地下空间与工程学报

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方祥位,申春妮,李春海,陈正汉

地下空间与工程学报. 2014, 10(6): 1231-1236.

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对陕西蒲城电厂不同干密度试样的重塑Q₂黄土微观结构进行对比测试,研究了重塑Q₂黄土的微观结构特征。微观结构定性定量分析表明:随干密度增大,重塑Q₂黄土孔隙的大小明显变小,而数量明显增多;微观结构定量参数随干密度的变化呈现较好的线性关系,随干密度增大,Q₂黄土的灰度熵、欧拉数和孔隙的面积比例、圆形度、定向度、分布分维减小;而颗粒的面积比例、圆形度、定向度、分布分维将增大。相对于干密度相同的原状Q₂黄土,重塑Q₂黄土孔隙数目增多,颗粒和孔隙的圆形度增大。

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分级加卸载条件下Q₃黄土三轴蠕变特性研究

王鹏程,骆亚生,张希栋,高帅,胡连信

地下空间与工程学报. 2014, 10(6): 1237-1242.

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采用分级增量循环加卸载方式,利用SR-6型三联式三轴蠕变仪对陕西省泾阳县某边坡原状黄土进行了三组室内三轴固结排水蠕变试验,着重研究了黄土黏弹塑性的基本规律,以此建立了黏弹塑性九元件蠕变模型。结果表明:该地区原状黄土具有明显的流变特性,总体呈线性衰减蠕变;卸载后,土样产生衰减黏弹性回弹变形,回弹量随着卸荷量的减小,围压的增大,含水率的增大而减小;加卸载应力历史对黄土蠕变变形具有累积效应;该地区原状黄土的回弹变形不明显,黏弹性变形在蠕应变中所占比重较小;所建立的元件蠕变模型可以较好地描述该地区黄土的三轴线性蠕变特性,物理意义明确,且模型参数易得。

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湿压剪条件下黄土的结构屈服与强度特性

罗爱忠,邵生俊,陈昌禄,方娟

地下空间与工程学报. 2014, 10(6): 1243-1249.

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针对黄土的典型结构性特征,以常规三轴试验为手段,研究了黄土的结构性宏观力学反应及结构屈服与强度特性,研究结果表明:(1)在湿压剪应力作用下,土骨架被扰动、颗粒之间的联结被削弱,土稳定状态从亚稳定状态逐渐向稳定状态过渡,结构性降低;(2)在湿压减应力作用下,由于结构性黄土对水的特殊敏感性,结构性黄土的剪切屈服点向正常固结土的剪切屈服线移动,当这种增湿作用造成解结构性渐变演化过程完成时,结构性黄土的剪切屈服线与正常固结土的剪切屈服线重合;(3)对于结构性黄土而言,同一含水率条件时不同结构性参数p－q偏平面的临界状态线基本互相平行。(4)依据等结构性条件下黄土的结构屈服特性,建立了考虑结构性的摩尔库伦准则及黄土结构强度与应力比结构性参数之间的关系。

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岩体错动带抗剪强度参数的Beta概率分布

鲁燕儿,刘勇

地下空间与工程学报. 2014, 10(6): 1250-1256.

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分析了多个实际工程错动带抗剪强度参数的分布特点和Beta分布的优点,认为Beta分布可有效地拟合错动带黏聚力和摩擦系数的分布规律,探讨了Beta分布参数的确定方法。根据白鹤滩水电站31组错动带的黏聚力和摩擦系数,得到了两者的Beta分布概率密度函数,很好地解决了正态分布和对数正态分布数据负值和无限的问题,且具有良好的灵活性,可根据实际错动带抗剪强度参数的样本数据反映其右偏态、正态或左偏态。采用A-D法检验了错动带抗剪强度参数的Beta分布概率密度函数,通过偏转换法得到了转换后的A-D检验统计量,并与相应的临界值进行对比,结果表明白鹤滩水电站错动带抗剪强度参数服从Beta分布。

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考虑降解时变扩散系数污染物迁移模型解析解

徐江伟,余闯,方冬芳,蔡晓庆,刘俊峰

地下空间与工程学报. 2014, 10(6): 1257-1262.

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降解作用是污染物在介质中运移的主要控制进程之一。假设扩散系数为深度的线性函数,建立了污染物在多孔介质中的一维扩散模型,同时考虑降解作用的影响,针对零浓度的下边界条件,推求了模型的解析解。将常扩散系数模型解与相关文献进行了对比,说明了本文所提方法的正确性及可靠性。基于变系数计算模型,讨论了降解作用对污染物运移规律的影响,并分析了相关参数的敏感性。结果表明,扩散系数对计算结果存在较大影响,降解作用能够有效降低污染物的浓度,且降解越强,污染物浓度达到稳定状态需要的时间越短。

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考虑垃圾体成层性的渗滤液回灌运移规律

冯世进,焦阳,郑奇腾

地下空间与工程学报. 2014, 10(6): 1263-1269.

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渗滤液回灌不仅能处理渗滤液、节约费用和保护环境,而且加速了填埋场稳定化,增加了产气率。以上海某填埋场四期工程为计算模型,本文考虑垃圾土沉降导致的成层性,运用SEEP/W有限元软件模拟渗滤液喷洒回灌。垃圾土在自重作用下会产生较大的沉降变形,导致垃圾土的孔隙率随深度变化,残余含水量、饱和含水量及饱和渗透系数也随之变化。在数值模拟中,以VGM(van-Genuchten-Mualem)函数描述垃圾土渗透系数与基质吸力关系,以流量边界模拟填埋场顶部、底部的渗滤液回灌和导排,分析了回灌过程中渗滤液的饱和-非饱和渗流情况,进而探讨了垃圾土成层性、回灌强度和排水流量对渗滤液运移规律的影响。

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刚性桩复合地基的桩土应力比计算方法

缪林昌,王非,吕伟华

地下空间与工程学报. 2014, 10(6): 1270-1274.

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刚性桩的桩体刚度比较大,承担较大荷载后桩身变形较小,其桩土应力比远大于半刚性桩的桩土应力比。刚性桩复合地基设计仍沿用半刚性桩复合地基经验设计,导致刚性桩复合地基设计过于保守,问题的关键在于如何准确确定其桩土应力比。基于刚性桩荷载传递规律、桩-土-垫层变形协调条件,综合考虑了桩体的上下刺入变形、桩侧正负摩阻、桩长、桩径、土性等影响因素,推导得到了刚性桩复合地基桩土应力比简化公式,并与刚性桩复合地基室内模型试验和现场实测结果进行对比分析,该公式便于工程应用,更有利于刚性桩复合地基定量化设计和计算沉降。

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桩承式加筋路堤土拱及格栅受力模型试验研究

陈仁朋,汪焱卫,陈金苗,边学成,陈文华

地下空间与工程学报. 2014, 10(6): 1275-1280.

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介绍了桩承式加筋路堤足尺模型实验装置,该实验装置利用PVC材料水袋模拟桩间软土,从而在一定程度上能够控制桩土差异沉降。路堤填筑过程中测试了路堤内部土压力以及格栅拉力,并且重点分析了桩帽和桩间不同位置处土压力以及格栅拉力随填筑高度的变化规律。实验结果表明,路堤在填筑过程中发生了明显的土拱效应,路堤填筑完成后桩土应力比约为8.46,土拱高度约为1.125倍桩间净距;单向土工格栅能够进一步将桩间上方土压力传递到桩顶上方;随着路堤填筑高度的增加,格栅拉力增长并不大,路堤横向滑移引起的格栅拉力可以忽略不计。

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不同水灰比水泥固化黏土的强度特性试验研究

郑少辉,赖汉江,章荣军,郑俊杰

地下空间与工程学报. 2014, 10(6): 1281-1284.

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采用水泥固化流塑态黏土(SDF)作为围海垦地的填料,可有效解决环境污染和资源短缺问题,实现资源环境的可持续发展。目前,水泥固化黏土的基本强度特性还没有统一的定论。本文基于室内试验,测定了不同配合比条件下SDF无侧限抗压强度,分别研究了水泥剂量A_w和水灰比W/A_w参数对SDF强度特性的影响。试验结果表明:当A_w较低时,强度随A_w呈非线性增长,随着A_w的增加,其变化曲线逐渐向线性转变;不同类型土,其强度随A_w的变化曲线由非线性向线性转变的临界点不一致;W/A_w对不同类型SDF强度的影响程度不一致;归一化方法可部分消除黏土类型等因素变化引起的强度变异。

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福州滨海地区原状淤泥的力学特性试验研究

谢敏,黄明,吕义辉,杨陈坚

地下空间与工程学报. 2014, 10(6): 1285-1292.

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对福州可门港原状淤泥进行单向压缩和三轴固结不排水试验。试验得到了福州地区滨海淤泥在荷载作用下由弹性状态向塑性状态变化过程中其固结应力、孔隙水压力与轴向应变的关系以及应力路径曲线的特征。对试验结果进行分析可知,福州淤泥的固结屈服应力随着土层深度的增加而增加,但压缩模量与深度关系不大。通过三轴试验和三轴固结-回弹-再压缩试验得到福州软土修正剑桥模型的指标参数,为该地区滨海软土本构模型及参数的研究与应用提供参考。

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混凝土特性数值方法研究及CT试验

方建银,党发宁,王平,杨超

地下空间与工程学报. 2014, 10(6): 1293-1299.

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建立三维混凝土数值模型,确定了三维“数字混凝土”数值试验的加载方法及强度的计算方法,并从细观层面上分析了混凝土强度特性、受力破坏机理及裂纹演化规律。最后用混凝土CT试验验证了此法的合理性。得出可以用位移控制的数值试验的应力应变曲线的极值点作为数字混凝土的强度点;混凝土强度主要受界面和砂浆强度控制;不论是拉还是压荷载作用下,混凝土裂纹均从骨料尖角处相对较弱的界面开始萌生,然后微裂纹绕着骨料扩展、贯通,说明混凝土的静态裂纹追随结构的弱面发展;混凝土试样的强度取决于试样的破坏面积,破坏面积越大强度越高。

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砂卵石-砂土复合试样大三轴数值试验及验证

赵志涛,张子新,朱叶艇

地下空间与工程学报. 2014, 10(6): 1300-1206.

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基于北京地下直径线典型砂卵石地层试样的大型三轴排水试验结果,利用通用有限元软件ABAQUS采用Mohr-Coulomb本构模型对复合土样三轴试验的破坏过程进行了数值模拟,基本上再现了土样三轴试验的偏应力-应变关系,说明数值计算能够有效地模拟土样的三轴试验。在此基础上,通过不同砂层厚度试样的数值试验,探究了砂层对复合试样强度和破坏规律的影响。计算结果表明:试验围压,试样中砂土的位置及厚度对于砂卵石-砂土试样的强度及破坏模式有显著的影响。

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尾矿砂塑性混凝土渗透性能的试验研究

黄杰,孟晋,史建军,陈四利,宁宝宽

地下空间与工程学报. 2014, 10(6): 1307-1311.

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以采矿产生的固体废弃物——尾矿砂的综合利用为研究背景,配制了以膨润土、不同尾矿砂砂率、不同水泥掺量为原料的塑性混凝土,并对尾矿砂塑性混凝土试件进行了冻融循环试验和渗透性能试验,研究了砂率、水泥掺量以及冻融循环次数对尾矿砂塑性混凝土渗透性能的影响,并得到了相对渗透系数随砂率、水泥掺量以及冻融循环次数的变化规律。研究结果表明,无论哪种水泥掺量,相对渗透系数均随着砂率的增加,呈现出U型的变化规律,U底的位置大约在砂率50%左右;随着水泥掺量的增加相对渗透系数逐步增大,其抗渗性能越来越好;随着冻融循环次数的增加,尾矿砂塑性混凝土的表面破损越来越严重,相对渗透系数逐步增大,其抗渗性能逐步降低。

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重金属锌污染淤泥质粉质粘土物理特性试验研究

储亚,刘松玉,蔡国军,边汉亮,耿功巧

地下空间与工程学报. 2014, 10(6): 1312-1316.

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重金属污染在我国已受到普遍关注,而对重金属污染土的物理特性的研究还处于起步阶段。采用南京地区特有的粉质粘土、长江漫滩相淤泥质粉质粘土,进行相关的重金属锌污染后的物理特性研究。通过室内添加硝酸锌溶液配制3种不同浓度的重金属锌污染土,并进行土壤污染前后粒度成分、液塑限、活动度、土粒比重以及pH值等试验的测试分析,研究比较了粉质粘土污染前后随着重金属锌的浓度不同其相关物理性质的变化规律。试验表明,随着Zn浓度的增加,土粒比重,液塑限,粉粒含量和pH值减小,而粘粒含量和塑性指数呈增大趋势。其土体的活动度也随着Zn浓度的增加在不断的降低,并且降低趋势逐渐减缓。

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有机氯农药污染土强度特性及微观机理分析研究

边汉亮,蔡国军,刘松玉,耿功巧

地下空间与工程学报. 2014, 10(6): 1317-1323.

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土体受到有机氯农药污染后,其工程性质会发生改变,农药成分也会给周围环境带来严重危害,尤其是持久性有机污染成分的危害更大。国内外对农药污染土体的研究主要关注场地修复技术,对其工程特性评价的研究鲜有报道。本文通过室内配制不同浓度的有机氯农药污染土样,在养护龄期为1 d、7 d、28 d、56 d、90 d时,分别进行了无侧限抗压强度试验、渗透试验、扫描电镜试验(SEM),分析了污染土体抗压强度、渗透系数、微观结构的变化规律,并采用微观解释宏观规律。试验结果表明,有机氯农药污染后的土体强度随农药浓度的增加而减小,随龄期增长呈先增大后减小的趋势,56 d龄期时的抗压强度最大;渗透系数随农药浓度的增大而减小,随龄期的增加而增大;土体微观结构表现为随农药浓度增大絮状结构增多,从而很好地解释了宏观力学特性变化规律。

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软土盾构隧道近接施工应力迁移规律研究

张晓清,张孟喜,李磊,王有成

地下空间与工程学报. 2014, 10(6): 1324-1329.

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在多线叠交隧道空间布置形式下,盾构近距离穿越既有隧道施工对既有隧道的影响主要通过扰动周边的土体,使其应力发生改变,进而影响既有隧道的应力状态。针对外力作用下衬砌和土体两种不同介质进行耦合作用时应力的快速迁移现象,构建了考虑土体流变特性的盾构近接施工应力迁移模型,推导出新建隧道以任一穿越角度施工时,既有隧道和扰动土体在时间域内的应力迁移解析式,并讨论了取值参数的敏感性程度。分析结果可为今后类似多线叠交隧道工程的设计和施工提供理论指导。

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土工格栅加筋土地基载荷试验的数值模拟

徐超,沈盼盼,胡荣

地下空间与工程学报. 2014, 10(6): 1330-1336.

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采用FALC^3D对土工格栅加筋土地基载荷试验进行了进一步的数值模拟分析。根据计算结果,针对原型试验中难以量测的试坑变形及筋土界面摩阻力分布特征进行了讨论。利用数值模拟技术的优势,求解加筋地基的应变场,研究了加筋地基的破坏模式。结果表明:在竖向荷载作用下,试坑会发生侧向位移,通过加筋能有效减小试坑的侧向位移;筋土界面摩阻力的分布与筋土之间的相对位移直接相关;加筋地基的破坏机构因筋材的存在而发生改变,“深基础”效应以及“扩散层”效应都是加筋地基的增强机理,但地基的破坏模式随筋材的布置形式改变而有所不同。

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水泥土垫层下CFG桩复合地基的桩土应力比研究

赖天文,周启运,杨景

地下空间与工程学报. 2014, 10(6): 1337-1341.

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CFG桩复合地基水泥土垫层对桩土应力比的调节作用不同于砂石垫层的,有其独特的特点。以新建兰(州)新(疆)铁路第二双线DK821+600~DK821+900软弱盐渍土地基加固试验段作为依托工程,通过对试验段的1 m厚水泥土垫层下CFG桩复合地基的桩顶、桩间土不同部位的应力测试得出:在同级荷载下,桩顶不同区域的应力值,以桩中心区域最大,其次是桩边缘区域,再是二者之间的区域;桩间土上应力,离桩间土中心越近,应力越大;在各级荷载下,桩顶上的应力要明显大于桩间土上的应力;随着荷载的增大,桩土应力比逐渐减小。表明随着荷载的增大,荷载有向桩间土转移的趋势,桩土共同承担荷载的特征越来越明显。

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滑面驱动下坡积体渐进变形及其启动数值解析

韩利彪,周成,何宁,何建村,吴艳

地下空间与工程学报. 2014, 10(6): 1342-1347.

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考虑地下水和坡积体-稳定坡体接触面附近土体的应变软化,在Bingham模型的基础上研究滑动接触面对坡积体渐进变形及滑坡启动运动规律的影响,得到了坡积体渐进变形和滑坡启动的解析解。结果表明:坡积体存在着随深度呈幂函数形式分布的变形场或速度场,且在接触面附近剪切速率最大;当接触面附近土体渐进变形达到阈值时,应变软化导致力学参数降低,发生渐进破坏,坡积体由渐进变形过渡到滑坡启动阶段。将模型计算值与某滑坡实测位移值比较,得到较好的模拟结果。

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地下水曝气修复一维土柱试验集总参数分析

刘志彬,刘松玉,杜延军,陈志龙,方伟

地下空间与工程学报. 2014, 10(6): 1348-1352.

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目前挥发与半挥发性有机物(VOCs/SVOCs)地下水曝气修复机理描述主要包括集总参数模型和多相流模型两类,但这些模型相对复杂,不适于实用化设计与评价。基于曝气过程气液两相间污染物传质双区理论和试验条件,对已有一维集总参数模型进行简化,得到一个以液相表示的集总参数方程。然后通过不同粒径饱和砂土中甲基叔丁基醚(MTBE, methyl tert-butyl ether)地下水曝气修复一维土柱试验,确定了不同曝气流量条件下的液相集总参数。试验结果表明,液相集总参数与砂土的性质及曝气流量密切相关。最后,利用获得的集总参数对不同深度处曝气修复过程污染物浓度变化进行了预测。结果表明,简化处理后的模型可以预测及评价高进气流量条件下地下水曝气修复过程及效果,具有一定实用性。

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富水板岩隧道围岩力学参数劣化时效性研究

左清军,吴立,卞宜松,罗涛,谈云志

地下空间与工程学报. 2014, 10(6): 1353-1360.

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针对板岩内部特殊的构造及其遇水软化的特点,以沪昆客运专线长昆湖南段CKTJ-IX标段姚家隧道DK384+080附近的板岩岩样为研究对象,进行吸水性和不同吸水率条件下的三轴压缩试验,研究水岩作用下板岩力学参数的劣化规律,构建板岩三轴压缩强度、弹性模量和泊松比与吸水率之间函数关系,考虑时效性,建立板岩力学参数和吸水时间的关系,并提出以劣化损伤速率来表征水岩作用的时间相依性的观点。结果表明:随着吸水率的增加,三轴压缩强度呈线性函数降低,弹性模量呈负对数降低,泊松比的规律性不明显,只能近似用三次函数关系式来模拟;板岩吸水率和力学参数与水岩作用时间之间具有高度相关性,吸水率和与水岩作用时间之间呈负指数函数关系,力学参数在水岩作用下表现出不同程度的劣化;对板岩力学参数随水岩作用时间变化的函数求导获取劣化损伤速率,以此说明相应时间区域板岩力学参数劣化的时间效应。

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基于经验模态分解的应力松弛曲线波动性分析

汪明武,徐新宇,李健,朱其坤

地下空间与工程学报. 2014, 10(6): 1361-1366.

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应力松弛试验是研究土体时间效应特性的重要手段,但其受土体本身的复杂性、试验周期长和外界因素的影响及测量系统的限制,获得的结果常具有复杂性和波动性。为深入分析应力松弛试验结果与提高分析结论的可靠性,本文应用经验模态分解理论,分析了非饱和石灰改良膨胀土应力松弛试验的实测时间序列,以探求松弛曲线波动性产生的主因。研究得出应力松弛曲线波动性以中长期波动为主,特征时间尺度为1天的特征模态函数分量的波动贡献率达17.4%,结合实测温差和偏应力数据分析得出昼夜温差是引起实例松弛曲线波动的主要因素,试验采样间隔对曲线波动性也存在一定影响。研究结果为应力松弛试验的数据后续处理和试验方法的改进提供了重要依据。

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对反应位移法中几个关键问题的探讨

王国波,王敏,覃程,高飞

地下空间与工程学报. 2014, 10(6): 1367-1371.

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反应位移法是地下结构抗震分析最常用方法之一。本文拟通过具体算例分析,探讨了目前反应位移法在实际应用中的几个简化假设,具体包括土弹簧刚度的不同确定方法、分层土体与等效单层土体的位移模式、线性与非线性时土体位移模式等。计算分析表明:(1)不同方法确定的土弹簧刚度值相差巨大,由此导致结构地震响应差别显著;(2)分层与单层土以及线形土体与非线性土体的土体位移模式相差明显,即周围土体对地下结构的地震作用差别明显,因而地下结构地震响应差异明显。由此可见在实际应用反应位移法时,应严格按照实际分层土体,得到土体的非线性地震响应,而应避免采用一些简化等效处理方法。本文研究成果可为进一步完善反应位移提供参考。

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浅埋暗挖隧道开挖方式对地层扰动优化分析

郑毅,张子新

地下空间与工程学报. 2014, 10(6): 1372-1379.

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浅埋暗挖进洞区段开挖引起的地层扰动是整个隧道工程安全施工的关键之一。本文以深圳市东部过境高速公路接线工程为背景,通过对五种不同开挖方式下地表位移、洞周位移、开挖面稳定、塑性区分布、衬砌最大主应力分布的三维数值分析,评估了各种开挖方式对地层扰动的控制效果,并论述了单侧壁导洞法和CD法开挖的合理最佳未支护间距范围。研究表明:强风化~全风化围岩地层中,浅埋暗挖必须采用设置中隔墙的分步开挖方式,未支护间距在0.25D~0.5D时,单侧壁导洞法可有效代替CD法以简化施工。

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围岩蠕变对隧道下穿建筑物施工变形的影响

吕志涛,张生,邓怡虎,靳晓光

地下空间与工程学报. 2014, 10(6): 1380-1386.

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为研究考虑岩体蠕变时隧道下穿建筑物施工引起围岩和建筑物的变形规律及特点,结合同茂隧道下穿地表复杂建筑群的工程实践,以隧道下穿6号楼为例,分别进行了围岩弹塑性和考虑其蠕变的粘弹塑性数值模拟研究。对比分析两种计算结果发现,岩体蠕变显著增大了建筑物桩基础的沉降和水平位移,并改变了桩基础的沉降曲线形态和水平位移规律,进而改变了桩基础连梁的受力特征。此外,岩体蠕变扩大了上覆建筑物荷载对隧道的影响范围,改变了桩基础周围岩体塑性区的分布。

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隧道与斜井交叉段用钢纤维砼支护受力研究

阚呈,张志强,郭艳华,黄皓,梁桥欣

地下空间与工程学报. 2014, 10(6): 1387-1393.

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空间交叉结构受力复杂性及其支护结构适应性是近年来长大公路隧道亟待解决的关键技术问题。采用喷射钢纤维混土做永久衬砌以替代复合式衬砌,可满足交叉结构承受弯曲应力作用下强度要求,同时从根本上解决了支护结构的施工性问题。从钢纤维混凝土(SFRC)抗拉韧性性能研究入手,通过四点弯曲试验,获得了钢纤维混凝土的裂缝宽度w与裂缝高度关系以及钢纤维混凝土开裂后拉应力随裂缝宽度增加而降低的拉伸软化曲线。在有限元计算中,引入应变软化模量以及剪切滞后因子两个特征参数,对云山隧道与斜井(3#)钢纤维混凝土交叉支护结构进行三维有限元数值模拟,探明了钢纤维混凝土支护隧道交叉连接段局部范围内位移变形、裂缝分布、接触应力等演化的施工力学行为,研究结果可为采用钢纤维混凝土做永久结构设计、施工以及合理支护参数选择提供有益参考。

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公路新建和扩建全过程力学响应数值分析

杨涛,何德胜,史苏清,李磊

地下空间与工程学报. 2014, 10(6): 1394-1399.

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考虑公路扩建工程中新、老路修建历史的差异,建立了软土地区公路新建和扩建全过程力学响应分析的平面非线性有限元模型。对新、老路软基未加固和搅拌桩加固的4种地基加固方式下新、老路面对差异沉降的力学响应进行了数值模拟分析。计算结果表明,拓宽前老路基顶面沉降呈“盆形”分布。新路基荷载下老路中心处发生回弹。老路软基搅拌桩加固时老路基顶面沉降由“盆形”分布逐渐发展为“倒钟形”分布。新、老路软基均未加固时面层顶部的最大水平拉应力最大,新、老路软基均搅拌桩加固时面层顶部的最大水平拉应力最小。老路软基搅拌桩加固时新路面层顶部受拉,其余3种地基加固方式下新路面层顶部受压。

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顺层岩质边坡预支护开挖及锚索优化设计研究

王智德,夏元友,周雄,夏国邦,杨金华

地下空间与工程学报. 2014, 10(6): 1400-1407.

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针对顺层岩质边坡开挖可能失稳或者不确定其稳定性时,提出预留开挖区内先进行预支护,再进行逐层开挖的方法,在此基础上,进一步研究岩层走向与坡面走向不同夹角下锚索预支护的最佳水平角,建立考虑走向夹角的支护计算模型,推导得到相应的关系式。利用数值计算对比边坡开挖方法对边坡的整体稳定性以及锚索的加固效果,结果表明:此开挖方法结合考虑锚索最佳方向角的支护能够更有效地限制边坡的应力与变形,对提高边坡的稳定性有一定的贡献。方法是可行的,在实际边坡加固设计及工程施工能提供相应的参考。

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加筋土挡墙在露天矿排土场的应用研究

王宁,万保华,杜学领

地下空间与工程学报. 2014, 10(6): 1408-1414.

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通过对加筋土挡墙模型和露天矿排土场边坡工程实践进行分析,探索加筋土挡墙在露天矿排土场边坡应用的可能性。依据规范初步计算了加筋土挡墙的理论加筋方案,进而采用数值模拟和模型试验相结合的方法,对加筋方案进行优化。通过比较不同加筋布置方案对挡墙性能的影响,探讨了加筋土挡墙模型的工作特性。模型试验结果表明,本模型加筋布置宜遵循“上部稀、长,下部密、短”和“中间长,两边短”的原则。筋带拉伸和回填砂土密实度会影响筋带和填土的相互作用,对试验结果有极大地影响。依据模型试验结果,对比分析了不同加筋方案对露天矿排土场边坡的加固效果。结果表明,在充分加筋的条件下,水平加筋较垂直坡表加筋可更大程度的提高边坡稳定性,基于极限平衡方法,当所有筋带全部穿越潜在滑面后,潜在滑面的稳定系数将不再提高。通过研究,可为排土场边坡综合治理措施的制定提供依据。

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多排现浇薄壁管桩(PCC桩)屏障隔振性能研究

张富有,惠子华,张松,魏良甲

地下空间与工程学报. 2014, 10(6): 1415-1419.

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首次提出将多排现浇薄壁管桩用于屏障隔振。现浇薄壁管桩(简称PCC桩)是一种新型的地基处理技术,目前对于其作为非连续屏障隔振的研究还是空白。本文采用三维有限元方法,研究了屏障排数对PCC隔振性能的影响。结果显示,多排PCC桩作为整体隔振屏障系统是有效的。随着桩排数的增加,屏蔽区的振幅会显著减小,但对屏蔽区的面积影响不大。此外排数的增加,屏蔽区外会出现一个振幅放大区域;排数越多,放大区的范围越大。取三排桩屏障时,整体隔振效果较好。和同直径的实心桩相比,PCC桩能达到相同的隔振效果,并且很经济。

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脱硫石膏-灰渣固废料参数确定及其筑坝分析

刘伟,周成,何宁,何建村,吴艳

地下空间与工程学报. 2014, 10(6): 1420-1425.

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火电厂产生的大量脱硫石膏是一种固废弃物,目前仍以筑坝储存为主,但由于石膏的复杂力学和变形特性及其研究的匮乏性,使其筑坝技术远不如粉煤灰筑坝成熟,其固废利用价值也远不如粉煤灰。另外,其排水三轴试验费力费时,还伴随一定的淋滤损失。为此,本文以短平快的侧限压缩试验和三轴不排水试验获取其强度和变形参数,分别用修正剑桥模型、摩尔-库伦模型和邓肯-张模型对脱硫石膏筑坝开展分析研究。数值计算结果表明,该固废料用于筑坝以及本文用侧限压缩试验和三轴不排水试验整理模型参数的可行性。

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膨胀土胀缩机理及其在控制隧道沉降中的应用

王清标,张聪,温小康,施振跃,吕荣山

地下空间与工程学报. 2014, 10(6): 1426-1432.

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因黄土的膨胀特性导致的隧道地表沉降和变形坍塌事故屡见不鲜。为探究浅埋段膨胀土隧道地表沉降和变形控制技术,结合在建太兴铁路TXXS-2小河沟段膨胀土隧道施工,采用现场监测、理论分析和现场试验研究相结合的方法,对膨胀土的特性、胀缩机理及其影响因素进行研究,结合监控量测数据结果,提出地表沉降控制技术。通过对膨胀土微结构特征进行研究,引用了膨胀土的判别函数式,对膨胀土的膨胀潜势进行了分类,根据膨胀潜势情况指导施工;研究了膨胀土强度特性,建立了强度与含水量、干密度、饱和度的关系,并对有效蒙脱石含量对强度的影响进行研究,理论上分析了晶体胀缩的根本机理;根据对膨胀土胀缩特性进行研究,分析了隧道的膨胀潜势等级和隧道特殊地质特征,通过现场土工试验,确定了小河沟隧道胀缩影响因素及其曲线关系;通过对现场施工进行监控量测,结合关系曲线和现场情况,提出了控制地表沉降的处治措施,指导现场工程施工。

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车载下地基差异沉降对地铁隧道结构的影响分析

姜洲,高广运,戴海峰,刘欢

地下空间与工程学报. 2014, 10(6): 1433-1439.

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当地铁隧道地基存在差异沉降时,轨面在车载作用下会产生相应的不平顺,进而影响乘车的舒适度和行车的安全性。将地基视为弹性半空间,采用余弦函数模拟地基差异沉降槽,基于既有二系悬挂的车辆模型,建立车-轨-隧道-地基耦合模型,分析不同车速、差异沉降值、轨道-地基条件的组合情况下,钢轨支撑反力和隧道下卧土体竖向位移的变化规律。结果表明:随沉降槽深及车速的增加,轨下支撑反力及隧道下卧土体的变形显著增加,且随车速及轨下支撑刚度增大,沉降槽的影响也愈加明显;隧道结构及下卧土体变形随土质条件变化趋势受沉降槽深的影响较小。

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滨江超大超深基坑施工风险分析与控制

吕超,彭建,彭芳乐

地下空间与工程学报. 2014, 10(6): 1440-1448.

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在地下空间开发利用的推动下,基坑工程凸显出超大规模、超深开挖的特点。本文结合国际风险评判标准,采用风险管理中故障树和综合模糊评判法等思想,对质量安全风险要素进行评估,得到滨江超大超深基坑施工风险清单。并采用WBS(Work Breakdown Structure:工程分解结构)和RBS(Risk Breakdown Structure:风险分解结构)方法,对上海国际航运服务中心(西块)工程滨江超大超深基坑施工过程中的控制要点进行识别。然后建立了滨江超大超深基坑施工控制的技术体系。最后总结基坑施工控制技术控制体系建立的效果,并对滨江超大超深基坑施工控制效果进行评价。本文旨在对同类型基坑施工在风险分析与控制方面起一定参考作用。

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盐岩储气库寿命预测的马尔可夫模型研究

宋恩武,贾超,李朋,张国荣

地下空间与工程学报. 2014, 10(6): 1449-1454.

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盐岩地下储气库因其良好的使用功能,愈发被世界各国所采用,因此,对盐岩储气库运营期的风险分析与寿命预测具有重要的理论意义和工程应用价值。客观存在的诸多不确定性因素导致很难采用确定性方法对其进行研究。马尔可夫概率预测模型能够以概率的形式反映出系统的不确定性,因而计算结果更为客观、可靠。将马尔可夫理论引入到盐岩地下储气库风险分析与寿命预测中,以国内某盐岩地下储气库为例,建立其马尔可夫模型,基于随机力学的方法,通过数值模拟计算及可靠性分析得出了储气库运行状态转移概率矩阵;利用转移概率矩阵,并根据马尔可夫模型中的吸收状态和平均吸收时间的概念对储气库进行寿命预测,取得了较好的预测效果。

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基于位移监测数据确定潜在滑坡的滑面形态

马明,王俊,李伟,周杰,丁鑫品

地下空间与工程学报. 2014, 10(6): 1455-1461.

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考虑基于地表GPS监测和地下滑动式测斜仪监测联合监测所得变形数据结果确定边坡中滑面形态。采用地下位移监测结果确定滑坡破坏模式,并确定相应地表监测孔位置的滑带深度;采用地表GPS监测结果结合边坡后缘的拉张裂缝、前缘剪出口位置来定滑面的走向及形态,并对该方法进行了数值模拟验证。综合以上结果,可确定滑面的位置及形态,为更加准确地分析边坡的稳定性提供了基础依据。本文以阴湾排土场西帮边坡为例,根据地表、地下位移监测数据,确定了潜在滑面位置并进行了数值模拟分析,并将数值分析结果与现场实际情况进行了对比,验证了确定滑面的准确、合理性。

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基于植被根系分形维数的生态边坡位移场研究

嵇晓雷,杨平

地下空间与工程学报. 2014, 10(6): 1462-1468.

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植物根系与土的相互关系非常复杂,本文将根土复合体当作由土体、根系所联系起来的有机体,提出基于根系形态特征的固土机理数值分析方法,研究在雨水侵蚀力和坡面径流侵蚀力作用下,不同根系形态对土体位移场的影响。同时根据根系形态特征,研发了计算不同植物根系分形维数的分形软件Fractal 1.0,利用该软件能计算不同植物根系分形维数。选择常见护坡植物夹竹桃(Nenium indicum)作为研究对象,依据数值模拟中根系模型与实测根系形态分形维数的关系,研究了植物根系分形维数与边坡土体位移场的关系,给出了分形维数与边坡位移量的定量关系。随着分形维数的增大,根系生长活性增大,根系分枝数量和分枝长度逐渐增大,植入边坡土体后,边坡表层位移量能够有效减小,因此植物根系分形维数大小能够反映根系对边坡土体位移场的影响。

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井工开采对露井协采边坡的偏态扰动规律研究

李伟,马明,刘玉凤

地下空间与工程学报. 2014, 10(6): 1469-1475.

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结合平朔矿区露井协采工程实践,利用数值模拟方法分析平面条件下井采方向对露井协采边坡变形破坏的影响。研究表明:相对于向坡开采,背坡开采对露井协采边坡岩体扰动更加明显。通过物理相似模拟研究了露井协采覆岩破断过程,基于“岩梁”理论建立力学模型,分析了井采工作面覆岩破断机制和覆岩垮落的偏态性,进而从理论上解释了露井协采边坡受井采扰动的偏态性,并对偏态跨落特性进行了现场应用分析。在露井协采生产实践中,建议井采工作面采用向坡的方向推进,从而降低井工开采对边坡稳定的不利影响,提高煤炭资源回收率。

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