复杂基坑内支撑施工与拆除变形控制技术研究
中建四局以杭州某深大基坑工程为例,用有限元软件建立三维整体计算模型,分析内支撑施工及拆除方案对基坑稳定性的影响。研究采用盆式挖土、分区域施工与拆除、控制栈桥荷载及绳锯切割等措施优化内支撑施工与拆除顺序,结果表明分区对称拆除能有效控制基坑变形,监测数据各项指标均在设计允许范围内。
中建四局以杭州某深大基坑工程为例,用有限元软件建立三维整体计算模型,分析内支撑施工及拆除方案对基坑稳定性的影响。研究采用盆式挖土、分区域施工与拆除、控制栈桥荷载及绳锯切割等措施优化内支撑施工与拆除顺序,结果表明分区对称拆除能有效控制基坑变形,监测数据各项指标均在设计允许范围内。
珠江三角洲某双排管桩基坑支护结构开挖中出现盖板沿基坑边线方向裂缝,作者采用缩尺模型试验分析管桩与盖板连接处的应力分布。结果表明管桩顶部与盖板连接位置强度较弱,应力峰值分别出现在连接处前侧表面与上方表面,盖板开裂直接原因是管桩结构较大变形经节点传递迫使盖板开裂。调整管桩桩顶锚入盖板深度与采用暗梁钢筋布置两项改良措施可有效降低应力、控制裂缝。
推荐理由:缩尺模型试验揭示双排管桩与盖板连接处应力峰值位置,并给出两项可降低应力、控制裂缝的构造改良措施。
绍兴地铁2号线称山南路站深基坑自动化监测数据表明,ARIMA 模型对地下水位的一步预测误差小于2 cm。研究采用 Vue 和 ECharts 构建实时交互可视化平台,可实时展示水位变化并支持数据交互查询,缓解传统水位监测的滞后性问题。
以西安某地铁车站竖井工程为背景,结合现场监测与数值模拟分析了饱和软黄土深基坑降水开挖的地表沉降历时规律。地表沉降历时曲线可划分为卸荷隆起、降水固结沉降、变形稳定及水位回升回弹4个阶段,降水施工期是沉降发展的主要阶段。参数分析表明地表沉降随土体渗透系数增大而增大、随地下水埋深增大而减小,单次开挖深度建议控制在1-4m左右,并推荐采用I20a及0-8m布设间距。
以北京某交通枢纽工程为背景,通过现场监测与PLAXIS 3D数值模拟研究相邻基坑协同开挖时地下连续墙、地表沉降和立柱的变形规律。监测显示围护墙中部最大深层水平位移为13mm,小于紧邻另一基坑角部测点的16mm,边角效应减弱;立柱东西差异最大值约16mm。模拟结果表明,逆序开挖(后挖)可将立柱东西不均匀沉降控制在0.015‰,同步开挖则对围护结构最大变形控制较好。
推荐理由:依托北京交通枢纽基坑群实测与PLAXIS 3D模拟,比较同步与逆序开挖对围护墙和立柱变形的影响。
北京某综合交通枢纽基坑监测显示,早期开挖立柱隆起量平均60mm、局部超过90mm,远超同深度普通基坑。正交模拟试验表明开挖深度和地下水是立柱隆起的关键影响因素,现场记录显示7月大体积土方快速开挖的强烈卸荷效应是早期异常隆起主因,超常规降雨引起的地下水位往复上升也影响坑底回弹。降低开挖速度并及时降水可有效减少开挖回弹变形。
推荐理由:依托北京综合交通枢纽基坑监测数据,给出立柱隆起量级与开挖速度、降水的关系,可供同类深基坑回弹控制参考。
针对狭窄型基坑数值模拟中 HSS 模型参数依赖经验值的问题,采用 CNN-LSTM-Attention 模型对 HSS 模型参数进行反演修正,修正后预测值与实测值对比精度较反演前提高 31.2%。该模型在 MAE、MAPE 和 RMSE 上均优于单一 BP 模型和单一 LSTM 模型,可用于地下管廊工程狭窄型基坑开挖变形预测。
以东莞市某深大基坑工程为依托,采用数值模拟研究多排桩支护结构变形规律,并用实测数据验证。结果表明阶梯型多排桩抗侧移能力较好,桩身变形呈上大下小、桩顶附近位移最大;同种工况下非阶梯型多排桩桩身最大水平位移为38.57mm,阶梯型为13.68mm,非阶梯型比阶梯型增大约64%。桩身最大水平位移随排距增加而逐渐减小,但减小幅度随排距增大而减弱。
推荐理由:依托东莞深大基坑实测,对比阶梯型与非阶梯型多排桩的位移控制差异,可供类似支护选型参考。
浙江华东测绘与工程安全技术有限公司等单位的吴忠明等人提出一种融合同态滤波图像增强算法与RG-DIC的低光环境免标志机器视觉位移监测方法,无需预先布设人工标志物。
推荐理由:针对低光环境难以布设人工标志的问题,给出免标志监测的试验验证与误差量级,可供监测方案选型参考。
研究基于东北多年冻土边缘区 336 座输电塔的系统现场调查,纳入 13 个条件因子,比较随机森林、XGBoost、LightGBM、CatBoost 与逻辑回归五种模型评价基础冻拔易发性,并用 SHAP 与地理探测器量化因子贡献与交互。
推荐理由:基于东北 336 座输电塔现场调查,比较五种机器学习模型的冻拔易发性评价,并给出主导因子排序。
研究提出仿鹰眼双通路感知的端到端语义分割网络 PSDNet,用于预制构件三维激光扫描点云的非均匀密度、大尺度差异与工地噪声问题。在沙特阿拉伯利雅得某预制构件项目数据集上,PSDNet 取得平均交并比 73.6%、板件提取精度 90.9%、预埋构件识别率 91.8%,消融试验确认 EFDI 与 MSGM 模块的互补贡献。
一项结合CFD模拟与原位监测的研究评估了历史建筑地板下通风腔的气流性能,发现仅依赖自然通风的系统在静风时气流速度降至近零,性能严重不稳定。参数分析确认保护格栅透风率至关重要:低自由面积比格栅产生显著压降、几乎阻断空气交换,需较高透风率以降低阻力。
针对土体剪切时应变增量矢量不垂直于屈服面的非正交变形特性,采用分数阶微分方法建立了非正交塑性模型,并通过定义新的塑性流动方向和加载方向、引入带误差控制的应力积分算法,构建了具有普遍适用性的归一化求解格式。
研究提出基于逐级静力平衡的多排抗滑桩支护滑坡稳定性分析模型,并建立综合考虑桩身刚度、嵌固段地基反力与桩顶位移的桩-土协同变形抗力计算模型。典型工程案例计算得整体稳定系数1.005、关键桩排抗力2547.2 kN/m,介于理正软件(0.987、1175.0 kN/m)与GEO5软件(1.09、3186.8 kN/m)之间。作者认为以确定性抗力为核心的框架可规避复杂推力分配难题。
推荐理由:针对多排抗滑桩推力分配难题,提出逐级静力平衡与桩土协同变形模型,给出介于两款软件之间的算例结果。
研究以上海某盾构隧道软土地层为背景,分析盾构对接解体段未加固与注浆加固两种工况下的土拱效应,并构建土拱力学模型推导隧道上覆土压力计算公式,理论修正解与数值模拟结果对比验证了模型合理性。结果表明未注浆时滑移面斜向上贯通至地表、横纵断面均呈盆形且横向范围更大,注浆后横断面呈“上下双盆”或“上盆下塔”、纵断面仅在隧道上方一定范围内形成塔状结构;注浆加固后土体应力重分布,土拱效应显著减弱。
推荐理由:针对盾构对接解体工况,给出未加固与注浆加固两种滑移面形态及上覆土压力计算式,可供类似软土隧道解体设计参考。
采用光滑粒子法(SPH)融合Drucker-Prager屈服准则与Grady-Kipp模型,构建了可同步表征剪切与拉伸失效的混合失效模型并开发Fortran求解程序,通过人工应力、应力光滑与黏性边界抑制应力振荡与边界反射噪声。模型复现了预裂缝岩样压缩及单截齿贯入试验的裂纹扩展路径与破坏模式,并模拟单截齿切割含坚硬结核煤体,识别出不同切入深度下以剪切和张拉为主导的两种结核剥落模式。
针对数据稀疏与测试噪声导致的参数不可辨识问题,构建了基于层级贝叶斯推断的分析框架,通过块金效应分解信号与噪声并引入信息性先验增强可识别性。5参数模型在MCMC后验推断中收敛稳健,条件随机场模拟传播后验不确定性并生成空间失效概率图,识别出最高失效概率达32.9%的潜在风险区,与现场破坏现象高度一致。
研究提出铰接式多联矩形掘进机配合刀盘超挖的造曲方法,并建立前后盾体与地层相互作用的力学模型,可动态计算偏转角、地层反力与方向控制千斤顶顶力。案例试算显示,增大土体内摩擦角或减小覆土深度可显著降低顶力峰值,增大地层抗力系数或减小曲线半径则显著增大外侧顶力;曲线半径小至一定阈值时内侧顶力由正转负,掘进机转为外侧顶推、内侧牵拉模式。
推荐理由:模型给出曲线矩形顶管偏转角与顶力分配的动态算法,可供曲线顶进方案选型与千斤顶配置参考。
中南大学等采用宏细观相结合的方法,研究动载作用对砂卵石渗流侵蚀特性的影响规律。
针对锚索影响下的围岩板裂化破坏过程,开展了声发射横波与纵波特征的试验研究。试验由华北理工大学矿业工程学院等单位完成,聚焦锚索作用下围岩板裂化破坏全过程中的声发射横、纵波响应特征。
四川大学与中国矿业大学(北京)采用数值模拟探索流态化迴行开采模式下的采动应力演化。研究聚焦该开采模式下采动应力的分布与变化特征,为流态化开采的应力控制提供依据。
太原科技大学与河南理工大学团队采用三维手段研究CO2相变致裂煤的裂隙演化特征与改造效应。研究揭示致裂后煤体三维裂隙的扩展规律,并评价该技术对煤储层的改造效果。
绍兴大学等提出基于SPH的花岗岩高精度建模方法,用于研究矿物尺度裂纹扩展规律。该方法在矿物尺度再现花岗岩裂纹扩展过程,为岩石力学分析提供数值手段。
针对压气储能地下硐室,开展不同衬砌厚度条件下的真三轴试验,考察其力学特性与裂缝演化规律。试验由安徽理工大学与合肥工业大学团队完成,聚焦衬砌厚度变化对硐室受力与开裂行为的影响。
武汉理工大学与武汉工程大学团队研究了注浆加固裂隙砂岩的破坏机制、动力特性,并建立断裂损伤模型。成果可为裂隙岩体注浆加固设计与动力灾害评估提供理论依据。
华东交通大学与中国科学院武汉岩土力学研究所等联合研究了层状盐岩储氢库的氢渗演化机制与密闭完整性。研究聚焦氢气在层状盐岩中的运移规律及其对储库密封性能的影响,为盐穴储氢库的密闭性评价提供依据。
武汉大学与中国电建成都院提出模型与数据双驱动的边坡时序位移分解方法,并以叶巴滩水电站料场边坡为案例开展研究。该方法用于分解边坡时序位移,案例对象为叶巴滩水电站料场边坡。
针对含气黏土不排水行为,提出融合物理机制与机器学习的混合框架,实现轨迹预测并量化不确定性。该框架将物理约束与数据驱动方法结合,用于刻画含气黏土的不排水响应。
采用离散元法(DEM)研究了土工格栅铺设位置对松散铁路道砟深度相关微观力学行为的影响。研究聚焦不同格栅位置下道砟内部接触力链与颗粒运动的深度分布特征,揭示格栅位置对道砟微观力学响应的控制作用。
研究将边坡失稳力学嵌入 E-PINN,用于同震滑坡易发性评价。作者为 Aonan Dong、Jie Dou、Yiwen Yang、Ke Xing、Shun Dong、Hao Li,成果刊于 Computers and Geotechnics 第 203 卷第 1 部分。
针对岩土场地表征,二维时域SH波全波形反演对比了不同优化策略的实用效果。研究由Ye Li、Ruoyu Chen与Khiem T. Tran开展,成果发表于《Computers and Geotechnics》第203卷第1部分。
采用3D DEM拉拔试验模拟,研究土体多分散性与土工格栅特性如何影响土-格栅相互作用机制,并从宏观与微观两个层面揭示其内在机理。
针对黏土场地海上风电单桩基础在循环荷载下的变形问题,Lu Chen、Guoliang Dai、Chengshun Xu 与 Wenbo Zhu 在 Computers and Geotechnics 第 203 卷 Part 1 发表研究。成果聚焦循环加载条件下单桩基础的变形响应,为黏土场地海上风电单桩设计提供参考。
面向大规模三维极限平衡边坡稳定分析,构建了自动微分辅助的计算框架,可在不解析推导滑裂面导数的情况下完成安全系数求解。框架由Wittaya Jitchaijaroen等提出,刊于Computers and Geotechnics第203卷第1部分。
提出一种可描述岩石全阶段力学行为的损伤模型,并用于深埋隧道开挖响应分析。模型覆盖岩石从初始加载到破坏的完整力学过程,通过深埋隧道开挖算例验证了其适用性。
采用全耦合 XFEM 分析了天然裂缝性地层多簇水力压裂中复杂裂缝网络的发育过程。研究由 Yun Zhou 等完成,发表于 Computers and Geotechnics 第 203 卷第 1 部分。
研究采用Minkowski和构建土石混合体三维细观结构模型并开展DEM模拟。该方法通过Minkowski和生成块石颗粒几何形态,用于再现土石混合体的细观结构特征。成果发表于Computers and Geotechnics 2027年3月第203卷第1部分。
针对粗糙裂隙渗流与溶质运移,提出了一种基于综合粗糙度参数的等效模型。该模型将裂隙粗糙度综合表征为单一参数,用于等效描述裂隙内的流动与溶质运移过程。研究由Hao Wang、Liangtong Zhan等完成,刊于Computers and Geotechnics第203卷第1部分。
针对饱和–非饱和渗流问题,提出一种改进的可微分有限元方法,集成时间步进、并行计算与反演策略。该方法将时间步进、并行与反演策略统一于可微分有限元框架,用于饱和–非饱和渗流分析。成果发表于 Computers and Geotechnics 第 203 卷第 1 部分。
针对深部隧道开挖损伤区预测,提出一种非普通态近场动力学方法,并引入初始地应力平衡重构以消除开挖前的虚假损伤。该方法用于预测深部隧道开挖损伤区范围,作者包括 Zhihui Xiong、Shuwei Zhou、Shanpeng Cao、Xiaoying Zhuang 与 Timon Rabczuk,成果发表于 Computers and Geotechnics 第 203 卷 Part 1。