随着城市的不断发展和扩张,城市发展用地日趋紧缺,因此完善和优化现有城区成为城市发展的必然途径。城市地下空间的商业性开发已成为现有市区优化城市空间的重要手段。以西安市民乐园商业区地下商业街的空间环境设计为例,把以人为本的设计思想纳入设计之中。通过将地下交通与地下商业空间整合设计,在地下商业空间中引入自然景观和人文景观等措施,消除传统地下空间给人的心理压抑感和封闭感,提高地下商业空间的空间品质和商业价值,进而实现城市土地开发与利用的集约化。

随着社会的发展,传统的地下空间设计理论已远远不能满足现代城市的需求,城市形态多元化的发展呼唤更具活力、适应社会发展和时代需求的城市设计理论。通过对城市形态多元化背景下地下空间开发的复杂性和多重功能整合的需求进行综合分析,有针对性地提出了混合功能这一积极的、更集约化的城市地下空间设计方式,并阐述了其主要特点和三种表现形式,其最终目的是完善地下空间设计中的公共性与功能之间的联系,使地下空间赋予现代城市更为丰富的内涵。

互通式地下立交是大型复杂的地下空间交通工程,目前国内外在这方面的研究和可供借鉴的成果还很少。互通式地下立交一般处于城市化水平高,地面建筑密集,地下管网复杂,路网不易改造的城市中心区,地下立交不同横断面处的地下空间结构形式是不同的,既有平交、双洞合一的大断面,也有双洞上下正交,动态施工力学复杂,影响因素众多。结合重庆市渝中区朝天门大型互通式地下立交可行性研究,通过三维弹塑性有限元数值模拟,对地下立交的平交(15°)和上下正交两种情况钻爆法动态施工力学进行研究,以检验可行性研究提出的方案的合理性,为地下立交施工方案优化提供科学依据。

利用弹塑性力学经典力学模型, 结合岩体力学知识, 建立圆形坑道围岩和锚注支护力学分析模型, 得到了圆形坑道围岩和锚注体弹塑性应力分布、塑性半径和弹塑性位移等与支护反力、原岩应力和岩体C、φ之间的相互关系。合理地考虑围岩与支护共同作用, 推导得出了一系列支护结构的计算公式, 对弹塑性岩体的圆形坑道稳定性分析与设计具有较强的实用和指导价值。

隧道在施工及使用过程中结构的稳定性受众多因素影响, 但最重要的影响因素归纳起来主要有两点: 岩体条件及应力条件。同时, 公路隧道在建设过程中由于受施工条件等诸多因素限制而易造成衬砌厚度不足, 而对于存在缺陷的隧道受上述因素的影响研究目前尚不多见。基于此, 以重庆市在建的笔架山隧道为现场原型, 在室内采用几何比为1：25的大比例模型试验, 全面研究结构在相同缺陷、不同围岩、不同地应力场作用下, 隧道产生病害的形式、规律以及承载力的大小, 得出不同围岩条件下地应力场对结构承载力的影响程度大小的结论,以期为今后的维修加固提供指导依据。

主要针对盾构隧道管片接头橡胶密封垫常用的遇水膨胀橡胶进行室内快速老化试验,得到其受拉性能及遇水膨胀性能变化规律;并运用数据统计分析软件对数据进行处理,对此类材料建立了寿命预测的方法,从而为遇水膨胀橡胶的工程应用提供了必要的材料性能资料。

建立拉压不同模量理想塑性的厚壁圆筒变形理论,运用不同模量弹塑性理论,推导了Tresca材料圆筒的应力场及位移场的解并给出了σz为中间主应力的条件,提出了模量参数α为控制参数,并分析了不同模量参数对圆筒的变形的影响。结果表明:圆筒的弹性极限承载力,塑性区发展规律,应力场,位移场等均随着模量参数α的变化而变化,因而若采用经典的弹性理论对不同模量材料组成的构件或结构成行设计,必会带来较大的误差。

地下储油库是典型的受限空间结构。一旦发生油气爆炸燃烧，爆炸压力波和火焰的传播将受到众多因素的影响。本文通过数值模拟的方法研究了在地下油料洞库中油气混合物由弱点火引起爆炸燃烧的发展过程，以及爆炸压力波和火焰经局部扰动后的变化过程，并将数值模拟结果与实验结果进行了对比和综合分析，得到了地下油库油气爆炸过程的基本参数，揭示了爆炸过程中油气浓度、湍流对燃烧与压力波发展影响的规律。本文的研究结果对地下受限空间油气爆炸过程的进一步研究以及爆炸灾害的预防都具有参考价值。

粒子群优化(PSO)算法是近年来发展迅速，并得到广泛应用的一种仿生全局最优化算法。与遗传算法相比，该算法具有操作简单、易于编程的优点。本文结合铜黄高速公路汤屯段大田连拱隧道施工，采用PSO算法对BP神经网络的权值进行自动优化，获得训练效果最好的BP网络模型参数以提高网络的泛化能力，建立起基于PSO-BP算法的大田隧道施工位移非线性智能分析模型，并采用此模型对后续施工隧道变形进行了预测分析。与实测位移对比表明，本文建立的PSO-BP模型平均预测相对误差仅为3.1%，可很好地作为隧道信息化施工的一种辅助方法，并为其他类似岩土工程提供借鉴。

层状剪切模型箱是土－结动力相互作用振动台试验中的重要设备。针对地下结构非一致地震作用振动台阵试验，本文设计了能够在相互垂直的两个方向上均满足层间剪切变形的模型箱，并利用自由场振动台试验结果对模型箱性能进行了检验。提出采用2-范数偏差方法对模型箱边界效应进行了定量分析和对比。结果表明，所研制的模型箱性能良好，能够正确模拟原型场地的水平地震动特性，采用2-范数偏差方法能够较好地描述模型箱的边界效应。

以上公山隧洞为例,分别选取了断层破碎带、挤压性地层及Ⅲ类围岩等三种较为典型的地段,并选取相应的三个断面进行管片结构内力及变形计算。计算采用考虑管片间接头效应的梁-弹簧模型,对于隧洞管片衬砌在错缝拼装方式下,分别对三种地层在结构内力、衬砌变形等方面的区别进行了分析,为管片的参数设计提供一定的参考。此外,将计算结果与引大入秦30A和38#隧洞的管片衬砌结构计算结果相比较,得出了一些有价值的结论。

选取影响岩爆的一些关键指标,例如脆性系数、弹性应变能指数、应力强度比等作为输入参数,采用经遗传算法优化过的BP网络,对岩爆的发生及其烈度进行了预测。针对国内外一些地下工程的实例进行了分析计算,预测结果与实际情况是符合的,说明这种方法有一定的实际意义。

利用人工神经网络技术,建立了围岩压力预测的BP神经网络模型,并以数值模拟的计算结果作为实测围岩压力的控制指标,采用围岩压力的实测数据对网络进行了训练,最后以此训练好的BP神经网络对围岩压力进行了预测。通过与非线性预测对比表明,该人工神经网络模型具有较高的预测精度,为预测围岩压力提供了一种新的方法。

地铁隧道作为现代城市的交通命脉,其安全性极为重要,所以进一步研究轨道上方大面积基坑开挖是十分迫切的。文章采用FLAC3D中的Burger s模型对上海市轨道交通杨浦线淮海路车站北风井基坑工程考虑空间和时间效应的三维有限元分析,并通过与实际监测数据的对比分析,得出对具体施工中轨道正上方的跳挖段宽的优化建议。基坑分三层开挖,前两层为分块大面积开挖,轨道正上方第三层土体采用沿隧道方向分段跳挖,其开挖的段宽由3m增加到6m后,如果开挖所花时间相同,隧道上浮量仅增加约2%。若因增加开挖的段宽而使开挖时间可适当缩短,则隧道上浮量增加更小。

长期以来,地下洞室围岩的稳定性一直是大家关心的问题。现阶段,研究者多采用有限元法计算的应力、位移和塑性区大小来判断围岩的稳定性。事实上,以这样的方法来判断围岩的稳定性有很大的随意性,因为位移、塑性区大小与围岩稳定性没有严格的定量关系,而且随诸多因素改变。笔者尝试将极限分析法应用到岩质隧洞围岩稳定性分析中并提出计算隧洞剪切与拉裂安全系数的方法,由此求得潜在破裂面和安全系数,评价岩质隧洞稳定性和设计合理性。另外,笔者提出了各类隧洞岩体的稳定性标志并且依据安全系数来反推岩体的强度参数,从而使各类围岩强度参数值更接近实际。

通过分析黄土隧洞的破坏机理,借鉴有限元强度折减法的思想,在黄土隧洞稳定性分析中提出剪切安全系数与拉裂安全系数的概念。通过不断折减土体的抗剪强度参数,使黄土隧洞围岩塑性区不断扩展,直至塑性应变或位移发生突变时,即表明隧洞发生剪切破坏,此时的折减系数即为剪切安全系数。通过不断折减土体的抗拉强度参数,使黄土隧洞内临空面处(不包括底部临空面)围岩出现第一个单元拉裂破坏时,即表明隧洞发生拉裂破坏,此时的折减系数即为拉裂安全系数。为了保证黄土隧洞的整体安全性,在隧洞设计中必须给出上述两种不同的设计安全系数值。

通过分析黄土破坏机理及形式,借鉴有限元强度折减法的思想,探索性提出黄土隧洞剪切与拉裂安全系数的定义及计算方法。文章先采用FLAC3D分析软件,模拟无衬砌黄土隧洞开挖,计算稳定安全系数。不断降低土体的抗剪切强度参数c-tanφ,使黄土隧洞达到极限破坏状态,此时的折减系数即为剪切安全系数。不断降低土体的抗拉强度参数,黄土隧洞内临空面上(不包括底部临空面)出现第一个拉裂破坏单元时,表明黄土隧洞发生拉裂破坏,定义拉裂安全系数为实际抗拉强度与破坏时折减抗拉强度的比值。采用ANSYS分析软件,模拟跨度较大黄土隧洞开挖,根据不同支护方式:老式支护和复合支护,分别计算围岩和衬砌安全系数,比较支护前后安全系数变化。提出了黄土隧洞的稳定必须同时满足两个要求:初期支护后土体围岩的安全系数不小于1.15~1.2;根据规范要求二次支护后衬砌结构的安全系数大于2.0~2.4,以确保隧洞在施工与运行过程中的工程安全。

重庆地区的基坑工程中,主要以砂岩、泥岩基坑为主。泥岩基坑考虑到外表岩体易风化,一般进行锚喷支护。而砂岩基坑如果按照《建筑边坡工程技术规范》(GB50330-2002)第6.3.4条进行计算侧向岩石压力,偏于保守。根据《建筑边坡工程技术规范》(GB50330-2002)第6.3.2条规定对有外倾结构面的临时基坑自稳的临界高度进行计算,得出了硬性结构面不同结合强度下基坑自稳的临界高度随岩层倾角的变化规律,并通过重庆众多基坑工程实例中节选两个工程实例验证了岩质基坑应用自稳临界高度的可行性,不但节省了施工成本,还有利于加快工程进度,为类似基坑工程的施工提供参考。

运用于土体遭受地下工程施工扰动评价的常用指标主要有:孔隙水压力、不排水模量、孔隙比、应力路径、应变以及各种模量等,不同指标或指标之间的组合,构成了实际评价中常用的单因子与多因子评价方法。静力触探、BOTDR和TDR等原位检测技术,具有试验精度高、可靠性好等优点。由于建筑环境对施工扰动的敏感度与控制要求的不断提高,施工扰动评价指标体系、特别是微扰动控制指标体系研究;以及原位检测技术和室内试验相结合、更为精准地评价土体受施工微扰动的定量检测手段研究等,都将是今后一段时间施工扰动及其检测技术研究的工作方向。

研究对某地铁站软土深基坑的富含承压水、地下水地段采用减压井和局部旋喷封底相结合的方案,提出减压井布置方法,并利用地下水渗流数值模型进行渗流场分析与计算,同时根据基坑开挖及减压降水复合因素,分析了对邻近建筑群的沉降影响。总结了实际施工中承压水减压的情况及相应的地表沉降控制方法。

论文对成渝高速公路中的中梁山公路隧道的运营现状进行了介绍,针对隧道内和隧道出口处CO浓度过大,VI较小等环境问题进行了详细的陈述与分析,继而对该环境问题所导致的隧道监控室内监控人员工作环境较差,对周围环境的影响较大等状况进行了细致地阐述,并综合给出了几种可行的改造方案,从造价及对周围环境的影响等方面进行了详细的对比分析,最后给出了切实可行的建议方案。

在深基坑开挖时,由于地层参数的不确定性和复杂性以及建立地层本构模型时的种种简化,土层与各种支护结构的实际变形特征与设计阶段的理论变形特征往往有较大差距。鉴于此,把FLAC3D三维数值模拟程序和北京市地铁奥运支线深基坑工程中不断补充的现场实际监测数据结合起来,通过不断修正所建模型,使预测模型更符合后续开挖时的实际情况,使预测结果更趋近于实际监测结果,显示了该方法进行深基坑变形预测的有效性。

巷道开挖后,破坏了原岩的应力平衡状态,产生一定的松动破坏范围,即围岩松动圈。围岩松动圈是巷道支护选型的重要参数,文章在综合分析区域地质(震)特征、开采技术条件的基础上,进行了现场工程地质动力失稳调查,并利用松动圈测试技术进行了围岩损伤与变形的监测,监测结果表明,巷道支护结构是合理的,对同类型巷道的锚杆支护选型具有一定的借鉴意义。

目前数值模拟己经成为地下工程分析中十分有效的方法。对于大断面公路隧道,可以采用数值模拟方法对隧道支护体系进行分析,从而达到优化设计的目的。采用有限差分程序FLAC分析软岩大断面隧道在同类围岩条件下用同一种方式开挖时,分别采取不同的锚杆布置方式时围岩应力分布、锚杆受力状态对围岩稳定的影响等,可以确定出软岩大断面隧道在一定的围岩级别下最优的布锚方案,并可为大断面隧道与地下工程的锚杆支护参数的优选、技术规范的修订提供参考。

GINA止水带是沉管隧道接头密封防水及安全的重要屏障。论文按平均水压法和接触应力法两种方法计算了保证GINA止水带水密性要求的最小压缩量,并在此基础上针对GINA止水带长期压紧状态下的松弛,提出了使用阶段GINA止水带最小压缩量的计算方法,估算了GINA止水带的当前压缩水平和GINA止水带的剩余压缩量。根据GINA止水带当前压缩水平评估沉管隧道的接头止水性能,并由GINA止水带的剩余压缩量确定沉管隧道安全预警等级。

钻地武器制导精确越来越高,侵彻深度与爆炸威力越来越大,这使其在坑道内部爆炸的可能性越来越大,地下防护工程的防护能力受到越来越大的挑战,坑道内爆的毁伤效应和防护在国内外受到极大的重视和深入的研究。文章综述了国内外坑道内爆毁伤效应和防护技术的研究现状,指出了目前该研究所存在的不足,阐述了该研究方向的发展展望,并指出了今后需研究的关键技术问题。

山区高速公路面临众多地质灾害,其中滚石灾害对人们生命财产安全造成很大威胁。滚石灾害的发生与自然条件、降雨及人类活动等有关。通过对云南省水麻高速公路工程的实地调研,统计了过去已发生的滚石灾害事故,并对滚石发生的特征与内在机理进行了分析。针对水麻高速公路,计算了典型标段滚石发生的概率,并采用工程风险分析方法,对滚石区段开展风险评估研究,得到了标段滚石区内的风险等级。论文研究成果对山区高速公路沿线滚石风险的区段划分与滚石灾害的防治措施制定具有指导意义。

通过我国隧道通风规范与PIARC 2004对需风量计算比较,说明我国规范对污染物设计浓度、城市公路隧道需风量计算中存在差距。通过计算推导,认为我国规范中有关车密度系数取值有误,CO需风量无需气压、气温修正的结论。

通过对深圳市宝安大道软基处理的施工监测资料的总结,分析了加固区土体的表层沉降、深层沉降以及孔隙水压力的变化规律,结合现场的强度试验,检验了软基处理的加固效果,得到了一些有益的结论。

采用路基稳定性分析的Bishop法,模拟分析了软土路基中一侧临空的路基、高水位一侧临空的路基,高路堤一侧临空的路基三种模式下,填土层和天然软土层的强度参数内聚力、内摩擦角变化及填土容重变化、下卧层厚度变化对路基稳定性的影响机制。结果表明,在这三种模式下路基的稳定性随着填土层或软土层内聚力和内摩擦角的增大而增加,随着填土容重的增大而减小;在一定厚度范围内,随下卧层厚度增大而减小;高水位和高路堤都在一定程度上降低了路基的稳定性。同时发现,同一土层中内聚力和内摩擦角的相对影响程度取决于该层在整个路基稳定性影响深度范围中所占的比例,不同土层受内聚力和内摩擦角的影响程度也与该层在整个路基稳定性影响深度范围中所占的比例有关。

借助三维有限元计算机模拟,对云奉高速公路奉节东立交高填方边坡及其支挡结构进行了安全评价。通过有限元强度折减法得到了边坡的安全系数,并且对支挡结构在不同安全系数下的应力,位移和内力等方面进行了计算。基于材料力学提出一种利用三维有限元求解桩内力的简单方法。计算结果表明该边坡及其支挡结构整体稳定,但局部存在变形过大和超载的问题,并给出了相应的解决办法。

随着地铁隧道工程建设数量逐年增加,施工过程中出现的事故也屡见不鲜,风险管理变得越来越重要。提出了地铁隧道施工过程中风险管理的框架,包括风险辨识、分析和评估、应对以及风险防范措施等;并以南京地铁二号线为例,具体分析了地铁隧道施工过程的风险因素,从成本和工期的角度对每一标段的风险进行了量化,并结合风险接受准则,提出了相应的风险应急措施,说明了风险管理在地铁隧道工程施工中的重要性。

建议对存在诸多不确定性因素的复杂岩土体边坡工程应用动态风险管理。提出边坡工程风险评估模型,即利用因子识别成果构建边坡工程风险因子的层次分析模型,建立判断矩阵并计算因子权重;根据勘察、试验指标与因子质量关系确定因子评估值,定义二者乘积为因子风险值。通过分析风险因子评估表,选择计算特定风险比率,以帮助较好理解边坡风险性质,认识风险本质及因子间联系。最后将模型应用于溪洛渡对外交通专用公路边坡的风险评估与分析,并与FLAC(快速拉格朗日法)数值计算结果比较。认为对边坡实施风险管理有一定推广价值。

软土浅埋地铁车站结构的抗震能力分析是工程界关注的热点问题之一。为综合评价地震条件下,结构与场地材料性质、地基夹层非均匀性、地震动特性等对地下结构动力响应的影响,作者着重通过非线性时程响应模拟,并辅以时频联合分析技术,从多角度数值研究了软土浅埋地铁车站的地震响应特征与破坏机理。计算中,以DP弹塑性本构模型与接触面单元模型,模拟了土体材料非线性及土体-结构交界面的接触非线性的耦合作用。结果表明,相同地震载荷条件下,近场土体力学参数,及结构交界面处的接触非线性均会对地下结构的受力幅值及分布特征产生明显影响,需要在结构抗震设计中加以综合考虑,而不能单靠提高结构刚度来提高地下结构体的抗震能力。

在竖井送排式通风时,排风口和送风口之间可能产生短道流动,这种短道流动会阻碍隧道内的空气交换。文章利用有限元方法对送排风短道流场进行三维数值分析,研究表明:采用竖井送排式纵向通风时,短道内风流回流区总是存在的;回流区的范围L随短道长度的增加而显著减小;考虑到降低通风能耗和满足空气质量两方面的因素,短道的长度一般适宜取65m~80m。

基于突变级数理论,对边坡地震的稳定性提出了一种综合评价方法。首先对边坡地震稳定性的评价目标进行多层次矛盾分解,并对数据归一化处理,利用突变理论与模糊数学相结合产生突变模糊隶属函数,由归一公式进行综合量化运算,得到总的隶属函数,从而进行边坡地震稳定性的分析评价。对16个典型的地震边坡作为预测样本进行了评价研究,并将得到的预测结果与灰色聚类法、综合指标法预测结果以及与边坡的实际震害程度进行比较。研究结果表明,突变级数法成功率高、客观性强,为边坡地震稳定性的研究提供了一条新思路。