建立地下空间信息管理系统,对地下空间信息的管理查询、地下空间的设计及其维修维护、地下空间事故的应急具有重要意义,同时也有利于地下空间的教学与研究。作者重点对地下空间的信息进行分析分类,提出数据库设计以及系统总体设计方法,目的是实现对地下空间数据的信息化管理,扩大数据应用的时空范围,提高数据管理的效率和质量。通过SQL Server 2000和VB6.0作为开发工具创建该系统,基本完成对相关数据的安全输入、存储和准确高效地可视化输出显示等功能,对地下空间的科学管理有一定的借鉴意义。

将地源热泵系统的热交换环路管埋入地下结构基坑围护结构内、基础底板下、桩基内、地铁隧道内以及新奥法施工的隧道内,形成能源地下工程。提出了能源地下工程的概念,综合分析了各种地源热泵系统开发地热能技术的优缺点,介绍了能源地下工程技术在奥地利维也纳地铁二号线延伸段的实际应用情况,并简单总结了能源地下工程应用前景和理论研究进展情况。能源地下工程是传统地源热泵技术的继承和发展,它克服了传统地源热泵系统占地和初始成本高的缺点,在我国人口密集的城市地区具有巨大的发展潜力和广泛的应用前景。

地下空间规划是城市专项规划之一,竖向规划是不同于其他城市专项规划最鲜明的特色。道路地下空间是城市地下空间最重要的组成部分,文章分析了城市道路地下空间的特点,竖向分层规律,提出了城市道路地下空间竖向规划的原则、方法和配置模式。

为了研究水分对膨胀土裂隙演化的影响,对重塑膨胀土进行了无约束条件下的湿干循环试验,并在试验过程中对土样进行CT扫描,跟踪试样裂隙生成以及闭合情况。研究结果表明:无约束条件下增湿和干燥都能引发裂隙的产生的和闭合;在增湿过程中小裂隙会闭合而大裂隙会扩展;在干燥过程中小裂隙会扩展而大裂隙会收缩。基于CT细观数据定义了损伤变量,建立了湿干循环过程中土的损伤演化方程。

桩型选择是桩基设计中首先要面对的问题。传统的方法多采用"主要因素法",即在影响桩型方案选择的各种因素中选择最主要的而又可以量化的几项指标来进行比较。文章应用模糊综合评判法和层次分析法(AHP)相结合的理论对桩基的选型方案作定量分析,选择最优桩型。同时将此方法应用于福州地区的工程实际,综合分析了桩型选择的三个影响因素:持力层、层数和环境影响。分析的结果与实际工程相符,验证了该方法在桩型优化选择方面的有效性。

盾构隧道普通混凝土管片接头的抗弯刚度主要是通过现场试验确定,目前尚无现成的公式或者图表可遵循,对于预应力管片这一新型的结构型式则更有必要对其接头的正负转角刚度,为此进行了弯曲的预应力管片接头试验。文章介绍了模型试验的设计及试验过程,通过试验数据分析了影响预应力管片接头刚度的各项因素,如施加预应力的大小、偏心距等,并得出了计算其刚度的经验公式。

白云区位于广州市北部,区内存在大片废弃的采空区和大面积的覆盖型岩溶区。随着城市建设,尤其是地下工程项目不断增多,严重扰动了原来相对稳定的地质环境,地面塌陷逐渐成为该地区的主要地质灾害之一。研究区主要为小型采空区,因此,文章根据结构力学原理,采用两种方法对白云采空区的稳定性进行分析。分析结果表明,白云区嘉禾煤矿采空区开采深度在150m以内都处于不稳定状态,大于225m较稳定。与调查情况(浅部-150m以上煤层开采对地面影响较大,曾出现塌陷漏斗、形成冒落带和地面塌陷的现象;-210m水平以下煤层开采对地表影响不大)较一致。

为了研究战时条件下爆炸荷载作用对土埋式钢油罐的强度问题,具体针对目前加油站使用较为广泛的30m3钢油罐,运用壳体动力有限元方法对其动力响应进行计算;并根据钢油罐的结构特性及其所受荷载形式,对危险截面和区域的动应力做了相应的数值分析;计算表明,在核爆冲击波作用过程中,油罐结构最大法向变形产生于跨中截面;对于地面超压常值为0.05MPa的核爆动荷载作用下埋深1.2m的钢油罐,最大动应力产生在钢油罐的中间截面且最大动应力均远小于材料的屈服应力。

地下立交工程是地下交通工程中的重要组成部分。为了准确、客观的分析立交隧道的受力特性,对地下立交隧道的受力特性进行三维有限元数值分析,利用有限元强度折减法,分析了竖向位移、塑性区的分布、塑性应变、主应力的变化情况,并给出了相应的安全系数;指出了地下立交隧道的薄弱区域,以便于进行施工加固,从而提高其整体安全性。

天然原状黄土一般都具有结构性,其变形过程必然伴随着结构的破坏。而工程中由于施工速度的不同,黄土的强度特性也不完全相同。因此,为了全面认识结构性黄土的力学特性,以天然结构性黄土为研究对象,并考虑剪切速率的影响是十分必要的。通过结构性黄土三轴试验研究,发现结构性黄土具有独特的剪应变速率力学效应,"应变速率软化"现象同样存在于结构性黄土中;其CU剪切强度和凝聚力c随剪应变率的增大而呈现先增大后减小的特征,存在临界速率现象,而内摩擦角随剪切速率的增大基本上呈线性减小的趋势。

影响超长桩稳定的重要因素是桩侧土抗力。根据超长桩的工作特性,提出了一种新的桩侧土水平抗力计算模型。基于能量法给出了顶部有集中荷载,部分埋置于Winkler地基中超长桩的挠曲函数,并推导出超长桩的临界荷载公式。对分别采用m法,常数法和作者提出的计算模型计算的临界荷载作了比较,计算结果表明作者提出的模型计算得到的临界荷载值比较合理,m法计算的临界荷载偏大,而常数法得到的临界荷载偏于保守。分析了桩侧摩阻力对超长桩稳定性的影响,以及不同比例系数对超长桩临界荷载的影响。

工程材料受力变形的性态常与时间有关,这类现象一般称为材料变形的黏性效应,材料发生随时间而增长的变形时,如果始终处于弹性受力状态,则称发生的变形为黏弹性变形。结合乌鞘岭隧道穿越F7断层所取得的量测资料,将计算区域内的岩石视为均质各向同性体,初始地应力假设成均匀分布,采用三单元模型和工程实践及三维有限元分析结果,围岩变形规律通过引入位移释放系数考虑测点的时空效应,对有限元黏弹性问题进行优化反演分析,得出围岩区域内的水平侧压力系数和所使用模型中的弹性模量和黏滞系数,为挤压性断层中隧道的支护设计、施工组织提供可靠的依据。

建立围岩隧道施工变形险情预报模糊模型,采用集总变形量、变形速率和变形速率比值三位一体的围岩稳定性判别准则,及时对隧道施工过程中的围岩稳定性做出判断。应用该模型于厦门翔安海底隧道工程进行施工变形险情预报分析,其分析结果与实际工程情况亦较为吻合。该模型分析判断效果仍需要通过大量工程实例进行验证,来不断修正模型相关参数,使其更符合工程实际状况。结合隧道变形监测数据,其对于同类隧道施工变形险情预报具有一定的参考价值。

应用子结构法理论,将上部结构刚度矩阵凝聚到筏板基础,同时将采用D-P模型的地基土体弹塑性刚度矩阵也凝聚到筏板基础上,建立了考虑上部结构、基础、地基共同作用的三维弹塑性有限元模型理论。利用此理论建立某工程框架结构裙楼-框架芯筒结构主楼-筏板基础-地基共同作用FEM模型,通过ANSYS程序对此模型进行数值模拟。结果表明,主楼结构的柱、梁应力在考虑共同作用比不考虑共同作用有增大趋势,群楼柱轴应力在考虑共同作用比不考虑共同作用小,而群楼梁弯应力却相反。并进一步分析得出考虑共同作用基础沉降差引起上部结构杆件应力重新分布,尤其是基础沉降差引起主楼的柱轴应力、梁弯应力的变化率大于群楼柱轴应力、梁弯应力的变化率的结论,该结论对以后工程设计有重要参考价值。

利用气相法和渗吸法获取了郑开工程由于降水施工引起的非饱和砂质粉土和粉质黏土的土-水特征曲线,特征曲线显示,两种非饱和土的减饱和过程都具有明显的阶段特征。然后根据土-水特征曲线,对两种非饱和土进行了直剪试验研究,得到如下结论:在低吸力范围内非饱和砂质粉土和粉质黏土的抗剪强度与吸力基本上呈线性增长关系,并得到两种非饱和土的抗剪强度参数φb分别为8.5°和4.9°。该工程非饱和土强度特性的室内试验研究,为工程地表沉降控制和掌子面稳定性分析等提供了重要的基本数据和理论参考。

基坑稳定性问题已成为岩土工程领域研究的一个难点问题。影响基坑稳定性的因素存在极大的模糊性和随机性,因此,对基坑稳定性采用模糊可靠度方法研究是很必要的。以上海中环线仙霞路地道深基坑为例对基坑抗隆起稳定性展开了2个方面的研究:(1)基于ABAQUS建立了基坑底部隆起变形量有限元分析的非线性模型;(2)基于变形量建立了深基坑抗隆起破坏的[δ]-δ极限状态模型,将模糊数学和基坑稳定的可靠度分析法结合,建立了深基坑抗隆起破坏稳定性分析的有限元模糊可靠度计算模型。研究表明:ABAQUS对岩土工程中接触问题的处理具有强大的功能;以变形量建立的深基坑抗隆起破坏极限状态模型能有效的分析基坑的稳定性;该研究将为基坑的稳定性研究提供有价值的参考。

利用三维岩土数值分析软件对西汉高速公路酉水隧道进行了无支护开挖工况大变形三维数值模拟分析,定性掌握了围岩大变形破坏的原因。并采用三维壳体单元对原初期支护设计和二次变更设计进行了模拟,探明了原设计不能满足要求的原因以及二次变更设计的合理性。同时查明了隧道支护的薄弱环节,在此基础上提出了更为合理的设计,旨在为类似的软弱围岩大变形条件下隧道的初期支护计算和设计提供借鉴。

通过某基坑工程实例,采用ABAQUS软件对基坑降水开挖过程进行了三维数值分析,得到了基坑的渗流场分布以及基坑围护墙的水平位移、坑后土体和道路地面的地表沉降的分布规律,并将数值计算结果与实测值进行了比较,两者规律一致,但不考虑渗流作用的结果明显是偏于不安全的。研究表明,ABAQUS软件用于渗流场-应力场耦合作用下基坑工程的数值模拟是可行的,能反映较真实的基坑渗流与变形情况,能够为工程设计与施工提供正确参考。

针对传统隧道照明采用高压钠灯费用高的现状,提出在隧道中采用高压钠灯和LED组合节能照明方式,对隧道入口段、过渡段采用了16种组合方案进行试验研究,给出不同照明区段的最优灯具组合模式,研究结果在凤凰山隧道中采用。这种新型的灯具组合模式解决单一冷光源在隧道入口段透过率低的难题,同时LED灯的节能优势也在长大隧道中体现出来,为今后长大公路隧道开展绿色照明研究提供借鉴与参考.

随着复杂地质条件下大跨度地下空间修建的日趋增多,以工程类比法为主体的静态设计、施工已无法满足地下工程建设的需求。文中以重庆绕城高速公路环山坪隧道断层破碎带为例,应用大型有限元ADINA软件,结合现场监控量测成果和施工方案,预先计算出隧道开挖过程中围岩的位移随时间的变化规律以及在空间上的分布特点,在此基础上应用收敛-约束原理判断了围岩及支护体系的稳定性,并对支护参数和施工时机给出了更合理的建议。为隧道动态设计、合理施工提供了一种新的思路。

高压实膨润土是核废料处置的首选缓冲回填材料。使用Code_Bright软件对侧限条件下高压实膨润土的室内注水试验进行了数值模拟。数值模型中的非饱和渗流特性参数即土-水特征曲线参数由室内试验确定。数值模型中使用的膨润土非饱和弹塑性本构模型参数由膨润土的常规非饱和三轴力学模型试验得到。数值模拟结果和实测结果的比较可以反分析出膨润土的固有渗透系数。对数值模型的研究有助于加深对膨润土非饱和渗流特性的认识。数值模型计算得到的吸力分布和实测结果基本吻合。

从柱孔扩张过程中的体积假定,即弹性区和塑性区体积的变化等于扩张引起的体积变化出发推导了考虑初始半径的土体的塑性区半径和极限扩张压力公式,讨论了不同摩擦角、塑性区体应变、刚度比条件下,初始半径对土体的塑性区半径和极限扩张压力计算结果的影响。结果表明:随着初始半径、塑性区体积应变的增加,塑性区半径和极限扩张压力减小,减小的趋势随Ri/Ru的增大而逐步加大。对旁压试验与预钻孔打桩的工程实例进行了分析。

深基坑支护结构的安全性及其对周围环境的影响问题越来越突出,应用可靠度理论解决深基坑支护结构的安全性问题越来越受到重视。由于深基坑支护结构的变形值与其影响因素间的关系难以用函数显示表达,导致深基坑支护结构刚度可靠度计算上的困难。针对现有可靠度计算方法对于深基坑支护结构的刚度可靠度计算效率不高及精度不易保证的缺陷,在结合神经网络理论与可靠度计算方法的基础上,提出了利用有限元计算结果作为样本训练RBF神经网络来拟合深基坑支护结构的刚度可靠性分析的功能函数,进而利用最优化方法计算其可靠度。研究结果表明,该方法在保证精度的前提下极大的提高了可靠度运算效率,将为深基坑支护结构的刚度可靠度设计提供一定的借鉴作用。

甬台温铁路新建前黄隧道下穿甬台温高速公路,该段隧道覆盖层薄弱,围岩较差,采用三维有限元方法对该段隧道下穿高速公路施工时的围岩变形及公路路面沉降进行数值模拟。分析结果表明,软弱围岩下浅埋铁路隧道近距离穿越高速公路时采用大管棚超前支护以及选用双侧壁导坑法开挖对路面及隧道拱顶的沉降都起到了很好的控制作用,而且隧道拱顶沉降和水平收敛位移受隧道纵向开挖空间效应和覆盖层厚度的影响相当大。公路路面的沉降值呈近似倒漏斗型分布,路面最大沉降位于隧道正上方路面中央。计算结果为铁路隧道的设计施工提供了一定的理论依据。

结合复杂地质条件下茶林顶隧址区的山体演化过程,进行了地应力场的二维有限元数值模拟,获得其原始地应力;以隧道最大埋深处断层典型断面为例,建立了隧道施工穿过断层带过程的空间三维数值模型,模拟了隧道围岩-支护结构的位移应力随施工步的变化情况。为隧道优化设计和安全施工提供了依据。

收集了在高速公路路基和建筑物地基工后长期沉降预测中较常用的8个数学曲线模型,首次将这8个数学曲线模型用于预测盾构隧道轴线上方的地面长期沉降。采用6个工程算例进行检验,分析结果表明:Gompertz模型和Verhulst模型预测精度较低;Weibull模型、对数曲线模型和泊松曲线模型的预测精度不稳定;修正双曲线模型、邓英尔模型和Mmrgan-Mercer-Flodin模型的预测精度较高,建议可用于预测盾构隧道工后沉降;双曲线模型预测精度较高,且优于修正双曲线模型。

建立了基于时态的多维、动态的GIS数据模型(简称时态GIS,TGIS),并直接应用于隧道工程的数字化施工。文中首先以厦门海底隧道工程为案例,阐述了时态数据的操作和处理过程以及表达时态属性数据变化的方法;其次建立了应用于隧道施工的时态GIS数据模型,并实现了基于时态数据库的查询和检索;最后利用三维可视化技术对模型进行了验证。研究结果表明时态GIS数据模型在隧道工程中的应用对隧道工程的数字化建设有重要意义。

相互交叉的隧道近距离施工中,新建隧道施工必然会对既有隧道造成扰动,当盾构开挖面在既有隧道附近推进时,泥水盾构压力舱内泥水压力的变化会对既有隧道变形产生影响。采用三维有限元法,对泥水盾构在既有隧道下方推进时泥水压力与既有隧道变形的关系进行了研究。结果表明,既有隧道的沉降随着泥水压力的减小而逐渐增大,实际施工中,为减小此影响应将泥水压力比控制在0.8～1.0之内。

通用管片作为一种较先进的隧道衬砌形式,在盾构法隧道施工中被广泛采用。通用管片的排版与纠偏是盾构法隧道施工中的重要课题,盾构隧道的掘进轴线和设计轴线的拟合通过选择合适姿态的通用管片来实现。软件的设计排版模块和动态纠偏模块分别采用最小二乘法和穷举法的优化方法选择合适姿态的通用管片,实现了盾构隧道通用管片施工的最佳线路排版和施工中的动态纠偏。该软件的开发实现了通用管片排版与纠偏的智能化。软件在上海市西藏南路越江隧道工程中得到了初步应用。

设计中的金鸡山群体隧道净距较小,如何对施工顺序进行优化是一个重要问题,采用数值方法对V级围岩条件下的小净距群体隧道施工顺序进行了研究。研究结果表明,当采用先修建辅路隧道再修建连拱隧道的顺序进行施工时,后建连拱隧道会导致辅路隧道左右幅初期支护轴力分别增大14.8%(拱顶)和14.3%(拱腰),相应位置安全系数减小12.5%和12.7%,辅路隧道周边围岩塑性区有小范围扩展;当采用相反的顺序进行施工后,后建辅路隧道会导致连拱隧道左右洞仰拱初期支护轴力分别增大46.2%和55.2%,相应位置安全系数减小31.7%和35.5%,连拱隧道中墙上方及两侧墙脚处围岩塑性区均有一定程度扩展。由此可见,金鸡山辅路隧道先施工为优选施工顺序。

隧道穿越的岩体中常常赋存不同类型的地下水,特别是赋存于可溶岩中的岩溶裂隙水,在隧道施工过程中可能出现涌水突泥等灾害性事故。同时由于岩溶水一般都有侵蚀性,对隧道围岩结构的影响以及采取防排水工程措施后对生态环境的破坏已经越来越成为隧道建设过程中的主要问题。文章以石太客运专线中的太行山隧道为例,预测了可能集中涌水的区段,分析了岩溶水对围岩和生态环境影响较大的区段,为有效的指导施工和合理提出工程措施提供了依据。

地应力是岩爆发生的主要因素,地应力测量已经成为深长隧道地质勘察的重要内容。文章首先介绍了某超长铁路隧道两个钻孔的地应力测量结果,并从地质条件出发分析了代表整个隧道的地应力趋势。其次,运用三种基于强度理论的判别法,预测了隧道沿线岩爆发生的可能性。

结合水库坝区竖井开挖爆破的施工实际,对竖井的爆破参数进行了设计,阐述了爆破振动的测试方法并对测试结果进行了分析。从实测典型波形图看,各段波峰基本按设计的微差间隔时间分隔开,由于雷管跳段使用,所以没有出现明显的振动峰值叠加现象,其爆破分段是合理的。测得的最大振动速度为2.68 cm/s,爆破振动不会对主要建(构)筑物产生影响。

小净距隧道在公路隧道中属于一种新型结构型式,目前还处于研究和发展阶段。小净距隧道建设的成败在于中夹岩的稳定情况,采用有限差分法对不同净距下的小净距隧道进行了弹塑性数值模拟研究,对比分析隧道围岩位移和中夹岩应力、塑性区分布、位移随净距的变化规律,探讨Ⅴ级围岩下的中夹岩合理厚度。结果表明,小净距隧道围岩的各项指标与净距的敏感度存在几个阶段性变化的关系,最后提出了把敏感突变阶段出现之前的净距作为小净距隧道的合理净距。

应用Biot固结理论作为控制方程,采用有限元计算并结合工程实例分析研究了排水固结法地基处理水平边界条件对地基沉降的影响。计算结果和现场观测值的研究表明,路基施工过程中水平边界条件受限、横向排水通道被堵影响了地基的排水固结,导致了施工期沉降量和沉降速率变小,对工后沉降量和路基稳定性的控制均不利,但道路运营阶段水平边界条件被封闭,可减少道路运营期间的沉降量、沉降速率和工后沉降量,延长道路的使用寿命,具有一定的工程实践意义。

盐渍土地区道路受硫酸盐渍土盐胀性及氯化物盐渍土溶陷特性的影响,对路基路面造成一定的变形破坏。为了研究硫酸盐渍土在季节性冻土地区外界环境及氯化物盐对其盐胀性的影响,通过对S207线盐渍土病害路段进行变形监测和室内盐胀对比试验,对试验结果进行盐胀性评价。结果表明:盐胀率作为评价硫酸盐渍土盐胀性的一个重要指标,其计算值取决于盐胀保证率所能达到的盐胀有效影响深度的取值和年度最大盐胀变形量;年度盐胀变形量要考虑氯化钠盐和变形缓冲层对硫酸钠盐胀变形的抑制和缓解作用。针对南疆盐渍土盐胀变形特性及影响因素,总结提出了盐渍土路基盐胀变形综合防治原则和防治方法,在南疆S207线改建工程中得到了应用,取得明显的防治效果。

由于沿海地区地下水位埋藏较浅,常常设计抗拔桩作为地下结构的抗浮措施,而抗拔桩设计最关键的问题为桩的受力状态、承载力以及和主体变形协调的问题。结合广州市某深挖地铁车站抗拔桩设计实际情况,采用ANSYS有限元分析软件,建立了车站主体结构和抗拔桩共同作用的计算模型,进行了车站主体结构与抗拔桩的三维有限元计算。分析研究了在水土各项压力及自重作用下,车站抗拔桩的抗浮应力及变形特征,并着重研究了车站底板、底纵梁及抗拔桩的应力、变形规律。

采用ANSYS软件,分析了滑坡治理中抗滑短桩在滑体中和在嵌固段的最短长度,探讨了滑坡中滑带土、滑体土的参数C、φ、E和μ对抗滑短桩的受力影响;得出了几点认识:1)抗滑短桩在滑体中的最短长度不宜小于滑体厚度的1/4。2)抗滑短桩岩层嵌固段的深度不宜小于抗滑短桩总长的1/4,土层嵌固段的深度不宜小于1/3。3)探讨了算例中各参数变化与作用在抗滑短桩上的剩余水平下滑力之间的关系。同时,认为抗滑短桩的受力分析中,既要考虑滑带土参数影响又要考虑滑体土参数的影响,才是更接近于实际情况。

近年来,我国大城市的综合管廊建设正在快速发展。但是,对于综合管廊消防灭火系统的设计与建设,各地做法不一。通过对我国近年来设计及建成运营的综合管廊内部纳入管线的种类和工作状态进行调研,分析了综合管廊内部火灾的起因和特点,并依据我国现行各类技术规范及工程实例的分析,提出:建设规模较小、覆盖面积较小、电压等级低的电力电缆综合管廊,可采取有效的工程措施而不设置自动灭火系统装置;对于建设规模较大、覆盖面积较大,内部纳入的电缆电压等级较高的综合管廊,除采取有效的工程措施外,还应采用移动式水喷雾消防灭火系统。

介绍了某沉井施工出现的流砂事故,分析了产生沉井流砂事故的主要原因是沉井内外水力坡度超过引起流砂的临界水力坡度,提出了流砂事故的处理方案,对险情处理的施工要求及有关问题提出了建议。实施结果表明,流砂得以控制,周边变形控制在1～3mm范围内。

针对普通外贴纤维增强聚合物(Fiber-Reinforced Polymer,以下简称FRP)片材加固混凝土受弯构件加固材料强度利用率低、构件正常使用阶段性能改善不明显等不足,预应力FRP加固法开始受到关注。文中首先给出了三种对纤维片材施加预应力的方法,然后分别对预应力连续纤维片材加固RC构件弯曲性能、预应力片材加固后的剪切性能及加固梁的疲劳性能等方面的研究现状进行了分类说明,给出了现有研究的方法、内容和取得成果及尚未开展的方向,供今后预应力纤维片材加固研究参考。