廣州東湖車站暗挖段施工三維動態(tài)過程數(shù)值模擬分析

青島屬于土巖組合地層,青島地鐵淺埋或超淺埋大斷面暗挖工程在國內(nèi)外都少見,施工難度和風(fēng)險較大,無本工程類似經(jīng)驗。本文對青島地區(qū)土巖組合——\"上軟下硬\"地層大跨度淺埋暗挖車站的施工進(jìn)行三維數(shù)值模擬研究,對車站在開挖過程中圍巖的變形狀態(tài)進(jìn)行分析,對現(xiàn)場施工作業(yè)具有一定的指導(dǎo)意義。

隧道施工過程的應(yīng)力和位移的變化是施工中十分關(guān)注的問題,目前對于這一問題數(shù)值模擬分析多基于簡化的平面應(yīng)變問題進(jìn)行模擬,由于平面應(yīng)變問題的特點(diǎn)決定了,采用此種方法無法反映隧道施工過程中的空間力學(xué)效應(yīng)。該文結(jié)合上坡雙連拱隧道,對隧道的施工過程進(jìn)行了三維數(shù)值模擬,得出一些有益的結(jié)論,這些結(jié)論可以作為理論研究和施工實踐的參考。

建立包括雙線盾構(gòu)隧道、凍土帷幕、聯(lián)絡(luò)通道以及泵房在內(nèi)的三維數(shù)值模型,模擬了地層凍結(jié)、聯(lián)絡(luò)通道開挖和支護(hù)的整個過程。分析了聯(lián)絡(luò)通道以及泵房開挖對凍土帷幕、初支護(hù)和主隧道的影響。從而,確定了初支護(hù)及凍土帷幕的受力最不利位置和發(fā)生最大變形的位置,并提出相應(yīng)的控制指標(biāo)。

革鎮(zhèn)堡隧道是遼寧省的重點(diǎn)建設(shè)工程,其中破碎段巖體地質(zhì)條件復(fù)雜,傳統(tǒng)方法不能很好地反映其力學(xué)行為。針對上述問題,在建立大規(guī)模的復(fù)雜地質(zhì)結(jié)構(gòu)的數(shù)值網(wǎng)格基礎(chǔ)上,采用三維巖土工程軟件flac3d,分別根據(jù)無支護(hù)、初次支護(hù)和二次支護(hù)3種情況,4m一個步長,分為上下兩臺階對該段隧道的分步動態(tài)施工過程進(jìn)行了三維數(shù)值模擬。通過對位移場、應(yīng)力場的演化情況和塑性區(qū)分布的模擬計算,分析了開挖支護(hù)動態(tài)過程的復(fù)雜力學(xué)行為。計算結(jié)果顯示,位移與監(jiān)測數(shù)據(jù)比較一致,現(xiàn)有的二次支護(hù)方案能夠保證圍巖的穩(wěn)定性。數(shù)值模擬的結(jié)果對于該段隧道的施工具有指導(dǎo)意義。

針對廣州地鐵5號線某車站西側(cè)站廳隧道超淺埋、地層上軟下硬的特點(diǎn),利用flac3d軟件對站廳隧道及與之相交的斜通道平直段的施工全過程進(jìn)行三維數(shù)值模擬計算。通過對3種不同施工方案所引起的地表沉降、拱頂下沉、塑性區(qū)分布情況的對比分析,確定最優(yōu)的施工方案,指導(dǎo)工程施工。

地鐵車站端頭井結(jié)構(gòu)受力三維數(shù)值模擬

以西安地鐵某大型車站深基坑工程為背景,采用現(xiàn)場監(jiān)測與三維數(shù)值模擬相結(jié)合的方法,研究了開挖過程中地鐵車站深基坑的變形規(guī)律。結(jié)果表明,圍護(hù)樁的變形直接關(guān)系到基坑的穩(wěn)定和安全;開挖使得基坑周圍土體下沉,地表沉降呈拋物線型;計算結(jié)果與監(jiān)測結(jié)果基本一致,運(yùn)用flac3d數(shù)值計算方法研究深基坑的變形規(guī)律是可行的、可靠的。

隨著城市建設(shè)步伐的加快,地鐵工程施工對鄰近管線的影響問題日趨突出.本文以北京地鐵某車站工程為背景,借助大型有限元程序abaqus建立了三維隧道-管道-土體耦合模型,詳細(xì)模擬了車站施工過程對鄰近管線的影響.計算結(jié)果與現(xiàn)場量測數(shù)據(jù)基本吻合,驗證了數(shù)值分析的可靠性.通過管道應(yīng)力、局部傾斜、附加最大彎矩和地表沉降槽限值的驗算,對管線的安全性進(jìn)行了評估.

結(jié)合我國西部某地下廠房洞室群區(qū)域地形地質(zhì)條件,采用三維非線性有限元法模擬洞室群分級開挖全過程,揭示了圍巖及結(jié)構(gòu)的應(yīng)力場、位移場及破壞區(qū)分布規(guī)律,探明了圍巖可能的失穩(wěn)部位和失穩(wěn)方式以及主廠房、壓力管道、尾水調(diào)壓室及尾水洞等主要洞室分級開挖過程中的圍巖變位與穩(wěn)定性,為類似工程的設(shè)計與施工提供參考。

針對北京地鐵十號線工體北路站—呼家樓站區(qū)間隧道進(jìn)行三維動態(tài)數(shù)值模擬,針對小導(dǎo)管注漿預(yù)加固和無預(yù)加固措施兩種工況,了解區(qū)間隧道臺階法施工的動態(tài)施工過程的地表沉降及拱頂沉降規(guī)律,及小導(dǎo)管注漿預(yù)支護(hù)對隧道穩(wěn)定性的影響。

針對太原漫灘地質(zhì)下基坑工程中所存在的地下水位高、開挖面積大、變形控制等級高等問題,通過對車站基坑開挖全過程進(jìn)行三維數(shù)值仿真,并對基坑邊角部位和中間部位變形進(jìn)行對比分析,揭示了太原漫灘地區(qū)深基坑變形的基本規(guī)律:該地區(qū)墻后地表沉降表現(xiàn)為明顯的凹槽形,空間效應(yīng)顯著,開挖過程中墻后地表局部隆起,提前降水和采用強(qiáng)支護(hù)可以提高基坑的整體穩(wěn)定性。最后給出太原漫灘地區(qū)深基坑工程墻后地表沉降預(yù)估曲線。

以武漢地鐵積玉橋車站盾構(gòu)始發(fā)段工程為背景,綜合考慮始發(fā)井連續(xù)墻施工、基坑開挖、端頭加固、土體分層、盾構(gòu)開挖面泥土壓力、盾尾建筑空隙、盾構(gòu)壁后同步注漿等因素,采用有限差分軟件flac3d模擬始發(fā)段泥水盾構(gòu)施工。利用現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)對比模擬結(jié)果,分析本文提出的三維有限差分模型,驗證了模型的可靠性,分析始發(fā)段盾構(gòu)施工引起土體的土體擾動規(guī)律。

對隧道的整個施工過程進(jìn)行數(shù)值模擬,通過分析地表沉降、圍巖塑性區(qū)發(fā)展變化趨勢及管棚和初期支護(hù)的受力情況,驗證了管棚預(yù)支護(hù)、超前小導(dǎo)管注漿加固能夠滿足工程控制地層變形的需要。研究成果對該工程的施工具有理論指導(dǎo)意義,對其他類似的工程也具有借鑒意義。

斷層破碎帶隧道圍巖穩(wěn)定性差,為了解超前小導(dǎo)管注漿加固圍巖的效果,對隧道的開挖過程進(jìn)行了三維有限元數(shù)值分析,數(shù)值計算結(jié)果和隧道拱頂下沉量測結(jié)果都證明了所選預(yù)加固措施的有效性,保證了斷層破碎帶隧道施工的安全。

為了研究泵系統(tǒng)調(diào)閥過程的瞬態(tài)特性和內(nèi)流機(jī)理,在一維分析軟件flowmaster中建立了包含管路、閥門和泵在內(nèi)的仿真模型,并以三維簡化閘閥為模型,采用fluent6.2進(jìn)行計算,對開啟過程的非定常內(nèi)部流動進(jìn)行數(shù)值模擬研究.采用動網(wǎng)格的方法分析了閥門開啟過程中閥芯運(yùn)動引起的流場變形.結(jié)果表明:直線特性和對數(shù)特性的調(diào)節(jié)閥都具有快開特性,即流量變化對閥門的相對開度相當(dāng)敏感,當(dāng)閥門開度為10%～20%時,水擊壓力迅速下降;而通過內(nèi)部流態(tài)分析可知,在閥門開度較小的工況下,閥后流場紊亂,造成較大的水力損失,使阻力系數(shù)值增加,當(dāng)閥門開度小于50%時,穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)工況下閥門的阻力系數(shù)值有較大的區(qū)別.由分析可知,研究閥門開啟過程的瞬態(tài)特性,以及建立內(nèi)部流態(tài)模型,都不能完全按照通常的穩(wěn)態(tài)理論進(jìn)行,尤其對閥門開度較小的工況,應(yīng)對其進(jìn)行一定程度的修正,以保證計算結(jié)果的正確性.

大水溝隧道是錦屏水電站上線公路的最后一座隧道,最大開挖跨度達(dá)16.4m,高跨比僅有0.57,進(jìn)口段埋深淺且存在偏壓。根據(jù)大跨扁平隧道的受力和變形特點(diǎn),在施工時采用密排多層小導(dǎo)管注漿超前支護(hù)加固圍巖、臺階法開挖并及時進(jìn)行支護(hù)。施工過程的三維數(shù)值模擬結(jié)果及隧道變形監(jiān)測結(jié)果都表明,所采用的施工方案是合理的,保證了施工安全。

研究了雙連拱隧道施工過程中左右洞施工的相互影響、中墻的變形及其控制問題。其方法為將隧道施工工序分為20步;利用ansys程序?qū)λ淼赖膰鷰r、中墻的變形、受力變化過程進(jìn)行了三維有限元仿真分析,得到了右洞開挖對左洞圍巖位移的影響范圍約為開挖面前后3b(b為單洞開挖跨度,為12m)。右洞施工時,開挖面后方的中墻產(chǎn)生整體向左的偏轉(zhuǎn),墻身中部向左側(cè)鼓出,基部右趾向上抬起。中墻側(cè)的回填有效地抑制了中墻的變形,所以施工時中墻側(cè)必須回填密實。為了控制中墻的變形,兩開挖面間距應(yīng)小于2.5b～3.0b。

某隧道洞口段巖性為全風(fēng)化石英片巖夾變粒巖,節(jié)理裂隙發(fā)育,巖體較破碎,質(zhì)地較軟,洞身穩(wěn)定性差,易坍塌。針對該隧道洞口段的具體地質(zhì)條件,對隧道支護(hù)設(shè)計參數(shù)及施工方法進(jìn)行三維數(shù)值模擬,分析開挖過程中圍巖及支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形和受力特征,為隧道安全施工提供科學(xué)依據(jù)。

冰川槽谷是一種常見的冰川侵蝕地貌.在冰川侵蝕地貌研究中,冰川槽谷占據(jù)著重要地位.與發(fā)育的河流呈蛇曲狀成鮮明對照,發(fā)育的冰川槽谷往往比較寬直.這種比較直的冰川槽谷只是局部地區(qū)的特有現(xiàn)象還是普遍特征?控制冰川槽谷比較直的主因是什么?截至目前,學(xué)者暫未對這些科學(xué)問題展開研究.本文運(yùn)用三維有限單元法,建立了冰川侵蝕作用的數(shù)值模型,模擬了冰川槽谷的侵蝕演化過程.數(shù)值模擬結(jié)果顯示:(1)彎曲蜿蜒的冰川在向深部侵蝕形成u形谷的同時還存在側(cè)向侵蝕,迎冰坡的侵蝕速率大于背冰坡的侵蝕速率;(2)坡度越小(大),冰川侵蝕作用強(qiáng)度越小(大);(3)冰流量越小(大),冰川侵蝕作用強(qiáng)度越小(大).冰川在侵蝕過程中,由于迎冰坡的侵蝕速率始終較背冰坡的大,導(dǎo)致冰川谷始終向著更直的形態(tài)發(fā)展.本文的主要結(jié)論是:冰川槽谷的形狀演化主要受冰川自身侵蝕機(jī)理的控制,冰川槽谷形態(tài)具有削彎取直的演化趨勢.

運(yùn)用cfx流動軟件的滑移網(wǎng)格和標(biāo)準(zhǔn)的k-ε湍流模型對工業(yè)中常用的dl型多級沖壓離心泵整級進(jìn)行了全三維瞬態(tài)流場的數(shù)值模擬,分析泵內(nèi)葉輪與導(dǎo)葉間的動靜干擾問題?；凭W(wǎng)格分別設(shè)置在多級離心泵葉輪出口、固定導(dǎo)葉入口與泵內(nèi)流體之間的交互界面,對每個時間步求解流動方程。在任一個葉輪旋轉(zhuǎn)周期內(nèi),分析葉輪入口和出口的總壓值出現(xiàn)脈動信號頻率與葉輪葉片數(shù)的關(guān)系。分析了葉輪入口和出口處總壓波動的幅度。該三維非穩(wěn)態(tài)模擬結(jié)果為多級沖壓離心泵的水力優(yōu)化設(shè)計提供了依據(jù)。

軟土地基上建筑物沉降的三維數(shù)值模擬分析——受場地地質(zhì)條件的限制，很多建筑物采用高壓縮性的軟土作為天然地基，軟土地基的不均勻沉降會威脅到結(jié)構(gòu)的安全。不均勻沉降受上部荷載、結(jié)構(gòu)剛度以及土層的不均勻性等因素的影響，傳統(tǒng)的分層總和法不能全面地考慮這些...

本文以上海地區(qū)冬季典型年室外溫度為計算參數(shù),建立外墻與屋面連接處建筑熱橋三維非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱偏微分方程。計算了不同保溫形式下墻體內(nèi)表面溫度及熱流分布,并分析了熱橋?qū)ω?fù)荷及結(jié)露的影響。