变形规律论文

变形规律论文（共7篇）

变形规律论文 篇1

1 引言

近年来, 为了更好地节约土地资源, 人们大力发展空间建设, 立体发展。然而, 由于缺乏监督, 基坑失稳引起的工程事故也越来越多, 致使邻近建筑物和道路管线被严重破坏, 给人民的生命财产和经济生活带来了严重的损失和灾难性的后果。因此, 详细探究深基坑变形监测及变形规律至关重要。

2 深基坑变形监测技术概述

2.1 变形监测的特点

变形是指变形体在不同的荷载和因素的作用下其形状、大小、位置等在时间和空间上发生的变化。与一般工程测量相比, 变形监测具有以下特点:变形观测属于安全监测范围, 有内部监测和外部监测两个方面;观测精度要求高;观测周期频繁, 需要重复观测。

2.2 变形监测的等级划分及观测精度要求

变形观测的精度等级, 是按照变形观测点的水平位移点位中误差、垂直位移的高程中误差或相邻变形观测点的高差中误差的大小来划分。事实上, 变形监测的精度取决于观测的目的和变形的大小。精度过高时测量工作复杂, 时间和费用增加;精度过低又会增加变形分析的困难, 使所估计的变形参数误差加大, 从而影响分析的正确与否。通常情况下, 监测建筑物的安全需要高精度要求, 一般检查施工要求变形精度相对较低。

2.3 变形监测深基坑水平和垂直位移监测方法

与精度分析经过多年的发展, 水平位移测量的方法已经有很多种选择。规范上推荐的方法有:小角度法、投点法、视准线法等;测定监测点任意方向的水平位移时可视监测点的分布情况, 采用前方交会法、极坐标法等;当基准点距基坑较远时, 可采用GPS测量法或三角、三边、边角测量与基准线法相结合的综合测量方法。

3 工程概况

本工程建设场地呈矩形, 南北长约400m, 东西宽约340m, 总用地面积约为136916m2。本工程以住宅、配套公建及地下车库为主, 主要包括11栋住宅楼、4套配套公建、1个地下车库。周边建筑物已拆迁完毕, 无建筑物, 场地空旷。

4 基坑支护方案及监测项目

4.1 基坑支护方案

为节约施工空间, 保护临近构筑物和地下设施, 减少基底回弹, 利用支护结构进行地下水控制, 需选择有效的支护方式。本工程基坑开挖深度约为16m, 其中基坑北侧上部1.1m采用放坡挂网喷混凝土支护, 下部采用护坡桩+锚杆的支护形式, 基坑东侧、南侧和西侧分别采用上部7.50m土钉墙, 下部护坡桩+锚杆的支护形式。根据《建筑基坑工程监测技术规范》 (GB50497-2009) 规定, 本基坑为一级基坑。

4.2 监测项目

综合考虑本工程的地质条件和水文地质条件, 以及基坑周边环境对监测项目的影响, 并依据相关规范要求, 确定本基坑的监测项目为: (1) 基坑土钉墙坡顶水平位移监测; (2) 基坑土钉墙坡顶竖向位移监测; (3) 基坑护坡桩桩顶水平位移监测; (4) 基坑护坡桩桩顶竖向位移监测; (5) 基坑深层水平位移监测; (6) 土钉及锚杆拉力监测; (7) 基坑地下水位监测; (8) 现场巡视检查。根据基坑工程的受力特点及由基坑开挖引起的基坑结构及周围环境的变形规律, 布设各监测项目的监测点, 如图1所示。

5 监测点的布设及监测方法

5.1 水平、竖向位移监测

本工程按照《建筑基坑工程监测技术规范》 (GB50497-2009) 中第5条监测点布置的具体相关要求共布设土钉墙坡顶水平、竖向位移一体监测点100个, 编号为PD001~PD100, 护坡桩桩顶水平、竖向位移一体监测点98个, 编号为S001~S090, SJ01~SJ08, 北侧暗沟及地表沉降监测点26个, 编号为D01~D26。具体埋设方法为在土钉墙坡顶和护坡桩桩顶较为稳固的地方用冲击钻钻出深约20cm的孔, 用稀释的水泥浆填充, 最后垂直放入强制对中装置, 顶部用工具抹平。本工程基坑水平位移使用Leica TC12011″级电子全站仪进行观测, 采用极坐标法进行监测。竖向位移使用Trimble Dini12电子水准仪进行观测, 采用往返测进行监测。在测量过程中, 严格按照《建筑基坑工程监测技术规范》 (GB50497-2009) 中第6.2水平位移监测和6.3竖向位移监测的具体相关技术规范进行作业, 保证测量精度。

5.2 深层水平位移监测

采用数字式CX-901E型测斜仪进行深层水平位移监测。具体测量方法: (1) 用模拟测头检查测斜管导槽; (2) 使测斜仪测读器处于工作状态, 将测头导轮插入测斜管导槽内, 缓慢地下放至管底, 然后由管底自下而上沿导槽全长每隔0.5m读一次数据, 记录测点深度和读数。测读完毕后, 将测头旋转180°插入同一对导槽内, 以上述方法再测一次, 测点深度与第一次相同。 (3) 每一深度的正反两读数的绝对值宜相同, 当读数有异常时应及时补测。本工程共布设10个深层水平位移监测点。

5.3 土钉及锚杆拉力监测

采用采用MSJ-3型锚索测力计和608A型振弦读数仪进行土钉及锚杆拉力监测。具体测量方法:在锚杆加锁之前按照技术规定把锚杆拉力计套在锚杆顶端, 把拉力计的电缆引至方便正常测量的位置, 然后用锁扣锁上固定, 并进行拉力计的初始频率的测量, 必须记录在案, 以后即可按要求开始正常测量。本工程共布设12个土钉及锚杆拉力监测点, 分为上下2排, 6个断面。

5.4 地下水位监测

采用电测水位仪进行地下水位监测。具体测量方法:按四等水准对水位观测井的井口固定点进行高程测定, 每次测量井口固定点至地下水水面竖直距离两次, 当连续两次静水位测量数值之差不大于±1CM/10M时, 将两次测量数值及其均值进行记录, 根据记录值进行水位高程的计算, 本次水位高程和上次水位高程的差值就是地下水位的变化量。本工程共布设8个地下水位监测井。

6 监测成果分析

6.1 土钉墙坡顶水平位移监测

从监测成果表中的数据可以看出:截止到2014年7月15号, 土钉墙坡顶水平位移累计变化最大值为14.5mm, 未达到设计报警值, 该点为PD009监测点, 其位于本基坑北侧边坡东部区域, 其变化曲线见图2。从图2可以看出:监测点PD009相关区域在整个监测过程中其变化前期呈缓慢变大, 中期呈现上下波动, 后期呈趋于平稳的发展态势, 整个监测过程中变化值均未达到设计报警值, 该区域边坡发展态势良好, 边坡安全。

6.2 土钉墙坡顶竖向位移监测

从监测成果表中的数据可以看出:截止到2014年7月15号, 土钉墙坡顶竖向位移累计变化最大值为24.4mm, 未达到设计报警值, 该点为PD010监测点, 其位于本基坑北侧边坡东部区域, 其变化曲线见图2。从图2可以看出:监测点PD010相关区域在整个监测过程中其变化前期呈缓慢增加, 中期呈现上下波动并增大, 后期呈趋于平稳的发展态势, 整个监测过程中变化值均未达到设计报警值, 该区域边坡发展态势良好, 边坡安全。

6.3 护坡桩桩顶水平位移监测

从监测成果表中的数据可以看出:截止到2014年6月30号, 护坡桩桩顶水平位移累计变化最大值为14.1mm, 未达到设计报警值, 该点为S084监测点, 其位于本基坑西侧边坡北部区域, 其变化曲线见图2。从图2可以看出:监测点S084相关区域在整个监测过程中其变化前期呈缓慢变大, 中期呈现上下波动并增大, 后期呈趋于平稳的发展态势, 整个监测过程中变化值均未达到设计报警值, 该区域边坡发展态势良好, 边坡安全。

6.4 护坡桩桩顶竖向位移监测

从监测成果表中的数据可以看出:截止到2014年6月30号, 护坡桩桩顶竖向位移累计变化最大值为8.9mm, 未达到设计报警值, 该点为S040监测点, 其位于本基坑东侧边坡中部区域偏南, 其变化曲线见图2。从图2可以看出:监测点S040相关区域在整个监测过程中其变化前期呈缓慢变大, 中期和后期呈现上下波动、平稳的发展态势, 整个监测过程中变化值均未达到设计报警值, 该区域边坡发展态势良好, 边坡安全。

6.5 深层水平位移监测

从监测成果表中的数据可以看出:截止到2014年7月30号, 深层水平位移累计变化最大值为5.17mm, 未达到设计报警值, 该点为4号监测点, 深度为11.5m, 其位于本基坑北侧边坡东部区域, 其变化曲线见图2。从图2可以看出:监测点4~11.5该区域在整个监测过程中其变化前期呈快速变大, 中期呈先平稳发展, 后呈“V”形状发展, 最后又平稳发展, 后期呈快速变大的发展态势, 整个监测过程中变化值均未达到设计报警值, 该深度区域边坡发展态势良好, 边坡安全。

6.6 土钉及锚杆拉力监测

从监测成果表中的数据可以看出:截止到2014年6月30号, 土钉及锚杆拉力监测最大拉力值为189.39k N, 未达到设计报警值, 该点为第一排M05监测点, 其位于本基坑西侧边坡中部区域, 其变化曲线见图2。从图2可以看出:监测点第一排M05相关区域在整个监测过程中其拉力值前期呈缓慢变大, 中期和后期趋于平稳的发展态势, 整个监测过程的拉力值均未达到设计报警值, 该区域边坡发展态势良好, 边坡安全。

6.7 地下水位监测

从监测成果表中的数据可以看出:截止到2014年7月30号, 地下水位监测累计变化量最大值为28.5cm, 在正常变化范围之内, 该点为4号井, 其位于本基坑北侧边坡东部区域, 其变化曲线见图2。从图2可以看出:监测点4号井在整个监测过程中其累计变化量前期呈快速增大, 中期呈缓慢减小, 后期逐步趋于平稳的发展态势, 整个监测过程中累计变化量的变化均在正常范围内, 边坡安全。

7 结语

综上所述, 本文以深基坑工程为研究对象, 对深基坑工程的变形监测技术进行了深入研究, 根据实践表明, 在满足精度要求的前提下, 应该尽量使用简单、实用、经济的方法。监测完成后, 还需要对监测数据进行分析与评价, 为该基坑的安全施工提供可靠的保障。

参考文献

[1]沙爱敏, 吕凡任, 邵红才, 等.某商业中心深基坑变形监测与分析[J].施工技术, 2014 (04) :101~104.

[2]王洪伟.复杂条件下深基坑变形监测分析[J].山西建筑, 2014 (23) :123~124.

[3]杨荣华, 麦高波.基坑支护施工过程中的变形监测与控制分析[J].厦门理工学院学报, 2014 (01) :86~90.

方形果蔬热风干燥变形规律研究 篇2

干燥处理能使果蔬在室温条件下长期保存，延长果蔬的供应季节，平衡产销高峰[1]。不同的果蔬进行干燥，其变形规律与含水率之间存在不同的干燥模型，这主要与果蔬组织结构(纤维状或网格状)和干燥方法有关。当果蔬内水分以气体形式散发出来，不同试验果蔬在外界大气压的作用下，体积就发生变化;又因为不同果蔬组织透气能力和抗压能力不一样，体积的变化也就不一样[2,3]。就不同形状的模型本身而言，其干燥模型也不尽相同，球形果蔬经干燥各径向收缩变化规律相同，易建立干燥模型，且误差较小;但是实际干燥研究应用中模型多为方形果蔬物料。对不同形状果蔬物料进行干燥实验，研究其干燥规律和变形机理，能够有效控制干燥时间对果蔬品质、变形规律的影响，有助于优化干燥工艺、提高深加工产品的品质和附加值，为实际生产提供精确、定量的理论指导和技术支持[4]。

本文选择方形萝卜为研究对象，通过热风干燥，测定干燥过程中萝卜样本三维参数;并对干燥过程中果蔬体积变化与含水率进行分析，找出萝卜样本变形的三维参数和含水率的关系，建立相关干燥数学模型，从整体分析方形果蔬干燥过程中的变形规律，减小边界不均匀性等对果蔬干燥模型建立的影响，以快速定量地分析果蔬干燥中的变形规律。

1 材料方法

1.1 实验材料

电热鼓风干燥箱、照相机、天平、卡钉、硬纸板、牙签、细铁丝、小刀、直尺、物料固定装置、新鲜白萝卜和透明胶带。拍摄装置图，如图1所示。

1.2 实验方法

1)选择新鲜白萝卜，切成长3cm×1cm×2cm的立方体，再选取立方体的某三面的各中心用牙签沾上墨进行标注，分别标注为A,B,C，然后用天平称出此萝卜样本的质量。

2)按图1布置实验装置。

3)确定照相机的放置。对着萝卜标记点面，在距此面垂直距离30cm处放置照相机，确定后沿照相机的底面边沿绘出其轮廓线，确定照相机的位置。其他标记面均采用同样的方法。

4)调整照相机。确定好照相机位置后，对照相机进行调整(在此处将照相机调为7.7倍微距为宜，以后不再调整直至实验结束)。

5)使用电热鼓风干燥箱(干燥箱的温度设置为100°C)。

6)在实验过程中，设定每5min取出萝卜样本拍1次照片。

2 图像数据处理

图像区域选取包括矩形框和任意曲线两种方式。本实验采用矩形框，鼠标按下作为矩形框的起始顶点，拖动鼠标，记录鼠标移动后位置，并重新绘制显示新的矩形框;鼠标弹起时，记录所在位置作为矩形框的另一个对角顶点。

2.1 图像处理

1)利用Photoshop对数字图片进行处理，图片改为720×576大小，再利用磁性套索工具对每张图片进行背景更换，以提高视觉效果，并准确定位。

2)更换背景时，注意新建背景大小与(1)中更改的图片大小一致，便于进行非编处理时可保证在视觉范围内。

3)按先后顺序导入经过处理的图片，读取标记点的X,Y坐标(Z坐标通过实测并作记录)，记录数据。

2.2 数据整理

实际测量获得的数据较粗糙，如数据有效位数不一致，或不是最终的数据等，必须进行相关换算。

根据照片上标记点的初始Y坐标和实际中标记点的初始Y坐标，可得实物与照片上物体的缩放比为L实∶L测=15∶29。根据此比例关系可以计算得到实际位移，进而可以计算得到试验萝卜样本的体积。

对萝卜样本选取的A,B,C3点坐标值和位移量进行测试，得到各时间点物料质量和体积变化量，如表1所示。

通过比较，总结概括出热风干燥过程中萝卜样本整体形状随水分变化的变化趋势或者模型。根据相似准则函数理论可知，萝卜样本体积变化率、萝卜样本的位移变化率与含水率变化的关系类似。因此，本实验采取以点推面的方式进行研究。

3 干燥模型的建立

干燥过程中，果蔬体积变化和相关的参数可列出一般函数关系f(dV,V0,T0,ds,dT)=0

根据涉及参数得量纲矩阵[5]为

其中，L为长度量纲，T为温度量纲。dV为体积的变化量，T0为初始温度值，V0为初始体积，ds为含水率的变化量，dT为温度变化量。

含水率变化为。其中，m0为未进行干燥时试验果蔬的质量;m'为实验过程中不同时刻试验果蔬的质量。

体积变化率为。其中，ΔV为实验过程种不同时刻试验果蔬的体积变化量;V0为初始试验果蔬的体积。

根据矩阵A可以建立关于各参数之间的线性方程组，由此可以得到关于该方程组的解为

其中，相似独立准则数为3，即,ds相互独立，那么dl,,ds亦相互独立。

根据相似准则dl,,ds的关系可写为。省略去温度参数的影响，则关系式可表示为dl=f(ds)。

含水率变化是萝卜样本体积变化的决定性因素。根据相似准则，通过MATLAB对试验得到数据进行处理，并建立相应的函数模型。

含水率变化与时间关系如图2所示。从图2可以看出，在热风干燥过程的初始及中间阶段，含水率变化下降较快;在干燥后期，含水率变化逐渐趋于平稳，不随时间变化。体积变化率与时间关系如图3所示。从图3可以看出，体积变化率在干燥初期和中间阶段与干燥时间分别呈线性关系，后期体积变化率平稳，不随干燥时间变化。从表1和图4可以得到萝卜干燥的体积变化率和含水率变化的函数关系，即萝卜样本的干燥模型，其关系可以表达为

4 结论

球形果蔬物料模型，从一维径向收缩和球体整体收缩的角度理论能够推导得到通用公式和球形公式。其中，通用公式计算结果误差较大，球形公式计算误差相对较小[2]。在实际干燥研究应用中，球形果蔬物料难以实现，常使用方形物料作为实验研究对象。使用方形物料进行干燥模型分析，存在收缩不均匀，边界尤其是在边角等处存在较大误差，使得干燥模型难以准确应用。

本实验采用萝卜样本为立方体，萝卜组织为多孔性物料，干燥初期除去的是表面以及大孔隙内的非结合水。随着干燥的继续，含水率变化缓慢，这时结合水从物料内部迁移到表面，接受热风很快气化，并伴随着萝卜样本收缩，体积减小。用热风干燥实验方法获得了方形萝卜样本的体积变化率与含水率之间的关系，建立了相关干燥模型，对热风干燥萝卜样本的变形规律进行了研究。相关研究促进了果蔬热风干燥品质的提高，实现了理论研究与技术实践的有效结合，为果蔬干燥规律的研究提供了一种新思路，同时为果蔬热风干燥的预测和热风干燥工艺提供了更精确、更方便、更全面快速的科学依据。

摘要：不同形状果蔬物料模型,干燥变形规律不尽相同。球形果蔬各径向均匀,可从径向和整体得到果蔬干燥变形规律;但球形物料制作困难,实际干燥研究应用中多采用方形果蔬物料。为此,以方形萝卜样本为研究对象,通过热风干燥,测定干燥过程中萝卜样本三维参数。同时,对其干燥过程中体积变化与含水率的相关规律进行研究,揭示方形萝卜干燥过程的变形规律,并建立变形的数学模型,得到干燥方程,为果蔬干燥过程的特性研究和生产技术提供理论指导。

关键词：方形果蔬,热风干燥,变形规律

参考文献

[1]赖海涛.马铃薯热风干燥前预处理方法研究[J].宁德师专学报:自然科学版,2005,17(1):8-10.

[2]张京平,刘汾阳,彭争.干燥过程中球形果蔬边界的收缩方程[J].农业机械学报,2005,36(9):71-74,78.

[3]沈卫强.果蔬干燥新技术及应用前景[J].农机化研究,2009,31(12):237-238.

某黄土隧道施工变形规律分析 篇3

兰新二线某黄土隧道位于青海省乐都县境内, 行于湟水河一高阶地中。阶地地面发育多条横向冲沟, 地势起伏, 地面高程为1985～2045m, 相对高差达约60m, 为单洞双线浅埋大断面黄土隧道, 最大埋深49m。隧道洞身穿越地层主要为第四系全新统, 上更新统风积黄土、冲积黄土、细圆砾土、粗圆砾土、卵石土。隧道围岩分级为Ⅴ级, 隧道暗挖段按三台阶七步法组织施工。

2 监控量测方案

该黄土隧道采用三台阶七步法开挖, 根据《铁路隧道监控量测技术规范》的有关规定, 在各监测断面布设5个观测点, 相邻两量测断面相距5m。拱顶沉降观测点布设在上导, 尽量接近拱顶, 拱顶测点在支护结构施工时埋设。收敛量测采用收敛计进行量测, 隧道开挖爆破后应尽早在隧道两侧边墙、拱腰水平方向埋设测杆或球头测桩, 埋设深度约为20～30mm, 钻孔直径为40～50mm, 用快凝水泥固定;收敛量测点布设四点 (相对两点在同一水平线上) , 两条测线分别在初支上导、下导。监控点在每个断面上的分布如图1所示。

要求测点埋设紧靠开挖作业面, 且要尽快埋设, 以减少对施工的干扰。第一次读数宜在埋设测点后立即进行, 以便取得初始数据, 拱顶下沉、收敛量测起始读数宜在初支做完0～3h内完成, 第一次读数最好在完成开挖12h内完成。测量中对开挖完成到第一次测量之间发生的土层变形未能测到, 从开挖完到第一次测量时间间隔7～12h, 前面这段时间内发生的变形未能统计在内, 因此、本文中总结是从第一次观测以后黄土隧道的变形规律。

3 大断面黄土隧道拱顶沉降及收敛规律

3.1 拱顶沉降规律分析

通过统计分析该隧道60组沉降观测数据, 排除个别断面因施工影响或测点受损以及其他因素导致出入较大的监测数据。依据有效监测数据, 我们总结出黄土隧道施工过程中沉降-时间关系有以下特征:

1) 上台阶初支做完后3d内沉降值较大, 每天沉降值在1～5mm/d, 3d内沉降能达到10mm左右, 到第三天中导开挖, 施做初支, 中导做完的3～5天, 沉降一般在2mm/d。再到第5天施做下导, 做完下导5～15d, 沉降一般在2mm左右, 第15天再做仰拱, 做完仰拱15～19d, 沉降一般在0.5～1mm, 第19天施做仰拱, 仰拱做完沉降基本稳定, 平均每4天沉降1mm左右 (两个具有代表性量测断面的拱顶沉降-时间关系如图2、3所示) 。

2) 分析隧道60组拱顶沉降观测数据, 其中36组累计沉降值在20～60mm之间, 占总数的60%, 其中7组累计沉降值超过60mm, 占总数的11.7%, 还有16组累计沉降值小于20mm, 占总数的26.2%。

3) 通过沉降特征分析隧道周边位移在各个施工阶段所占比例可知, 隧道初期支护全部封闭前的沉降占全部沉降的95%以上, 即隧道初期支护全断面封闭后, 隧道周边位移基本上不再发展。

4) 拱顶沉降和埋深关系密切, 当隧道埋深小于25m时, 实测断面拱顶沉降量较大, 相邻断面测得的沉降数据离散性较大;隧道埋深超过25m时, 所测得的数据比较集中, 规律性强。

5) 浅埋段隧道, 隧道开挖后拱顶沉降基本在40mm, 但地表沉降基本在60mm左右, 约为拱顶沉降的1.5倍, 这是由于在监测中从开挖完至初期支护完成这段时间的拱顶沉降值未能量测到, 拱顶急剧沉降在监测前已经发生, 而无法测到真实值的缘故。正常情况下浅埋隧道的拱顶下沉会向上传至地表, 地表点的下沉值一般比拱顶点的下沉值要小。

3.2 收敛变形规律分析

分析整理隧道监控量测数据, 排除个别断面、个别测线因施工影响和测点受损以及其他因素导致出入较大的监测数据, 依据有效收敛监测数据分析, 发现大断面黄土隧道收敛具有以下特征:

1) 上导测线收敛在上导施工完成后, 收敛值在0～2mm/d, 从第3天开始施做中导初支时, 收敛数据变化较为明显, 中导做完3～10d, 平均收敛0～1mm/d (典型观测断面如图4、5) 。隧道的收敛主要出现在开挖后的短期内, 前10d的收敛量占总收敛量约80%, 基本稳定时的收敛量约为8mm。因此, 控制隧道变形的关键是开挖后应尽快进行初期支护, 并适当增加初期支护的强度和刚度。

2) 下导测线下导做完后1～4d每天的变化基本在0～2mm, 到第5天仰拱施做后第5～15d, 平均每3d收敛1mm。前15d收敛约占总收敛的75%, 收敛变形上在15～20d范围内趋于稳定, 基本稳定时的收敛值约为15mm。

3) 因经验不足和现场施工条件的限制等原因, 测点的布设时间以及初始读数时间都受到了一定影响。开始测试时, 围岩和隧道已经产生了很大的收敛位移, 因此, 可以认为监测结果小于隧道的实际收敛值。尽管如此, 实测收敛量也达到了15mm。可见, 该黄土隧道围岩收敛较大, 合理的初期支护, 应该根据围岩的这些变形规律和大小来确定支护参数和方式, 不应笼统地根据围岩类别和经验进行确定。

4) 黄土隧道水平相对收敛位移变化规律与拱顶下沉相似, 但从绝对量值上看水平收敛小于拱顶下沉。

5) 黄土隧道变形沿纵向传递快。在掌子面到达之前, 地层变形已经开始, 待掌子面通过5m后, 达到总变形量的70% ～80%, 初支封闭后变形基本趋于稳定。

4 数值模拟

以隧道主洞典型断面为基础, 进行适当简化, 建立隧道平面模型。围岩用plane42单元模拟, 初期支护用beam3单元模拟, 锚杆用link1单元模拟, 采用莫尔—库仑本构模型。根据隧道施工过程, 应用有限元方法对隧道的开挖和支护过程进行分析。分析计算采用二维平面应变模型, 围岩体的初始应力场仅考虑了重力场, 不考虑构造应力的影响。计算模型的上边界取自由边界, 两侧受水平向约束, 底边为竖向约束。计算中用释放荷载法模拟开挖效应, 采用Mohr-Column屈服准则, 采用初始刚度迭代法求解平衡方程, 对超过屈服点的应力进行调整。

应力计算结果表明, 支护以前拱脚和拱腰部位出现压应力集中现象, 容易产生受压破坏。在支护以后, 压应力虽有所分散, 但拱顶出现拉应力区, 造成拱顶受拉破坏 (开挖后竖向应力值如图6所示) 。隧道周边变形主要有拱顶沉降和水平收敛, 根据土层中各节点的竖向沉降值Uy (软件可以列表输出或者图像反应) , 用开挖后节点的竖向位移值 (如图8所示) 减去自重作用下节点的竖向位移值 (如图7所示) , 即得到该节点的沉降值, 拱顶沉降值由模型中的节点13的相对沉降值反映。同样依据土层各节点的横向变形值Ux, 可以计算得到各节点的水平位移值, 选取隧道周边轮廓线位于同一水平线上的相对两点, 计算得相对位移值即隧道收敛值;1-1测线的收敛值由节点5、135反映, 2-2测线的收敛值由节点1、139反映, 围岩水平方向变化较小, 两条测线上四点的水平位移值用列表输出 (见表1) , 隧道周边围岩的变形如图9所示。计算结果表明:拱顶竖向位移随开挖阶段的逐步扩大而逐渐增大, 最大值达到了4.480cm;隧道收敛值1-1测线收敛值达到7.6mm, 2-2测线收敛值达到17.8mm。

注:表1中的位移都按m计。

对比现场实测结果和数值分析结果发现:现场观测到实际沉降值普遍在20～60mm, 收敛量测值1-1测线在8mm左右, 2-2测线在15mm左右。现场实测大多数据比数值模拟数据小, 因为实测中对刚开挖完的几个小时内的变形未能测量到;还有部分数据由于现场施工中控制的不是很好, 导致变形数据比模拟数据大, 总体来说现场实测数据和数值模拟数据基本吻合。

5 开挖过程中控制大变形的方法及要点

根据文中总结出的黄土隧道变形特点, 在开挖过程中有针对性地严格控制好以下几点:

1) 开挖工法一定要按设计方法开挖, 不能随意改变开挖工法;开挖坚持以机械开挖为主、人工配合风镐开挖为辅, 中导、下导左右侧错开开挖, 严格控制一次开挖进尺。

2) 施工中发挥施工人员的主管能动性, 找出每道工序的合理施工时间, 组织好施工人员, 衔接好各个工序, 尽量缩短循环作业时间, 减少开挖面土体的暴露时间, 减少上、下台阶施工的相互干扰, 并及时封闭成环。

3) V级围岩地段及洞口浅埋段每循环进尺限制为1榀钢架, 边墙落底不得超过2榀, 仰拱全幅开挖不得超过4m;尽量单侧落底或双侧交错落底, 避免上半断面两侧拱脚同时悬空;控制落底长度, 视土层情况采用1～3m, 不大于5m。仰拱开挖不得扰动、掏空边墙底脚基础。

4) 施工时要特别注意拱脚与墙脚处断面, 如超挖过大或该处土体土质疏松, 承载力不够时, 应立即施作大拱脚、加设锚杆或采取其他措施进行加固。

5) 及时监控量测围岩, 观察拱顶沉降、拱脚的收剑情况。根据量测数据确定二衬施做的时间, 监控中发现变形较大的数据, 应及时反馈, 在根据上一循环的地质及监控量测资料分析结果, 对下一循环的各项技术参数进行调整。

6 结束语

通过统计分析该隧道沉降观测数据, 我们总结出黄土隧道施工变形规律如下。

1) 黄土隧道拱顶累计沉降值大多在20～60mm, 隧道初期支护全部封闭前的沉降占全部沉降的95%以上, 即隧道初期支护全断面封闭后, 隧道周边位移基本上不再发展, 拱顶沉降和隧道埋深关系密切。

2) 上导水平测线的收敛值在8mm左右, 下导水平测线收敛值达15mm左右。黄土隧道水平相对收敛位移变化规律与拱顶下沉相似, 但从绝对量值上看水平收敛小于拱顶下沉。黄土隧道变形沿纵向传递快。在掌子面到达之前, 地层变形已经开始, 待掌子面通过5m后, 达到总变形量的70%～80%, 初支封闭后变形基本趋于稳定。

3) 对比现场实测结果和数值分析结果发现:现场观测到实际沉降值普遍在20～60mm, 收敛量测值1-1测线在8mm左右, 2-2测线收敛量测值在15mm左右。数值模拟数据拱顶沉降4.48cm, 水平收敛值8～18mm;因此现场实测数据和数值模拟数据基本吻合。

4) 针对黄土大断面隧道稳定时间较长, 变形相对较大, 施工难度大等特点。应根据黄土的特性, 重视初期支护的质量, 包括钢架基础的稳定、初支混凝土的质量及施工工艺。施工中应严格按照设计工法施工、严格控制安全步距。同时, 加强围岩监控量测, 并及时反馈量测信息, 以便指导设计施工。

参考文献

[1]王晓州, 朱永全.大断面黄土隧道建设技术[M].北京:中国铁道出版社, 2007.

[2]李围, 沈进.隧道及地下工程实例分析[M].中国水利水电出版社, 2006.

[3]澜云宏, 任飞.大断面黄土隧道开挖支护技术[J].铁道建筑技术, 2009, 18 (9) :21-23.

[4]刘军, 田志杰.黄土隧道浅埋段施工技术[J].西部探矿工程 (增刊) , 2008.

[5]高速铁路隧道工程施工技术指南[S].中华人民共和国铁道部出版, 2009.

高填方路基沉降变形规律研究 篇4

设计计算模型时需要结合山区的实际情况,对高速公路路堤具体分析后才能找出具体的计算方式。此次主要是平坦地基路堤、斜坡地基路堤、折线性地基路堤3种典型路堤结构为原型,对各种地基条件下路堤的工后沉降变化规律详细分析。从山区路堤填料以及地基土体的相关特点看,对数值分析模型构建过程中,地基土体分成2层,路堤都根据统一压实度选择相同的土性指标实施计算分析。

2 土体本构模型

计算采用通用的理想弹塑性本构模型以及在土力学中使用比较广泛的Mohr-Coulomb破坏准则进行计算分析。Mohr-Coulomb准则用平面状态下的主应力可以表示成:

式中:c为土体粘聚力;φ为土体摩察角;σ1、σ3为土体的大小主应力。

在应力空间中,以I1、J2、θσ替换σ1、σ3,Mohr-Coulomb屈服准则可以写成:

其中:

式中:I1为应力张量第一不变量;J2为应力偏量第二不变量;θσ为Lode角。

3 不同地基上路基的沉降变形规律

3.1 平坦地基

计算时地基的厚度为10m,地基上层厚度为3m,下层厚度为7m计算,路堤高度15m。路基根据3阶段分级填筑,每级路堤厚度在5m,每级的填筑速率都以0.2m/d完成,第1阶段填筑结束固结30d,第2阶段填筑结束后固结50d再实施第3阶段的填筑,第3阶段填筑完成后再固结近650d。计算分析结果见图1、图2。

路堤底部中心点在时间变化下出现的沉降变形关系,如图1。对每一级的加载处理时,路堤中心底部都会出现大幅度的沉降。当路基填筑结束之后,路基则达到工后固结沉降期,而竣工后的初始时期沉降变化较快。但在后期的半年时间里,沉降的发展速度则相对变慢且趋于稳定。

图2中坡脚的沉降-时间曲线说明,各级路堤填筑阶段的坡角点会向外被挤出,主要依据为其竖向沉降瞬时为正,在各级路堤填筑结束后固结时间标准里。受到固结效果的影响,坡角点处正位移不断减小而形成负位移,此变化的服务会随着路堤填筑高度的变大而变小。

3.2 斜坡地基

结合20m的高路堤,路堤全宽达24m完成计算,地基斜坡坡度在1∶3。对斜坡不挖台阶、挖台阶的沉降变形状态实施分类计算处理。挖台阶路基的台阶根据宽3m、高1m计。

从最后得到的数据显示,路堤沉降变形主要集中为平坦地基出现异常等状况。路堤靠近斜坡的位置是沉降变形的最大值,从路堤内侧边缘到外侧沉降变形沿着非线性的方式不断变大。研究斜坡路基的沉降变形时,对路基水平方向的变形加以关注是很重要的,经过最后的计算得出路基的水平位移和路基沉降量之间关系紧密。

中部是斜坡地基路堤水平位移最大的,同时受到其它因素的影响而使得位移值逐渐变化。地基土体同样有水平位移的变化,最大位移值的发生部位均处于路堤中部。根据实际测量得到的位移数据看,不挖台阶和挖台阶的路基之间有着相同点,而因未挖台阶地基由于抗滑力偏小,使得不同位置间的水平位移偏大。

3.3 折线地基

此次研究过程中,参照的对象为20m路基实施计算,路堤宽度在24m,折线地基上部坡度1∶2,高度14m,地基下部斜坡坡度1∶5,地基土类和上述地基情况一样。集合相关的路基施工标准,仅仅是针对坡度超过1∶5的地基斜坡挖台阶处理,因而只是对上部斜坡挖台阶,台阶宽2m,高1m。

从最后得到的数据显示,折线地基的沉降变形于斜坡地基之间存在一定的相似性。本路堤最大沉降量在47.2cm,工后沉降19.2cm,而斜坡路堤的高度与其相同,最大沉降量却上升26.2%,工后沉降上升51.2%。而路堤上部是出现沉降变形的主要地段,折线型地基使得路堤的填筑厚度变大,这些都是造成总沉降量以及工后沉降加重的因素。

4 小结

对各种地基条件下高填方路基沉降变形规律深入分析,能及时掌握导致路基变形的具体因素。这不仅给施工作业安排提供了依据,还能显著保证公路结构的科学性。

摘要：目前,我国公路在使用过程中常会出现不同程度的变形现象,影响了公路使用性能的正常发挥。特别是对于西部山区的高等级公路而言,形成高填方路堤的数量更多。基于此,本文主要对高填方路基沉降变形规律进行了探讨。

关键词：高填方路基,沉降变形规律,计算分析

参考文献

[1]邓卫东.山区公路路堤边坡破坏形态分析[J].公路交通技术,2005,(5).

[2]张伟韧.高填方路基非均匀沉降的原因及设计与施工对策[J].湖南交通科技,2005,(2),78.

[3]郑颖人等.岩土塑性力学原理[M].北京:中国建筑工业出版社,2002.

姜路岭隧道围岩大变形规律分析 篇5

关键词：高寒区,炭质页岩,姜路岭隧道,回归函数

1 引言

隧道监控量测的目的之一是判别围岩的稳定性, 为施工中合理施做二衬时机提供参考依据[1]。这对于软岩的隧道施工尤为重要。因为软岩具有软、弱、松、散等低强度特点, 在隧道施工过程中表现为围岩挤出、洞室径向变形显著及换拱塌方频繁等[2]。而姜路岭隧道在初期支护完成后, 变形大, 变形快, 持续时间长, 日平均变形速率在10 (25) 40mm, 并伴有初期支护开裂、侵限, 掌子面围岩大小坍塌, 仰拱底鼓、二衬开裂等工程问题, 导致经常性的换拱处理和塌方事故, 工程风险极大、工期长。

2 工程概况

姜路岭隧道位于青海省兴海县境内, 采用上、下行分离的独立双洞设计, 单向纵坡坡度2.45%, 左线全长2925m, 起讫里程:ZK329+710 (25) ZK332+635, 其中明洞50m, Ⅵ级冻土围岩465m, Ⅴ级冻土围岩465m, Ⅴ级围岩20m, Ⅳ级围岩2330m;右线全长2845m, 起讫里程:YK329+680 (25) YK332+525m, 其中明洞40m, Ⅵ级冻土围岩60m, Ⅴ级冻土围岩385m, Ⅴ级围岩段40m, Ⅳ级围岩段2320m。隧址区属冰缘侵蚀中高山, 地形中间高南北低, 东西两侧为山脉走向峰脊, 海拔高程4690m, 隧道海拔高程在4280m以上。进出口段地层岩性为第四系全新统坡洪积堆积物, 下部为含亚粘土的碎石土, 进口穿越坡洪积堆积物多年冻土区, 隧道洞身穿越二叠系弱风化泥粉质炭质页岩加少量板岩, 灰黑色, 属软质岩, 泥粉质结构, 薄-极薄层结构, 泥质胶结强度低, 受地质结构挤压严重, 岩层扭曲及褶皱很发育, 层间挤压小断层较发育, 弱风化层下基岩裂隙水发育一般。

3 位移监测

对隧道围岩位移量测、研究能够直接判别围岩的稳定性[3]。为了能够准确表述姜路岭隧道围岩变形规律, 结合全站仪量测的大量数据, 对比、筛选、总结后选用最具代表性的断面, 即里程ZK330+765的量测数据进行分析, 结果如图1和图2。

从图1和图2可以看出, 拱顶最大日沉降量21mm, 累计值275mm, 最大日水平收敛值为31mm, 累计值456mm, 拱顶累计沉降量明显小于水平收敛累计值。并且隧道自开挖后, 拱顶40日后趋于稳定, 而水平方向在50天后仍未完全稳定, 这说明姜路岭隧道的炭质页岩塑性显著, 变形时间长, 初期支护完成后不易稳定。

4 回归分析[4]

式中u为位移, t为天数。

(1) 拱顶沉降回归曲线

回归曲线和拱顶下沉实测曲线如图3。

(2) 水平收敛回归曲线

回归曲线和水平收敛实测曲线如图4。

5 结论

对监测数据分析, 表明姜路岭隧道中的高寒区炭质页岩塑性变形强烈, 持续时间长, 不易稳定, 具有一定的流变性, 并且通过拱顶沉降与水平收敛数据的回归分析, 得到了位移随时间变化的函数 (6) 和 (7) 。

参考文献

[1]周玉宏, 赵燕明, 程崇国, 等.元磨高速公路桥头隧道施工中的监控与分析[J].地下空间, 2002, 22 (2) :115-119.

[2]何满潮, 景海河, 孙晓明.软岩工程地质力学研究进展[J].工程地质学, 2000, 8 (1) :46-62.

[3]刘志春, 李文江, 孙明磊, 等.乌鞘岭隧道F4断层区段监控量测综合分析[J].岩石力学与工程学报, 2006, 25 (7) :1502-1511.

高液限土路基的沉降变形规律 篇6

1 具体案例分析

某高速公路路基沿线分布着大量的高液限土, 该路基的修建宽度为25.5m, 在高填路段, 高液限土路基出现了严重的沉降变形情况, 路基进行填高处理时, 最大的填高高度达到了27.5m。而在填高的中心区域, 则填高的高度也在14m左右。在路基填筑的过程中, 主要采用的填充土就是高液限土, 相关人员针对高液限土的特性进行了详尽的了解, 在此基础上, 针对该高速公路高液限土路基中常发生沉降变形的路段进行了跟踪观察, 并且依据非饱和土固结理论来对高液限土路基沉降变形进行了计算和分析, 总结出了高液限土沉降变形的规律, 从而有效的保障了高液限土在路基施工中的应用效果。

2 高液限土的路用性质及路基填筑

2.1 高液限土的路用性质。

该高速公路中, 路床以及上路堤在进行填筑的过程中, 主要应用的就是风化碎土石, 而在对另外的路基段进行填筑的过程中, 应用的主要就是高液限土。高液限土本身的含水率就较高, 并且具有一定的稠度, 液限相对较高, 而且空隙比也相对比较高, 有着较强的吸水性能, 在水量减少的情况下, 会出现严重的开裂现象, 同时该土的性质就是上部较硬, 而下部则较软, 在一定条件的影响下, 其强度会相对提高, 其自身的承重比最大可达到12%, 最小也可以达到3%, 能够有效的满足高速公路路基填筑的需求。

2.2 路基填筑。

选取该高速公路中具有侵蚀-剥蚀低山坡麓沟谷地貌的路段作为实验路段, 针对该路段的路基在进行填筑处理的过程中, 需要将地表的厚度控制在2m的范围内的, 针对多余的地表土要进行有效的清理, 所选取的地段, 整体来说, 地基状况较为理想, 没有发生严重的沉降变形问题。

高液限土本身就具有较高的吸水能力, 含有的水分含量也相对较高, 在实际的应用中, 路基中所具有的含水率也会达到40%以上, 在碾压处理的过程中, 需要将碾压的土层厚度控制在30-40cm的范围内, 并合理的应用碾压机来进行碾压工作, 碾压的次数要尽可能的控制在4次, 到路基上的弹簧将要裸露出来的时候, 就可以停止碾压操作, 需要将路基碾压的厚度比率控制在80%以上。

3 路基沉降观测

3.1 传感器埋设。

在所选取的实验路基路段上, 要对路基的横断面进行分析, 并在此基础上进行传感器的埋设。利用埋设的传感器来对路基沉降状况进行观察, 而所选择的传感器需要是滑动式沉降仪。所需要监测的路基断面填高的最大高度在27.3m。针对路基沉降进行合理的管理, 在埋设传感器的过程中, 需要对埋设的填高控制在17.5m, 并且传感器埋设的位置要距离路面10m的距离, 并且要在30m的长度范围内, 均进行传感器的埋设, 以达到良好的监控效果。

3.2 沉降观测结果。

针对路基沉降进行监控的过程中, 需要合理的选定边坡点、边皮台阶、路肩下以及行车道下的准确位置点。根据这几个位置点来对路基沉降进行监测, 从而总结出路基沉降变形的规律。在对路基沉降进行监测的过程中, 需要对监测层进行长时间的跟踪观测, 本文所选取的实验路段, 已经进行了为期6个月的沉降观测, 并且路基也已经完成了填筑工作。而就观测的结果可知, 路基在进行后续填筑的过程中, 出现了一定的沉降情况。在沉降的时候, 高液限土路基的沉降变形情况较为严重, 路基填筑的高度直接影响到了高液限土路基的沉降变形量, 在施工过程中, 造成的高液限土路基沉降量占到了总高液限土路基总沉降量的50%以上, 而且沉降的时间较长, 一直延续了6个月。

一般来说, 高液限土路基会在填筑的过程中, 8个月以上沉降量最大只能够达到6cm, 而在对道路路面进行铺设处理的过程中, 只需要一天的时间, 就会使得高液限土路基出现3cm的沉降量。但是这样的沉降量, 依然在预定的范围内, 并没有超出预计。本文所选取的实验路段, 在正式通车后, 通车状况良好, 路基稳定性也较强, 路面也没有出现裂纹等一系列的质量缺陷。针对该实验路段, 进行观测, 发现高液限土沉降总量为5.3cm, 而该路段的路基的高度在25m以上, 所以, 在对路面进行铺设处理的时候, 路基的沉降量与路基高度的比率是在2%范围内。而在相关的规定中, 路基沉降率在2%-5%的范围内是属于合理的, 这就说明, 此范围内的高液限土路基具有较强的稳定性。

4 沉降计算与分析

一般来说, 在对路基沉降进行计算的时候, 采用的方法通常为分层总和法。在运用该方法的过程中, 还联合应用相应的实验计算方法, 以此来准确的计算出路基的沉降量。但是这样的方法并不能够很好的体现出路基沉降的过程。液限土是典型的非饱和土, 对于其沉降固结机制目前尚未有定论, 因此, 采用非饱和土固结理论进行高液限土路基沉降计算无疑是新的探索。

本论文采用Fredlund固结理论进行高液限土路基的沉降计算。压实后高液限土的饱和度基本在95%以上, 因此, 可以认为是孔隙气、水近似组成的混合流体, 高液限土即为具有可压缩性流体的两相土, 可以采用简化的非饱和土固结理论进行分析。

计算沉降量略小于实测值, 这主要是因为计算的结果中只包含高液限土路基渗流固结的部分, 而实测结果是高液限土的压缩变形, 这包含部分土的流塑性变形, 从图中也反映出土的流塑变形不大。高液限土路基的含水率的长期监测结果也表明, 路基填筑后其平均含水率是缓慢下降的。

结束语

综上所述, 根据计算结果可知, 高液限土路基在施工过程中, 会出现较为严重的沉降变形情况, 但是沉降量也是在可控的范围内, 而且高液限土路基的沉降量与路基的填筑高度之间有着明显的正比关系, 在高液限土路基的沉降变形量相对较小的时候, 则高液限土路基的稳定性会相对较为突出, 而观测的结果也表明, 高液限土路基在填筑完成后, 最好经过半年间的时间进行自然沉降, 再进行路面的铺设, 这样更能够保障路基的稳定性和道路应用的安全性。

摘要：本文主要根据实例分析和研究, 来确定高液限土路基的沉降变形规律, 通过对高液限土的路用性质以及路基填筑的具体情况进行分析, 计算得出高液限土路基的具体沉降变形量, 以此总结得出高液限土路基在沉降变形中, 所具有的规律。希望通过本文的探究, 能够为相关的人员提出一定的参考和借鉴。

关键词：高液限土,路基,沉降变形,规律

参考文献

[1]吴立坚, 陈礼彪, 张燕清, 吴存兴, 吴昌兴.高塑性土路基压实与压实标准[J].公路, 2007 (3) .

[2]吴立坚, 钟发林, 吴昌兴, 杨世基.高液限土的路用特性研究[J].岩土工程学报, 2013 (2) .

变形规律论文 篇7

关键词：山区,移动与变形,模拟

1 绪论

在矿区, 煤矿企业工程技术和有关业务主管部门经常有计划、有目的进行日常的现场勘测和科学实验, 而煤炭一旦开采, 也无时无刻不在发生地表移动与变形, 所以技术人员积累了大量的围岩及变形移动规律参数, 对用于解决本矿区的开采沉陷问题提供了足够的数据支撑, 如求取参数, 综合分析, 总结规律。[1]

建立地表移动与变形观测站进行现场观测, 开展地表移动和岩层移动的观测工作, 掌握地表和岩层移动的基本规律, 同样是解决好建筑下、水体下、和铁路下 (建称“三下”) 安全合理地开采煤炭和留设保护煤柱。[2]

本文研究太原东山71505工作面上地表移动开采引起的地表移动变化和破坏规律, 以及开采对地面建筑物的影响和破坏机理和规律。

2 地形地质条件及测线位置

东山煤矿井田位于太原东山西缘, 西与太原盆地相邻。本区地貌按其成因和形态, 可分为剥蚀侵蚀地貌、黄土地貌和堆积地貌。沟谷纵横, 切割剧烈, 多呈“V”字形, 山顶黄土分布, 沟谷两侧基岩裸露。区内地势东高西低, 东部最高海拔1100m左右, 西部最低860m左右, 相对高差240m。地表地形起伏较大, 上部多为黄土分布, 部分区域有裸露基岩, 其间高差变化较大, 地形较为复杂, 三条测线见图1-1。[3]

3 预计结果三维显示与分析

为更直观地显示预计结果, 利用MATLAB, 将实测数据和预计的数据分别生成三维图及三维图投影下来的等值线图。[4]本文只研究所设置3条观测线上的点在最后一次观测时的变化趋势。

4结论

要准确完整表达整个工作面的沉陷规律, 需有足够的点位实测数据, 由于客观条件的原因, 研究资料只有三条观测线上点的数据, 所以在形成三维图时, 只能描述坐标范围内的大概趋势, 其中下沉、倾斜与实测数据相差不大, 而水平移动、曲率与实测得出数据相差较大。

参考文献

[1]何国清, 等.开采沉陷学[M].北京:中国矿业大学出版社, 1991.

[2]刘宝琛, 廖国华.煤矿地表移动的基本规律[M].中国工业出版社, 1965.

[3]罗亮, 等.矿山地表沉陷预计及其三维可视化研究[J].测绘, 2009, 32 (5) :204-206.