空发生前后的车轨敏感振动信号进行希尔伯特-黄变换(HHT),从变换谱中提取信息帮助识别整体道床局部脱空长度及起点位置。研究结果表明:1)车体、转向架和道床的竖向加速度对地铁整体道床局部脱空最为敏感;2)对这3种竖向加速度进行HHT变换后发现,道床竖向加速度的HHT变换谱难以直接判断整体道床局部脱空,而车体竖向加速度和转向架竖向加速度的HHT变换谱在局部脱空区域具有显著变化,可根据HHT变换谱的能量值变化幅度定性判断整体道床的局部脱空长度;3)当列车行驶到脱空区域,车体竖向加速度和转向架竖向加速度的HHT频率谱线将出现显著波动,结合列车速度以及脱空情况下HHT变换谱频率曲线极小值所对应的时刻,可判断出整体道床局部脱空的起点位置。 展开更多
关键词 盾构隧道 车轨振动 整体道床 脱空识别 希尔伯特-黄变换
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