文摘

顶力是影响施工过程的重要参数之一,在垂直隧道的方法。研究了动态变化过程与千斤顶的顶推力距离和最大顶推力的影响因素,进行了室内模型试验和数值模拟。在模型试验中,我们调查的影响,土壤和水的高度内容。结果表明,上覆岩层高度越高,顶推力越大。此外,土壤的含水量提高了压缩率和最大顶推力几乎没有影响。此外,拉格朗日(移动电话)的方法被用来模拟耦合垂直顶施工。在数值模拟中,我们研究了两个结构因素(升降速度和竖管外径)和四个土壤参数(内聚力、内摩擦角、弹性模量和泊松比)。之前,移动电话模拟结果与测试数据证明玻璃纸的合理性的方法,和两人在良好的协议。结果显示,在六个影响参数,根据最大顶推力的影响程度从大到低,竖管的外径,内摩擦角,凝聚力、弹性模量、升降速度和泊松比排名。此外,数值分析提出的升降速度是0.2米/秒。 The research results in this paper can provide a reference for the construction of the vertical tunnelling method.

1。介绍

随着城市经济的发展,许多大型火力发电厂和核电站广泛建造在沿海地区。相应地,对进水和排水项目的需求也增加由于不断增长的电力需求。作为一种新的非开挖技术、垂直隧道方法广泛应用由于其环境影响小等优点,经济效益高,安全(1,2]。垂直隧道的过程方法如图1。竖管是举起一段一段的的帮助下顶设备如千斤顶(1,2]。在建设的过程中,顶推力的确定尤为重要,尤其是最大的顶推力。不仅是相关的可行性顶还与立管的设计和隧道的稳定水平。

先前的研究已经研究了垂直隧道的顶推力的方法。王等人。1]垂直施工过程视为逆打桩,nina Meyerhof和顶推力估计的理论。nina Meyerhof然而,承载力理论可能不适合相反的方向。基于一个项目在北海、中国、王et al。3)使用终端顶力支持分析获得的平均摩擦系数和顶推力的变化规律。魏et al。4顶]采用离散元素模拟过程和学习负担过重的高度的影响土壤和土壤抗剪强度指数最大的顶推力。然而,完成了模拟方法在二维空间中,而不是三个维度。魏et al。5顶力)建造了一个预测模型通过两种智能算法,安和GA-ANN,三种类型的影响因素(包括十个参数)。人们相信GA-ANN模型可以更好地预测顶推力,覆盖水的高度,升降速度,地质条件被认为是作为参数影响顶推力的影响最大。

向上垂直隧道方法相似,保护方法应用于日本最早期(6,7),建筑也自底向上的方向。已经有一些研究施工技术的引入和应用(3,6,7]。然而,顶推力很少被考虑。

模型试验是一个重要的研究方法,特别是在研究理论不足的情况下8- - - - - -11]。它不仅可以帮助我们了解岩土工程的建设,但在这个过程中也可以获得顶推力和变化趋势。同样,有限元方法也在解决岩土工程问题中起着重要的作用12,13]。因此,解决工程问题通过模型试验和数值模拟已成为许多学者研究的趋势问题[14]。拉格朗日(移动电话)耦合的方法(15]基于显式时间积分公式已被广泛用于解决有限变形问题[16- - - - - -19]。

在这项研究中,垂直隧道过程中顶推力的方法分析了模型试验和数值模拟的手段。四个模型试验考虑不同高度的负担过重的水土条件设计。此外,升降速度的影响,竖管外径,土壤参数对顶推力移动电话得到的有限元分析方法。研究结果可以为指导类似工程施工提供参考。

2。模型试验

模型试验是在以下部分解释。

2.1。相似原理和简化测试

相似原理是物理模型试验的基本理论,这意味着模型的物理特征需要满足一系列相似的要求(20.- - - - - -22]。然而,它几乎是不可能满足所有相似常数(23]。在这项研究中,几何尺寸相似常数(C_l)确定是14,体积重量的相似常数确定为1。原型和模型之间的几何值如表所示1、关键相似率如表所示2。此外,考虑到机动性和研究重点,水平隧道被简化为一个完整的半圆柱体,忽略横向隧道的结构的影响。此外,在实际项目中,竖管举起一段一段的,和一个管道,另一管之间的连接部分是焊接或螺栓。这个测试被简化为一个完整的竖管,每0.025米和竖管是显而易见的,这代表一个管道。

2.2。模型试验装置

模型试验的原理示意图如图2。整个试验装置主要由四个部分组成:一个模型,加载系统、数据采集系统和竖管。如图3,该模型箱是有机玻璃做的,外部尺寸为1.2米×1 m×1米(长×宽×高)和厚度为0.02米。水平隧道外径的0.45 m和内部直径0.4米是较低的一侧模型的盒子。有一个洞的直径0.13米的把立管的顶部水平隧道。装载应用程序的加载系统是由一个油泵和液压缸组成。油泵的额定功率为0.75千瓦,升降速度是4.4毫米/秒。液压缸的活塞杆的直径是65毫米,这是大于压力传感器的直径。活塞杆的行程是0.45米。收集原始数据的数据采集系统的测试包括压力传感器和数字显示。压力传感器的直径和厚度是56毫米和20毫米厚。在测试中,压力传感器放置在中间的液压缸和竖管。 The standpipe used for jacking in the test was made of steel, with a diameter of 0.1 m and a length of 0.5 m. The top cover was hollow, with an outer diameter of 0.13 m and a height of 0.025 m. Four Earth pressure cells were fixed on the surface of the top cover to monitor the soil pressure in the jacking process. The total weight of the standpipe and the top cover was 8.7 kg.

2.3。模型材料和测试条件

海砂被选为测试材料和干在测试前。相关物理参数如表所示3。

顶推力可能不堪重负的高度相关水土条件。因此,四个模型试验的设计。具体试验条件如表所示4。

2.4。测试过程

如图4,模型试验过程主要是总结如下:(1)在测试前,竖管每隔0.025米(见图4(一))。然后,液压缸是放置在底部的中心模型的盒子,与液压缸的杆的中心和竖管。然后,顶推过程在无污点的环境中进行了测试,以确保竖管不会碰水平隧道(见图4 (b))。(2)模型箱到指定的高度。在这个过程中,均匀分布的填补应该尽可能保证(见图4 (c)和4 (d))。(3)发泡胶的应用在隧道底部的水平,防止沙子漏(见图4 (e))。然后,油泵的电源连接,和顶开始(见图4 (f))。(4)0.025米的竖管千斤顶时,电源被关闭。这个过程被录像记录显示在数字显示的最大价值。被视为顶推力的值(见顶的部分。图4 (g))。(5)上述操作重复直到海拔已经完成(见图4 (h))。

3所示。数值模拟

在以下部分中描述的数值模拟。

3.1。数值模型

拉格朗日(移动电话)的耦合技术在有限元分析来模拟垂直顶施工的过程。由于模型的对称性,只有四分之一的域模型。如图5这个模型由两部分组成:竖管和土壤。竖管外径(D)是1.8米,长度是8米。为了避免大网格扭曲,顶部0.45米的竖管嵌在土壤12]。因此,顶起高度(H)是7.55米。土壤是由高度(长度,宽度)18 m×18 m×16 m,这是分成相同大小的两层:土层和空白层(见图6)。孔隙层顶部的土壤模型零强度和刚度,土壤被允许自由流动的材料方向向上,而土层强度和刚度的典型值。

竖管被设置为刚体,采用拉格朗日域。因此,竖管的网域由8-node拉格朗日砖元素(C3D8R)。土壤被认为是一个欧拉域,其网格由8-node欧拉砖元素(EC3D8R)。一个细孔区2.2 m(1.22的水平扩展D)被设置在竖管,筛孔尺寸是0.1D沿着水平方向,剩下的是0.4米(0.22D)。筛孔尺寸是0.2米(大约0.1D沿高度方向)。元素的总数是169840。

此外,土壤参数用于数值模拟中描述表5。

3.2。数值模拟过程

的初始应力场由自重引起的模型是非常重要的25,26]。因此,地面压力应该是强加在一个预定义的步骤根据材料的自重。

Mohr-Coulomb屈服强度准则是用于玻璃纸模拟,这是能够反映岩土材料的工程性质。此外,自力接触算法选择竖管和土壤之间的接触表面。

仿真过程主要分为两个步骤:第一步、一步渗透。顶渗透的一步,是意识到通过定义圆中心的竖管作为参考点。顶保持速度恒定值,振幅的位移载荷定义为表格。时间是0时,振幅被设置为0,当时间是总一步时间、振幅被设置为1。

3.3。测试和数值结果的比较

在实际工作条件的数值模拟,数值模拟研究的基础上,进行了模型试验,测试的测量值和数值模拟值进行比较来验证玻璃纸的有效性的方法。图7说明,这两个有着相同的趋势随着千斤顶的距离。此外,测量值和数值模拟值最大的顶推力756 N和803.6 N,分别。数值模拟值较大,6.3%的差异。终端的测量值和数值模拟值顶推力223 N和199.7 N,分别。数值模拟值很小,与10.4%的差异。总的来说,这两个显示良好的协议。

4所示。讨论

的讨论研究在以下部分中描述。

4.1。玻璃纸数值模拟分析结果

玻璃纸数值模拟结果的分析是在以下部分解释。

以下4.4.1。升降速度的影响

在实际工作工程中,垂直隧道的顶速度方法通常是5∼10毫米/分钟。然而,在有限元仿真,升降速度不应设置太小了。否则,计算速度大大降低,效率降低。另外,升降速度不应设置太大。否则,它将导致缺乏计算精度。提到工作,胡锦涛等。27和戴秉国et al。28),数值模拟被设置为0.1 m / s, 0.2 m / s, 0.4 m / s, 1 m / s。

图8显示了顶推力升降速度的影响;升降速度图的多8 (b)等于实际的商顶起顶速度除以最低速度,下面的一样。我们知道,升降速度越大,最大顶力越大,和终端顶推力越小。然而,升降速度最大的顶推力的影响是有限的。此外,影响最大的顶推力发生的位置不明显,这大约是0.83米(0.11H)。图8 (b)显示,当升降速度为0.2米/秒,最大的顶推力3543 kN,而最大的顶推力为3470.2 kN顶时,速度为0.1米/秒。不同的是2.1%,而软件运行时间增加了367%。操作时间显著增强。因此,升降速度被认为是0.2 m / s模拟。此外,顶之间存在着非线性正相关的速度和最大的顶推力,影响很小。

4.1.2。竖管外径的影响

图9显示竖管外径的影响在顶推力。我们知道,竖管外径越大,顶推力越大,最大的位置顶推力发生是先进的。外直径1米的时候,这个位置是1.66米(0.22H)。外直径是1.8米时,位置是0.83米(0.11H),这是一个伟大的增加。如果80%∼100%F_马克斯在施工过程中被定义为一个大型顶推力,大顶推力的工作区域是与外径负相关。外直径1米的时候,工作区域的距离是0.4H。当外径1.8米,0.256的距离H。基于上述研究,有必要注意的影响最大外径时前面顶推力大。此外,大型顶推力的影响仍然需要准备在任何时候当外径很小。此外,图9 (b)显示有一个近似的线性正相关关系之间的竖管外径和最大顶推力,影响大。

4.1.3。土壤条件的影响

图10显示不同土壤条件的影响(包括内聚力、内摩擦角、弹性模量和泊松比)顶推力。图11显示了不同的土壤条件和最大顶推力之间的关系。

图10表明,当其他条件都相同的,凝聚力越大,顶推力越大。内摩擦角和弹性模量越大,最大顶力越大,和终端顶推力越小。几乎没有影响顶推力的泊松比。然而,当泊松比提高到0.49,最大的顶推力增加。此外,几乎没有发生位置最大的顶推力之间的关系和凝聚力和内摩擦角。相比之下,这个职位是与弹性模量有关。当弹性模量从6 MPa提高到24 MPa,位置是先进的从0.197H到0.095H和泊松比增加到0.49时,位置也略有先进。此外,工作区域的顶推力与凝聚力,泊松比,这是负相关与内摩擦角和弹性模量。内摩擦角时从10°增加到22°,工作距离从0.366下降H到0.195H,当弹性模量从6 MPa提高到24 MPa,工作距离从0.36下降H到0.245H。此外,终端顶推力呈正相关,凝聚力和内摩擦角呈负相关,弹性模量和泊松比。

图11显示最大的顶推力是线性和积极与凝聚力,内摩擦角,泊松比和非线性和与弹性模量成正比。四个参数中,凝聚力和内摩擦角影响最大,其次是弹性模量和泊松比。

在上面的两个结构参数和四个土壤条件,最大顶推力的影响程度从大到小是外径,内摩擦角,凝聚力、弹性模量、升降速度和泊松比。

4.2。模型试验结果的分析

模型试验结果的分析是在以下部分解释。

4.2.1。准备覆土高度的影响

基于部分2。3,图12表明,当其他条件都相同,覆土的高度越高,越顶推力。高度是0.375米,0.425米,0.475米,顶的最大力量是607 N, 756 N, 1014 N,分别和终端顶部队198 N, 223 N, 326 N,分别。不堪重负的高度顶推力的土壤有很大的影响。

4.2.2。水条件下顶推力的影响

基于2.3,加水后,土壤重量增加到15 kN / m³16.3 kN / m³,所以在这个测试含水量为8.67%。图13表明土壤的可压缩性是增强后加水。不同的下降趋势,提高千斤顶的顶推力距离先增加,然后降低。此外,加水没有影响最大的顶推力。

5。结论

在这项研究中,顶力的过程中垂直隧道模型试验和数值模拟方法进行了分析。主要结论如下:(1)移动电话的结果方法基于模型的测试是在良好的协议与测量值的测试。此外,升降速度被认为是0.2 m / s的数值模拟分析。(2)数值结果表明,最大的顶推力的位置发生了与凝聚力和内摩擦角和负相关与竖管的外径和弹性模量。尤其是泊松比增加到0.49时,位置略先进。(3)数值结果表明,工作区域的顶大顶推力与速度、凝聚力、泊松比和与竖管的外径负相关,内摩擦角、弹性模量。(4)数值结果表明,最大顶推力是线性和竖管外径呈正相关,凝聚力,内摩擦角和泊松比。此外,它是非线性和与弹性模量和顶速度呈正相关。在上面的两个结构参数和四个土壤条件,最大顶推力的影响程度从大到小是外径,内摩擦角,凝聚力、弹性模量、升降速度和泊松比。(5)测试结果表明,当其他条件都相同,覆土的高度越高,越顶推力。强劲的影响。此外,加水可以提高土的压缩性但没有影响最大的顶推力。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的结果包括在本文中。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关这项研究的出版物。

确认

这项工作是为浙江省自然科学基金资助(没有。LHZ23E080001)。