地鐵隧道單個(gè)圓形溶洞地基漸進(jìn)性破壞模型試驗(yàn)研究

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為了預(yù)測(cè)圓形隧道施工引起地表以下不同埋深地層沉降特征,首先,通過(guò)理論推導(dǎo)不同地層最大沉降位移與沉降槽寬度系數(shù)的函數(shù)關(guān)系;然后,建立包括試驗(yàn)臺(tái)架、地層模型、圓形隧道開(kāi)挖模型以及測(cè)量地層變形裝置的平面應(yīng)變模型試驗(yàn)系統(tǒng)。通過(guò)理論解析和模型試驗(yàn)可知:1)地表以下地層的最大沉降位移與沉降槽寬度系數(shù)成反比;2)不同深度地層的沉降位移隨著地層埋深的增加而增大,且地表以下地層沉降槽曲線仍然符合正態(tài)分布;3)通過(guò)對(duì)模型試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析,得到黏土地表以下不同深度地層沉降槽寬度系數(shù)的計(jì)算公式,從而為預(yù)測(cè)圓形隧道施工地表以下不同深度地層豎向位移提供了一種可靠的計(jì)算方法。

邊坡變形破壞離心機(jī)模型試驗(yàn)研究——邊坡變形破壞離心機(jī)模型試驗(yàn)研究

西安地裂縫是一種特殊的城市地質(zhì)災(zāi)害,地鐵隧道穿越地裂縫帶時(shí)必須分段設(shè)特殊變形縫。以西安地鐵隧道正交穿越地裂縫帶為工程背景,采用幾何比1:5的大比例尺模型試驗(yàn),研究分段設(shè)縫柔性接頭隧道穿越地裂縫帶的適應(yīng)性。試驗(yàn)結(jié)果表明:地裂縫活動(dòng)環(huán)境下隧道設(shè)置特殊變形縫的柔性接頭避免了襯砌結(jié)構(gòu)應(yīng)力集中,對(duì)結(jié)構(gòu)起到保護(hù)作用,分段柔性接頭隧道具有較強(qiáng)的適應(yīng)地裂縫大變形的能力。設(shè)置與地裂縫傾角一致的斜變形縫對(duì)圍巖壓力與位移有一定影響,而對(duì)襯砌結(jié)構(gòu)安全性影響較小。正交條件下斜變形縫能消耗20%以上的地裂縫位移量,在地裂縫影響區(qū)隧道可通過(guò)多段設(shè)變形縫串聯(lián)的方式最大限度地消除地裂縫大變形對(duì)隧道的影響。接頭處頂?shù)撞恐顾畮Щ就旰?而兩側(cè)止水帶因地裂縫垂直位移作用出現(xiàn)撕裂現(xiàn)象,防水設(shè)計(jì)應(yīng)重點(diǎn)考慮接頭兩側(cè)壁的防水。研究結(jié)果可為地裂縫活動(dòng)環(huán)境下地鐵隧道結(jié)構(gòu)與防水設(shè)計(jì)提供重要參考。

為糾正土建偏差,消除侵限,調(diào)線調(diào)坡是地鐵隧道主體結(jié)構(gòu)完成后,鋪軌之前的一項(xiàng)十分必要的工作。首先要進(jìn)行斷面測(cè)量、建筑限界檢查,然后通過(guò)調(diào)整設(shè)計(jì)線位和坡度,減小隧道侵限值,滿足限界要求。以圓形隧道為例,介紹調(diào)線調(diào)坡設(shè)計(jì)的全過(guò)程,并總結(jié)調(diào)線調(diào)坡的方法和設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

文章以深圳地鐵7號(hào)線盾構(gòu)小凈距隧道為依托,開(kāi)展了凈距小于1倍洞徑小凈距隧道凈距影響模型試驗(yàn),分析了凈距變化時(shí)新建隧道對(duì)既有隧道的影響規(guī)律,可為盾構(gòu)小凈距隧道施工提供一定參考。

通過(guò)剛性樁復(fù)合地基群樁(樁數(shù)3×3)模型試驗(yàn),對(duì)不同墊層厚度剛性樁復(fù)合地基的變形特性、不同樁位樁體和樁間土的受力特性進(jìn)行測(cè)試,并對(duì)樁土應(yīng)力比和荷載分擔(dān)比等反映樁土共同工作性能的指標(biāo)進(jìn)行分析,得出了剛性樁復(fù)合地基的承載特性和變形規(guī)律。結(jié)論可為剛性樁復(fù)合地基的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

地鐵隧道發(fā)生的過(guò)量不均勻縱向沉降對(duì)隧道結(jié)構(gòu)內(nèi)力、變形、接頭防水、以及隧道正常運(yùn)營(yíng)的影響不容忽視。離心模型試驗(yàn)是一種被廣泛采用的土工試驗(yàn)方法,通過(guò)離心試驗(yàn)對(duì)某地鐵越江隧道的地基沉降進(jìn)行模擬,并對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析,得出幾點(diǎn)結(jié)論和建議,以期能對(duì)地鐵隧道沉降的預(yù)估提供一點(diǎn)參考依據(jù)。

采用相似材料模型試驗(yàn)方法,對(duì)軟巖隧道在以豎直地應(yīng)力為主和水平地應(yīng)力為主兩種情況下圍巖壓力分布規(guī)律進(jìn)行了研究.研究結(jié)果表明,隧道圍巖應(yīng)力升高區(qū)在隧道周圍1倍洞徑之內(nèi),應(yīng)力集中系數(shù)約為1.2~1.5.因圍巖應(yīng)力重分布而出現(xiàn)塑性區(qū),高應(yīng)力向深部轉(zhuǎn)移.隧道施作襯砌后,隨著洞周圍巖應(yīng)力進(jìn)一步釋放,塑性區(qū)繼續(xù)擴(kuò)張,應(yīng)力升高區(qū)也進(jìn)一步向圍巖深部發(fā)展,洞周的應(yīng)力集中現(xiàn)象有所減小.隧道邊墻中部、拱肩、拱頂是比較關(guān)鍵的部位,應(yīng)加強(qiáng)支護(hù).

滑坡變形破壞機(jī)理和整治工程的模型試驗(yàn)研究——為分析某滑坡的變形破壞機(jī)理以及整治效果，選取了不同的模型材料來(lái)模擬相應(yīng)的巖類，以相似比1：200建立了滑坡的模型。通過(guò)地質(zhì)力學(xué)模型試驗(yàn)，模擬并研究了不同工況下滑坡體位移、抗滑樁和錨桿的受力狀態(tài)隨試驗(yàn)步...

基于模型試驗(yàn)的均質(zhì)邊坡破壞機(jī)理研究——為研究均質(zhì)邊坡產(chǎn)生滑移破壞的誘發(fā)因素，在典型邊坡預(yù)應(yīng)力錨固效果模型試驗(yàn)的準(zhǔn)備試驗(yàn)中，采用相似材料，進(jìn)行了3組對(duì)比試驗(yàn)：邊坡墊層厚度取坡高1/3和無(wú)墊層；邊坡坡高為定值時(shí)，1級(jí)邊坡和5級(jí)邊坡；旋轉(zhuǎn)后坡面加載、坡頂...

以新疆伊犁一礦為工程背景,通過(guò)相似模擬試驗(yàn)研究了厚礫石層斜井圍巖破壞機(jī)理,分析了圍巖壓力和位移變化規(guī)律.研究表明,在斜井開(kāi)挖過(guò)程中,井筒圍巖塌方破壞從拱頂開(kāi)始,并逐漸向上發(fā)展;無(wú)水礫石層井筒圍巖從淺到深,隨著壓力差的增大,對(duì)應(yīng)部位圍巖失穩(wěn)的可能性也越大;井筒開(kāi)挖過(guò)程中,圍巖應(yīng)力總體呈下降趨勢(shì)變化,圍巖破壞過(guò)程中,拱頂和兩幫垂直、水平應(yīng)力均呈減小趨勢(shì)變化;拱頂圍巖位移變化量大于側(cè)幫位移量,底板位移量最小.研究結(jié)果為優(yōu)化支護(hù)方式提供了實(shí)驗(yàn)依據(jù).

采用室內(nèi)相似模型試驗(yàn)方法對(duì)廣州地鐵沿線巖溶地質(zhì)進(jìn)行了試驗(yàn)?zāi)M,研究不同位置、不同大小的溶洞和土洞對(duì)隧道襯砌結(jié)構(gòu)特定點(diǎn)應(yīng)變和襯砌結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性及隧道周圍土壓力三者產(chǎn)生的影響。研究結(jié)果表明:襯砌結(jié)構(gòu)正下方的巖洞會(huì)減小襯砌周圍的土壓力,也會(huì)減小襯砌結(jié)構(gòu)上各特定點(diǎn)的應(yīng)變;襯砌結(jié)構(gòu)右側(cè)的土洞會(huì)大大減小襯砌結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度。

地鐵區(qū)間隧道事故通風(fēng)系統(tǒng)模型試驗(yàn)的研究——介紹了配置噴口的地鐵區(qū)間隧道事故通風(fēng)系統(tǒng)模型試驗(yàn)方案，詳細(xì)說(shuō)明了該試驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，試驗(yàn)方案的制訂。對(duì)不同類型噴口的通風(fēng)系統(tǒng)性能進(jìn)行了試驗(yàn)，提出在相同的風(fēng)量和風(fēng)壓下，橢圓噴口的通風(fēng)功能和防災(zāi)能力最強(qiáng)，...

以西安地鐵二號(hào)線穿越地裂縫的區(qū)間隧道為對(duì)象,通過(guò)幾何相似比尺50:1的物理模型試驗(yàn),開(kāi)展了地裂縫活動(dòng)條件下地鐵隧道騎縫(變形縫與地裂縫一致)正交穿越地裂縫時(shí)襯砌結(jié)構(gòu)與圍巖相互作用機(jī)制的試驗(yàn)研究。結(jié)果表明,在地裂縫發(fā)生各級(jí)錯(cuò)動(dòng)位移條件下,不同圍巖應(yīng)力場(chǎng)的圍巖土壓力、襯砌結(jié)構(gòu)應(yīng)力及其不均勻沉降位移變化規(guī)律相似;上下盤內(nèi)的襯砌結(jié)構(gòu)之間具有明顯的錯(cuò)斷位移,下盤內(nèi)襯砌結(jié)構(gòu)的沉降量越小,上盤內(nèi)襯砌結(jié)構(gòu)的沉降量越大,均呈漸變趨勢(shì);上盤內(nèi)襯砌結(jié)構(gòu)應(yīng)力、圍巖土壓力隨地裂縫錯(cuò)動(dòng)位移的增加而減小,下盤襯砌結(jié)構(gòu)應(yīng)力和圍巖土壓力隨地裂縫錯(cuò)動(dòng)位移的增加而增大,圍巖土壓力和襯砌結(jié)構(gòu)應(yīng)力的增量峰值均發(fā)生在地裂縫附近。模型試驗(yàn)研究研究結(jié)果對(duì)于分析地裂縫活動(dòng)區(qū)間地鐵隧道工程的運(yùn)營(yíng)及維護(hù)具有重要的理論與實(shí)際意義。

天然地基與加固地基條件下拱壩模型破壞試驗(yàn)研究——位于云南瀾滄江上的小灣水電站拱壩為目前世界同類型壩中最高的一座。壩址具備修建高拱壩的優(yōu)越地形條件，但其地質(zhì)條件復(fù)雜，左右壩肩抗力體內(nèi)存在部分地質(zhì)缺陷，直接影響到拱壩與地基系統(tǒng)的正常運(yùn)行和整體穩(wěn)定...

以新疆伊犁一礦為工程背景,設(shè)計(jì)了物理模型試驗(yàn),建立了滲水條件下厚礫石層斜井圍巖破壞機(jī)理模型試驗(yàn)方法.實(shí)現(xiàn)了漸進(jìn)加載作用下滲流狀態(tài)時(shí)井筒圍巖塌方破壞過(guò)程的試驗(yàn)?zāi)M,并結(jié)合模型試驗(yàn)結(jié)果對(duì)滲流狀態(tài)下井筒圍巖破壞過(guò)程及破壞過(guò)程中圍巖應(yīng)力和圍巖位移變化規(guī)律進(jìn)行了分析.研究結(jié)果表明,滲流條件下,非耦合支護(hù)厚礫石層巷道頂板離層現(xiàn)象明顯,圍巖頂板下沉量大于兩幫圍巖位移量,支架上承受的荷載明顯增加;同時(shí)由于圍巖的自承力明顯減少,強(qiáng)度明顯較低,支架受力就會(huì)變得很大,支架容易失穩(wěn);不同級(jí)滲流條件下,漸進(jìn)加載時(shí)頂板土壓力變化最為明顯也最大,兩幫的土壓力次之.

以洪酉路6號(hào)棚洞為研究對(duì)象,建立模型進(jìn)行試驗(yàn)。通過(guò)模擬不同邊坡坡率和不同回填體材料的相互組合情況來(lái)監(jiān)測(cè)棚洞結(jié)構(gòu)的內(nèi)力變化及其對(duì)邊坡的支撐作用,用量測(cè)儀器監(jiān)控棚洞結(jié)構(gòu)主要受力部位的變化。模擬分析公路隧道中棚洞結(jié)構(gòu)、邊坡圍巖和回填體3者之間的影響關(guān)系,從而指出在由棚洞結(jié)構(gòu)、邊坡圍巖和回填體組成的系統(tǒng)中,并非所有坡率相同和回填材料相同的情況下,棚洞結(jié)構(gòu)受力巖質(zhì)邊坡都優(yōu)于土質(zhì)邊坡;還指出了棚洞施工回填體材料和邊坡坡率變化組合的優(yōu)化方案,對(duì)出現(xiàn)高邊坡時(shí)的棚洞設(shè)計(jì)和施工具有很好的參考價(jià)值和指導(dǎo)意義。

為了探究不同形式的樁網(wǎng)復(fù)合地基加固軟土的效果,設(shè)計(jì)了3組復(fù)合地基進(jìn)行室內(nèi)模型試驗(yàn)。第1組為pvc管材加固軟土地基,第2組為樁承式復(fù)合地基,第3組為pvc管材與砂樁復(fù)合地基。在模型箱鋼板內(nèi)側(cè)壁涂上黃油,并覆以塑料薄膜來(lái)減小邊界效應(yīng);在pvc管材和土工編織網(wǎng)(格柵)上粘貼應(yīng)變片,來(lái)測(cè)試pvc樁體應(yīng)力及加筋拉力;在樁間土、砂樁頂部安裝土壓力盒,在路面的中心、路肩處安裝百分表來(lái)測(cè)定相應(yīng)的變形。試驗(yàn)結(jié)果表明:1)對(duì)于路面、路肩的沉降及二者的差異沉降,第3組沉降值最大,第2組沉降值最小;2)pvc樁與土應(yīng)力比中,第2組應(yīng)力比與其它2組比較則大得多;3)格柵應(yīng)變變化規(guī)律較紊亂,在相應(yīng)測(cè)點(diǎn)的格柵應(yīng)變則是第2組最大。3組試驗(yàn)的結(jié)果說(shuō)明在軟土路段,在條件允許時(shí),宜采用樁承式路堤來(lái)加固,加固效果更好。

以某高速公路某隧道為依托,在優(yōu)選巖溶填充物、圍巖和襯砌材料的相似材料的基礎(chǔ)上,開(kāi)展了幾何相似比為1∶40的在役巖溶公路隧道室內(nèi)相似模型試驗(yàn),詳細(xì)分析了對(duì)圍巖土壓力的分布規(guī)律和發(fā)展趨勢(shì),揭示了隧道巖溶處治后的隧道圍巖和襯砌力學(xué)行為。試驗(yàn)結(jié)果表明:1重晶石粉、石膏粉、水泥按1∶12∶2的配比為膠結(jié)料,砂膠比3∶1,砂膠混合料水灰比1∶8,能較好的模擬ⅴ級(jí)圍巖;2在上覆巖層自重荷載作用下,以低于隧道圍巖彈性模量的材料填充巖溶后,會(huì)導(dǎo)致填充材料產(chǎn)生比圍巖更大的壓縮變形,從而引起圍巖土壓力重分布和地表不均勻沉降;3當(dāng)巖溶處在襯砌拱肩、拱腰和拱腳時(shí),經(jīng)處治后的巖溶仍對(duì)襯砌產(chǎn)生偏壓的不利作用,需要引起高度重視。

本文通過(guò)上海典型地質(zhì)條件下的盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)的相似模型試驗(yàn)量測(cè)的模型結(jié)構(gòu)縱向位移分布和縱向的地基土反力(土壓力)的分布與結(jié)構(gòu)原型相應(yīng)理論結(jié)果的對(duì)比分析,表明盡管理論值比試驗(yàn)值大,但兩者的規(guī)律相同,通過(guò)適當(dāng)調(diào)整局部均布荷載作用下彈性地基梁解析解完全可以滿足縱向設(shè)計(jì)需要,為局部均布荷載作用下軟土盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)階段就考慮避免和減小地鐵隧道結(jié)構(gòu)運(yùn)營(yíng)階段出現(xiàn)縱縫過(guò)量變形所致的滲水、漏水、縱向開(kāi)裂等既增加運(yùn)營(yíng)維護(hù)費(fèi)用又影響地鐵安全的問(wèn)題奠定了基礎(chǔ)。

模型試驗(yàn)方法分析大斷面隧道襯砌結(jié)構(gòu)的受力特性是一種比較實(shí)用的方法.以單拱四車道隧道為依托,按彈性階段相似原則進(jìn)行偏壓條件下單孔大斷面隧道襯砌破壞的室內(nèi)模型試驗(yàn),研究不同圍巖條件下,隧道襯砌的破壞機(jī)制.試驗(yàn)通過(guò)千斤頂加載的方式,模擬偏壓條件下,不同圍巖級(jí)別條件下的隧道襯砌的破壞行為,得到隧道模型的圍巖及襯砌之間的接觸壓力,錨桿、襯砌的應(yīng)力和位移分布.此外,綜合模型試驗(yàn)和數(shù)值模擬的結(jié)果,分析了大斷面隧道受到上部偏壓荷載作用時(shí),在襯砌內(nèi)方面的發(fā)展規(guī)律及特點(diǎn).