地下空间与工程学报

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高琦,白云

地下空间与工程学报. 2015, 11(5): 1089-1093.

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城市发展正面临着城市空间资源紧缺和城市生态环境恶化等城市问题,城市立体化理论的提出对于缓解和解决此类城市问题有着重要的作用。本文在介绍城市立体化的发展历程及优势、提出城市立体化战略实施的必要性及其目标定位的同时,重点论述了城市立体化战略的主要内容:构建城市立体式的交通系统;构建城市立体式生态景观;推动城市综合体建设;城市地下空间的开发利用;构建城市立体式节点。最后尝试性地提出以城市立体化发展的立法探索和生态化设计方法的应用为主要内容的城市立体化构建的相关因素。

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基于情景分析法的地下空间规模预测

冯艳君,曹轶

地下空间与工程学报. 2015, 11(5): 1094-1103.

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为应对地下空间建设的不确定性,首次将规模预测中引入情景分析法,主要包括6个步骤:明确决策焦点、分析现状特征及发展趋势、识别关键因素、构建发展情景、评价情景方案以及确定情景并制定调整机制,其中,结合地下空间规模预测方法的情景方案构建是核心。以中山市中心城区地下空间规划为例,在明确规划目标与重点和对现状特征与发展趋势认识的基础上,提出影响地下空间建设的关键因素主要包括经济社会发展水平、政策法规水平以及大型基础设施建设水平,结合案例分析法、功能分类法提出高、中、低三个发展情景的规模,最终通过对关键因素的趋势分析,确定中等水平的发展情景为规模预测值,并提出其他情景方案关键因素的相关参数作为检讨指标,制定近期建设规划作为滚动的调整机制。

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城市地下空间导识系统的视觉代码研究

郑雅慧,贾文刚,许丽

地下空间与工程学报. 2015, 11(5): 1104-1110.

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城市地下空间开发利用已越来越受到社会的重视,在结构复杂的地下空间中,定位定向困难问题成了急需解决的主要问题。以地下空间导识系统为研究对象,针对传统的导识系统形式研究的局限性,提出应用视觉代码设计的概念,通过个案研究法研究视觉代码设计对结构复杂的地下空间导识系统的完善和补充,结果表明:通过文字代码、图形代码、色彩代码、造型代码的设置,可以完善地下空间导识系统的完整性和科学性。通过对视觉代码设计的使用,可以促进地下空间的活跃,帮助使用者迅速识别,极大地提高了地下空间的效率。

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砂岩单轴压缩微震响应小波包能谱特征

雷文杰,王洪栋

地下空间与工程学报. 2015, 11(5): 1111-1115.

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选取砂岩岩样,通过装有ESG微震监测系统的MTS液压伺服试验机进行单轴压缩实验,分析在加载模式下的岩石强度及变形破坏特征。运用小波包能量谱理论,提取了突变信号的频带能量和事件数,获得了砂岩单轴压缩条件下的应力应变曲线以及应力应变过程曲线中4个阶段的微震响应特征。在初始压密和弹性阶段,没有微震信号、频带归一化能量为零、事件数为零;在应力屈服阶段,微震信号多、频带归一化能量大、有大量事件数产生;在破坏阶段,微震信号丰富、频带归一化能量达到峰值后降低、事件数减少。砂岩破裂微震信号频率响应主要集中在375~625 Hz。由于岩石每个变形阶段具有不同的微震响应特征,因此,可用微震动态响应小波包能谱特征来表征岩石的微观损伤演化和预测现场工程岩体的宏观断裂失稳过程。

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基于能量耗散和声发射的岩石损伤本构模型

董春亮,赵光明

地下空间与工程学报. 2015, 11(5): 1116-1122.

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为了更好地研究单向受载下岩石的本构关系和损伤演化规律,利用泥岩的单向压缩和声发射试验,分析了岩石的变形特点、能量转化和声发射特征,在此基础上,分别建立考虑能量耗散和声发射的损伤演化方程,提出初始损伤和临界损伤的定义,构建了能够反映岩石压密过程和残余强度阶段的损伤本构模型,并通过单向压缩试验结果对比分析了两种损伤演化规律及理论损伤本构关系。研究结果表明,两种损伤演化规律基本一致,都经历损伤缓慢增加、加速增加和残余损伤3个阶段;材料参数分别影响应力强化、软化和整体应力-应变曲线;两种理论损伤本构关系均较好地反映了岩石的单向受载变形特征,从而证明了所建损伤本构模型符合实际。

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基于中主应力的岩石统计损伤软化模型参数研究

林欢,刘杰

地下空间与工程学报. 2015, 11(5): 1123-1128.

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岩石本构关系问题一直是岩石力学研究的重点问题,基于损伤力学理论,假设岩石的损伤变量分别服从幂函数分布与正态分布,建立考虑中主应力影响的模型,总结参数规律。通过两种分布函数所建立的岩石统计损伤软化本构模型与试验结果对比,以及分析损伤变量D的数值变化探讨模型适用性,研究表明:建立的模型曲线均能够较为理想地与实验曲线吻合,与岩石材料的力学性质基本吻合。而正态分布函数模型较幂函数分布模型的损伤变量D演化趋势更为合理。

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嵌岩桩基岩溶洞钻探数据概率分析与应用

彭功勋,刘元雪

地下空间与工程学报. 2015, 11(5): 1129-1136.

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为探索岩溶区嵌岩桩钻探勘察的方案优化以及钻探数据的合理使用,笔者创造性地提出了背景概率、技术概率和发现概率的概念及其相互关系,建立了一桩一孔和一桩两孔钻探的情况下溶洞技术概率的物理模型,推导了相应的计算方程。通过计算发现,溶洞的技术概率与洞径大小之间存在近似双曲线的关系;一桩两孔时溶洞的技术概率相对于一桩一孔的增加倍数随洞径增大而减小,但大溶洞的漏探概率显著降低;同时,两钻孔相对距离增大有利于大型溶洞的发现。基于研究提出在勘察得到溶洞的发现概率后,还应通过技术概率分析得到场地的背景概率,进而为设计和建设方决策提供准确可靠的依据。

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煤岩全应力应变过程体应变对渗透率的影响

郭擎,鲜学福,周军平

地下空间与工程学报. 2015, 11(5): 1137-1143.

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利用自制 WSD-800电液伺服试验装置,将取自南桐东林煤矿6#煤层的煤加工成成型煤样作为研究对象,分别通入He、N₂、CH₄、CO₂气体研究了其全应力-应变过程中的变形特性、有效应力、体应变与渗透率关系。结果表明:(1)型煤样在整个全应力-应变过程中,渗透率与体应变变化关系密切。渗透率先随体应变的增加而降低,到达应变屈服点时渗透率最低,然后随体应变减少而增大。(2)通入的气体不同时,型煤样在全应力-应变过程中体应变随轴向应变变化的变化梯度不同;其梯度的变化与变形的泊松比有关。(3)不同气体条件下的型煤样的渗透率与体应变呈负指数关系。研究成果可为研究煤矿地下开采煤岩体的变形和高效抽采瓦斯提供参考。

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深厚软土地基群桩沉降计算深度现场试验研究

陈福江,马建林,朱林,乐大维

地下空间与工程学报. 2015, 11(5): 1144-1151.

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选取京沪高速铁路3处桥梁群桩深厚软土地基为试验点,采用单点沉降计和液位沉降计联合观测,并通过远程自动监测系统对监测数据进行实时自动采集和传输,对深厚软土地基群桩的沉降计算深度进行现场测试。现场实测表明,对于粉砂类持力层、粉质黏土持力层和黏土类持力层,计算沉降深度分别约为桩基外缘轮廓短边长度的1.2倍、1.5倍和2.1倍。测试结果和规范法计算结果对比分析表明,在10%应力比的情况下,应力比法计算得出的计算沉降深度与实测值较接近,其平均值比实测值高约15%;在20%应力比的情况下,应力比法计算得出的计算沉降深度较实测值偏小,平均值比实测值低27%; 由变形比法计算得到的计算沉降深度通常偏大,平均值比实测值大77%。

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考虑破坏模式的水泥土桩承载力计算与研究

王蕊

地下空间与工程学报. 2015, 11(5): 1152-1158.

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根据现场试验桩体破坏模型,通过简化得到假定的滑动面,借助该滑动面上桩体和桩周土的极限平衡条件,推导出水泥土单桩极限承载力公式。以济南市绕城高速公路工程为例,用本文推导水泥土单桩承载力公式与传统承载力公式的计算结果与现场试验结果进行比较,研究结果表明:本文承载力公式考虑了桩的现场破坏模式、桩土的受力分析、桩周土对桩承载力提高作用等影响,经工程实例验证,其结果比较相符,具有一定实际意义。并通过计算分析可得:从单桩承载力角度上考虑水泥土桩存在有效桩长,水泥土桩承载力的关键在于浅层桩身强度。研究结论可为类似工程的设计施工提供借鉴。

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高边坡多级锚杆框架上坡体压力模型试验

曹兴松,肖世国,何洪,刘世雄

地下空间与工程学报. 2015, 11(5): 1159-1163.

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多级框架锚杆是加固高边坡的一种常用工程结构,合理确定其在边坡分级开挖过程中所承受的坡体压力荷载是设计计算的关键环节之一。依托遂资高速公路一路堑高边坡多级框架锚杆加固工程,采用室内模型试验方法,模拟了边坡分级开挖施工过程,获得了各级锚杆框架梁上的坡体压力分布规律和变化特征,以及下面坡级开挖对上面坡级的锚杆框架梁上坡体压力的影响特征。结果表明,各级坡框架梁上坡体压力整体均具有中间大两端小的特点,在下面的1—2级坡体开挖完成后的工况是各级框架梁受力的最不利工况,在工程设计中应主要以这些工况作为各级框架梁的控制设计的工况。

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深埋公路隧道围岩大变形预测研究

王开洋,尚彦军,何万通,郭静芸,王奕辰

地下空间与工程学报. 2015, 11(5): 1164-1174.

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随着我国西部大开发基础设施的大规模兴建,越来越多的深埋公路、铁路隧道和水电、矿山地下坑道将要或正在高地应力环境条件下进行修建,围岩大变形的预测与防治已成为地下工程关键技术问题之一。本文以某公路隧道的围岩大变形预测研究为例,通过对隧道围岩中软岩的物理和化学成分测试,岩石为非膨胀岩,预测其将发生挤出型变形;结合场区的地应力实测资料,通过三维数值模拟的方法,求解出隧道沿线最大主应力分布情况。对详细地质勘察中采集的岩芯进行单轴和三轴物理力学实验,得到围岩的抗压强度;应用强度应力比临界值法和数值模拟技术,综合分析和预测可能发生的隧道开挖大变形部位和变形破坏模式,进而制定科学合理的隧道开挖支护方案。

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砂土地层中隧道失稳机理验证

朱金才,卢珂,杨进超,佘潇

地下空间与工程学报. 2015, 11(5): 1175-1179.

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不同条件下,隧道围岩发生破坏的机理不尽相同,有劈裂破坏、剪切破坏和重力坍塌等。根据围岩稳定性分析需要,采用理论分析和模型实验相结合的方法,验证了砂土地层中隧道失稳的机理。采用Mohr—Coulomb弹塑性本构模型,计算隧道围岩发生破坏的起始部位、破坏面的开裂方向和形状。通过隧道开挖模型实验,得到砂土地层中隧道失稳时的表观特征,验证了理论分析结果。研究结果表明,砂土地层中隧道失稳的力学破坏形式是压应力集中导致的劈裂与剪切滑移,采用Mohr—Coulomb模型来计算砂土地层中隧道围岩破坏面的特征是合理的,计算的破坏区域可以用于指导隧道支护设计。

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黏性土主动土压力计算方法研究

陈庆,刘小丽,曹勉励

地下空间与工程学报. 2015, 11(5): 1180-1184.

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以朗肯土压力理论为基础,通过各种假设条件及理论推导,得到了两种黏性土主动土压力修正公式。与实测土压力值比较分析得出:计算方法一的结果小于朗肯土压力值,同时又大于实测值,在保证工程安全的前提下提高了经济性。由于土体极限开裂深度与土体抗拉强度的计算采用的是经验公式,使得公式在理论上不太严密,有待进一步研究。计算方法二对于土体较浅的工况,其安全性有保证,也能达到较好的经济性。在已知土体抗剪强度实际规律的情况下采用该思路进行计算,其结果的普适性将更强。两种计算方法均在一定程度上解决了黏性土采用朗肯主动土压力计算比实测值偏大的问题,可为类似的工程设计与研究提供一定的参考。

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土的静态空间滑动面及其强度准则适应性研究

陈昌禄,邵生俊,罗爱忠,方娟

地下空间与工程学报. 2015, 11(5): 1185-1192.

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天然黄土是一种具有结构性的特殊土,这使得天然黄土的强度规律比一般土体复杂。首先,利用自主专利研发的真三轴试验仪器对不同结构性天然黄土进行真三轴试验,分析了在岩土工程中常用的莫尔-库仑强度准则和SMP强度准则对不同结构性原状黄土的适应性。在此基础上提出多种静态空间滑动面并建立与之相关联的强度准则,分析其对不同结构性原状黄土的适应性。研究结果表明,对不同结构性的原状黄土,两个传统强度准则在描述其强度时都存在不小的误差,其所描述的强度都比结构性原状黄土的实际值小,其误差随着结构性的增强而逐渐增大。而新建立的轴对称压缩(σ₂>σ₁=σ₃)静态空间滑动面强度准则和轴对称挤伸(σ₁=σ₂>σ₃)静态空间滑动面强度准则能更好地适应不同结构性原状黄土的强度规律。

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低频循环荷载下海积软土蠕变特性试验研究

刘娉慧,贾景超,杜雅峰

地下空间与工程学报. 2015, 11(5): 1193-1198.

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低频循环荷载作用下软粘土力学行为具有其独特性,为了研究低频循环荷载作用下海积软土的蠕变特性,利用土体三轴蠕变试验仪,针对珠江三角洲地区的海积软土开展了一系列蠕变试验,并对该地区海积软土的典型循环蠕变曲线进行讨论,初步探索了软土在低频循环荷载与静荷载作用下蠕变特性的异同,研究发现,两种加载方式下土体累积变形量总体较为接近,而低频循环荷载作用相较于静荷载作用,软土更慢地进入衰减型蠕变阶段及达到变形稳定。同时,对比分析了围压、主应力比和加载频率对软土低频循环荷载下循环蠕变特性的影响。

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复杂水流下沉管管节浮运阻力的数值模拟

林金雄,吴刚,沈永芳

地下空间与工程学报. 2015, 11(5): 1199-1206.

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沉管管节的浮运阻力是确定工程施工方案的关键。笔者分析了管节在浮运时的运动及阻力状态,建立了管节浮运的数值分析模型,利用CFD软件STAR-CCM+对佛山沉管隧道管节在不同干舷、航向与不同流速水流作用下的浮运阻力进行了数值模拟分析,探讨了沉管在不同水流环境下浮运的阻力特性。研究表明,建立的数值分析模型适用于复杂水流作用下沉管管节浮运阻力的模拟分析;管节的浮运阻力随流向角的增加而增大;随着浮运速度的增加,管节浮运阻力快速增大;随干舷值增大,管节的浮运阻力减小。本研究成果将为佛山沉管隧道管节的浮运施工提供理论指导。

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基于TOUGH2和FLAC3D的水-气二相流-固耦合模型

孙冬梅,彭海波,张亦飞,S. Semprich

地下空间与工程学报. 2015, 11(5): 1207-1215.

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要实现饱和-非饱和土体的水-气二相流-固耦合作用的数值模拟,关键是如何实现渗流场与应力场的耦合,目前,松弛耦合方法不仅精度能够满足一般的工程要求,而且求解方法易于实现,是多相流-固耦合问题研究的主要方向。本研究根据松弛耦合原理,利用TOUGH2/EOS3来模拟水-气二相渗流过程;利用FLAC3D来模拟土体变形;基于水-气二相渗流过程与力学过程的相互影响,给出饱和度-密度、孔隙水压力和气压力-有效应力、体积应变-孔隙率、孔隙率-固有渗透率,以及孔隙率-毛细压力等状态变量之间的耦合关系式;利用C++控制TOUGH2、FLAC3D在流固耦合过程中的有序运行并利用耦合关系式传递相关状态变量,以实现对水-气二相流-固耦合作用的模拟。利用该模型对一现场压气试验进行模拟,通过模型计算值与实测值的对比,验证了模型的准确性和有效性。

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棕榈丝与麦秸秆丝加筋土无侧限抗压强度比较

璩继立,俞汉宁,江海洋,郭瑞

地下空间与工程学报. 2015, 11(5): 1216-1220.

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为加深在加筋土领域的研究和解决土的强度降低问题,基于对上海及周边地区的实地考察,选择了区域存有量较大的两种筋材——棕榈和麦秸秆作为土体加筋材料。试验结果表明:(1)麦秸秆丝加筋土其无侧限抗压强度试验:适宜加筋率和加筋长度分别为0.8%和15 mm。在适宜的加筋条件下,麦秸秆加筋土的无侧限抗压强度与素土相比略有提高。(2)棕榈加筋土无侧限抗压强度试验:棕榈为纤维状,同样,以同量加筋率和加筋长度作为影响因素,在相同的试验条件和试件尺寸下,适宜加筋率为0.8%,适宜加筋长度为15 mm。与素土相比,棕榈纤维明显提高了土的无侧限抗压强度和抗变形性能。(3)无侧限抗压强度试验确定棕榈与麦秸秆都可以改良土的抗压强度以及抗变形性能,并且棕榈加筋土的抗压强度与抗变形能力与麦秸秆加筋土相比,强度提高更明显。棕榈加筋土的应力应变关系曲线表现为应变强化型,破坏时试件的整体性依然很好;麦秸秆的应力应变关系曲线为应变软化型,应力峰值过后,随着应变的增加,应力迅速减小。因此,棕榈与麦秸秆均适宜作上海地区粘土的加筋材料,并且棕榈加筋效果优于麦秸秆。

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竖向荷载对月球车行驶性能影响的离散元分析

蒋明镜,戴永生,申志福

地下空间与工程学报. 2015, 11(5): 1221-1227.

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技术的发展使得月球车原材料强度更高、质量更轻,而复杂的探测任务要求月球车携带的探测设备越来越多。为了平衡月球车承受的荷重,防止月球车车轮因承受荷载不当导致在月面打滑、下陷以致不能正常行驶,有必要研究月面环境下竖向荷载对月球车行驶性能的影响。针对真实月壤内摩擦角较大、有粘聚力的特点,采用笔者提出的一种考虑粒间抗转动作用与粒间范德华力两个因素的月壤散粒体力学接触模型,模拟月面环境下三种竖向荷载P作用下月球车刚性驱动轮与月壤的相互作用问题。其中,当竖向荷载为400/6 N时,车轮打滑,因此,文中主要对竖向荷载为1 000/6 N和1 350/6 N两种情况进行对比分析。研究结果表明:月面环境下,滑转率随竖向荷载的增加呈下降趋势,月球车因为轮上荷载过小,导致滑转下陷过大而失去行走能力的风险更高。沉陷量也随竖向荷载的增加而减小,月面环境下荷载过小会使月壤的可通过性变差。月面环境下牵引效率随竖向荷载增大而升高但都保持在较低水平。

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地铁扣件和钢轨对运营期列车荷载的动态响应

邵冠慧,赵晓豹,乔恒君,李家奇

地下空间与工程学报. 2015, 11(5): 1228-1234.

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地铁隧道在建成投入运营后,将承受列车周期性的振动荷载作用,地铁列车振动可能引起轨道和扣件破坏。以南京地铁1号线西延线工程为背景,首先,通过对地铁扣件和钢轨的振动测试与分析,笔者获得了扣件和钢轨在直道和弯道在不同时段下地铁列车的振动特征;其次,为了量化地确定钢轨与扣件破坏时的受力特性,进行了室内静载拉拔实验,结合动测获得的应力应变特征对比分析,定量地探索了运营期的动荷载对钢轨和扣件的影响程度,最后结合长期沉降对轨道及扣件受力影响分析,找到了扣件失效主要原因。

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塑料冻结管冻土温度形成规律

崔兵兵,李方政

地下空间与工程学报. 2015, 11(5): 1235-1240.

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为了获得PVC、PPR塑料冻结管在盐水冻结的温度场分布情况,采用物理模拟实验和理论求解相结合的研究方法,研究了PVC管、PPR管和钢管的单管冻结问题,分析了3种不同材质冻结管的冻结情况,获得了冻土区温度分布规律,掌握了PVC、PPR管作为冻结管冻土的发展速率,在同种情况下PPR冻结管的速度最慢,PVC管冻结的冻土帷幕平均发展速度约为钢管冻结发展速度的0.8倍。为采用PVC管作为冻结管,确定盐水冻结时间和计算冻结壁厚度,解决盾构进出洞免拔管问题提供基本参数。

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越江盾构隧道纵向不均匀沉降控制指标值研究

李鹏,杜守继,张列学

地下空间与工程学报. 2015, 11(5): 1241-1247.

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随着我国越来越多的越江隧道投入运营,由多种因素导致的隧道纵向不均匀沉降逐渐得到重视。为了保证车辆的正常运行以及越江隧道的结构安全,需要对隧道的纵向不均匀沉降进行控制,并提出合理的控制指标值。在修正的等效连续模型基础之上,笔者对纵向弯曲造成的越江隧道不均匀沉降的控制指标值进行了研究,同时,针对环向错台造成的越江隧道纵向不均匀沉降,研究了相对弯曲的合理取值。研究结果表明:当纵向曲率半径相同时,越江隧道的环缝张开量大于地铁隧道;在相同的环缝张开量条件下,越江隧道的纵向曲率半径随隧道直径的增大近似呈线性增长;当相对弯曲值相同时,越江隧道的错台量是地铁隧道的1.5至2倍。因此,相对于地铁隧道,应对越江隧道纵向不均匀沉降控制指标值提出更严格的限制。

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地下商城连廊底板下移对地铁隧道的影响分析

胡海英,张玉成,杨光华 ,钟志辉,姚丽娜

地下空间与工程学报. 2015, 11(5): 1248-1256.

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天河改造项目的地下商业区域的A区和B区连廊位于地铁隧道的正上方,原方案底板底距隧道顶的最小距离仅为3 m,并且土质条件较差,无疑底板下移施工对该地铁隧道影响的分析与计算成为该工程的关键之一。为此,建立了底板下移施工的数值分析模型,计算结果表明,连廊底板下移施工会对隧道顶塌落拱内的土体在垂直方向有明显的卸荷作用,会引起土体发生位移,导致隧道管片应力状态改变,使得隧道管片产生附件变形。同时,随着越来越多的类似工程的出现,本文可为优化设计和施工提供有益的参考。

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基坑开挖对邻近桥梁桩基的影响与加固分析

王恒,陈福全,林海

地下空间与工程学报. 2015, 11(5): 1257-1265.

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基坑开挖引起的环境效应越来越受到重视,特别是基坑开挖对邻近桥桩的影响。以厦门地区某水闸深基坑工程为背景,采用有限元软件建立三维数值分析模型,研究水闸深基开挖时邻近桥梁桩基的响应性状,对土体采用HS本构模型模拟,考虑桩土相互作用,桥桩采用Embedded桩单元模拟。分析了桩基两侧土体明显的位移,对比二维与三维得到的结果,验证了大间距桩基二维等效是合理可行,归纳总结二维简化分析注意的事项,提出了相应的加固措施,取得了基坑施工与邻近桩基相互影响的基本认识,可为数值模拟在基坑工程中的应用提供借鉴。

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基于仿生原理的小型非开挖钻孔泥屑输送技术

赵根林,芮延年,廖黎黎,管淼,蒋澄灿

地下空间与工程学报. 2015, 11(5): 1266-1270.

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大多数非开挖施工都存在占地面积大、运行成本高、环境污染严重等问题,特别是小尺寸( 600 mm以下)非开挖钻孔施工排泥问题对环境影响较大。笔者基于仿生学原理,通过对穿山甲开挖孔洞原理与泥屑输送方法的研究,研究设计了一种适合城市拥挤道路非开挖施工小型钻孔机器人系统。重点对非开挖钻孔系统关键泥屑气力输送技术进行研究,构建了泥屑输送动力学模型;并运用构建的理论方法,进行了举例计算。为小型非开挖钻孔机器人的实际应用奠定了理论基础。

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下穿铁路路基双重置换管幕法地表沉降分析

孙金,周凯

地下空间与工程学报. 2015, 11(5): 1271-1275.

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双重置换管幕工法在大断面穿越工程中能有效控制施工期间的地面沉降,减小对地面交通的影响,有利于城市环境的保护。为研究该工法的可行性,本文针对工具式钢管顶推开挖土体和箱涵置换钢管推进施工两个工况进行了三维数值模拟。重点讨论该工法施工引起的路基地表沉降变形特征和规律。计算结果表明,理想状态下数值模拟结果较好地反映了实际工程中观测点的沉降变化情况,表明计算模型是可靠的。根据实测数据分析,地表最大沉降基本控制在30 mm以内,能满足规定的地表沉降要求,表明采用双重置换管幕工法是合理可行的。

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华北南部盆地二氧化碳地质储存条件研究

张菊,贾小丰,李旭峰

地下空间与工程学报. 2015, 11(5): 1276-1281.

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地质储存技术是减少二氧化碳排放和缓解全球气候变暖的有利途径之一。在研究了二氧化碳地质储存的储存机理和地质条件的基础上,通过搜集整理华北南部盆地的相关地质资料,分析了盆地一级构造单元周口坳陷、合肥坳陷和开封坳陷的储盖层条件,并结合适应性评价指标进行了综合评价,最后得出三个坳陷区可作为华北南部盆地二氧化碳地质储存的初选场地。此项研究为今后在华北南部盆地进行二氧化碳地质储存提供科学依据,并为我国二氧化碳地质储存研究奠定基础。

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强夯振动主控因素研究

王鹏程,刘建坤,冯瑞玲

地下空间与工程学报. 2015, 11(5): 1282-1288.

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强夯施工过程中的剧烈振动会影响周围的居民以及建筑物,因此,必须充分考虑强夯振动的主要影响因素以确定合理的施工安全距离,基于某站场地基处理实际工程,建立了强夯施工的有限元模型,以强夯最后一击地表振动速度为评价指标,针对强夯的安全距离和振动的主要影响因素,结合敏感性分析方法,分析了多个相关因素对于安全距离的影响,结果表明土体的性质的影响更大,笔者认为在保证夯击效果的前提下,宜采用轻锤高落距的组合形式,可以在一定程度上减小强夯的振动影响。

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强夯加固粉土地基地面振动衰减规律研究

张宏博,厉超,宋修广,孟庆宇

地下空间与工程学报. 2015, 11(5): 1289-1295.

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为研究强夯加固粉土地基地面振动衰减规律并确定强夯影响范围,依托济南-东营高速公路工程,对不同夯击能强夯加固粉土地基地面振动的速度幅值及振动频谱进行了现场测试,并基于测试数据通过量纲分析推导了强夯加固粉土地基地面振动衰减规律的计算公式。研究表明:(1)地面振动速度随距离增加呈现出不同的衰减区;(2)单击夯击能越大,强夯施工对邻近环境不利影响的范围越大,单击夯击能相同时夯击次数越多,对邻近环境影响范围越大;(3)地面振动衰减与夯击能和夯锤面积相关,随夯检距离呈负幂函数衰减,量纲分析推导出粉土地基地面振动衰减公式,经验证是合理的。

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工程地质环境三维量化表征方法研究

乔金海,潘懋,贾士军,刘翔宇,王昆

地下空间与工程学报. 2015, 11(5): 1296-1302.

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通过对三维地质建模方法的研究以及对工程地质环境表达因素的分析,实现对三维工程地质环境表达方法的探索性研究。通过提出三维工程地质环境指标体系,实现三维工程地质环境的表达方法,并详细阐述了三维指标体系的特征及建模方法。最后,针对研究区域的实际地质环境背景及勘探资料,利用三维工程地质环境表达方法建立的指标体系进行工程地质环境分析评价,并对三维地下空间工程地质环境分析评价结果进行了分析,验证了三维工程地质环境表达方法的有效性。

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盾构施工中注浆因素对地表沉降的影响研究

雷华阳,仇王维,吕乾乾,贺彩峰

地下空间与工程学报. 2015, 11(5): 1303-1309.

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以天津地铁某区间工程为依托,采取现场监测和数值模拟相结合的方式,利用FLAC3D软件模拟盾构开挖动态过程,研究隧道开挖对地层变形的扰动规律,发现考虑注浆孔分布的非均匀注浆形式模拟最接近实际情况,通过数值模拟有效地模拟了现场实测结果,进而将结果推广,得到各种注浆参数对注浆效果的影响。数值模拟结果表明:一定范围内注浆压力越大土体沉降越小,当注浆压力大于一定值时(本例为0.2MPa,各地区情况不同),对地表沉降的影响不再明显;注浆不及时的地表沉降明显大于注浆及时的情况,同步注浆可以很大程度上减少土体的沉降值;在一定范围内增大注浆量可以有效地减少地面沉降,即地面沉降随盾尾空隙填充率的增加而减少。

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基于统计分析隧道施工对邻近建筑物影响评估

黄龙湘,肖志军,聂卫平,石钰峰,阳军生

地下空间与工程学报. 2015, 11(5): 1310-1315.

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随着城市隧道的大量修建,隧道施工造成地表建筑物损坏事故日益增多,如何确定其变形控制标准与损坏等级划分,评估隧道施工引起的建筑物损坏,是一个非常值得研究的问题。本文通过对地表变形引起的建筑物损坏实例统计分析,提出了建筑物倾斜损坏等级与裂缝损坏等级的比值,用于判断建筑物损坏类型,并对其沉降变形反应特征控制参数与损坏等级之间的关系进行了分析,形成了建筑物损坏变形控制标准。在此基础上,建立了隧道施工引起邻近建筑物影响评估方法,为确定隧道施工地表控制参数及对建筑物的影响评估提供基本依据。

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火灾高温后隧道衬砌混凝土力学特性试验研究

郭庆华,郤保平,田俊斌,李志伟,郑晓琛

地下空间与工程学报. 2015, 11(5): 1316-1321.

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通过对经历火灾高温后(100℃~700 ℃)不同强度等级混凝土(C10、C20、C30、C40)力学性能试验研究,得到混凝土立方体抗压强度(f_cuT)随温度的变化规律。对混凝土立方体在抗压试验过程中所产生的声发射现象进行研究,进一步揭示火灾高温处理后的混凝土在破坏过程中,内部裂纹、裂隙的产生扩展与混凝土在受压过程所承受荷载之间的关系,从而得出混凝土受压破坏时内部结构的变化过程,通过详细的描述和比较分析,得到了高温对混凝土破坏过程中声发射现象的影响,进而为火灾高温后隧道衬砌混凝土结构损伤程度及安全性能的评估提供依据。

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季节变动带内岩溶隧道涌突水危险性评价

许模,赵红梅,赵勇,杨艳娜

地下空间与工程学报. 2015, 11(5): 1322-1327.

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季节变动带内岩溶隧道,枯水季节隧道涌水主要由含水层中的静储量以及地下暗河的枯期动储量构成,丰水季节由静储量及洪水期地下暗河动储量构成。由于降雨通过地表的洼地、落水洞迅速补给地下暗河,涌突水的剧增将对隧道施工带来极大的危害。因此,季节变动带内岩溶隧道涌突水危险性评价尤显重要。本文以滇东高原某岩溶隧道K5+850~K10+800段为例,根据段内枯水期稳定涌水量和雨季最大涌水量预测结果和岩石的可溶性(K₁)、地质构造因素(K₂)、地表汇水条件(K₃)、地下水化学特征(K₄)、隧洞埋深与地下水位的关系(K₅),分别进行了涌突水危险性评价。最后以段内地面暴雨前后实际涌水量变化验证涌突水危险性评价结果。

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浅埋隧道下穿既有双桥微差减振爆破方法

闫鸿浩,赵晓磊,李晓杰,王小红

地下空间与工程学报. 2015, 11(5): 1328-1332.

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大连地铁208标段,部分下穿魏台桥和西部大通道桥,影响里程为90 m。该区间为浅埋段且地质条件复杂,隧道拱顶距离桩基平均为2 m,最近处与桩基几乎贴合。采用非对称毫秒起爆的爆破方法,上部掏槽眼位布置在底下,以加大掏槽部位至桥桩距离和减小掏槽爆破对桩基的振动影响。扩槽眼和辅助眼采用左右交替布置,内圈眼和周边眼采用间隔布置,因爆破时差作用从而引起对桩底左右两侧产生不同的震波,达到对桩基更好的保护作用。采用非对称起爆方法的成功实践为以后类似工程提供了借鉴意义。

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基于单纯形-有限随机追踪法的边坡稳定性分析

姚爱军,田治州,金永军

地下空间与工程学报. 2015, 11(5): 1333-1338.

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有限随机追踪法在边坡稳定性分析中的全局搜索能力,为边坡稳定性分析提供了新的思想。本文主要将单纯形法的局部搜索能力与有限随机追踪法的全局搜索能力有机结合起来,形成单纯形-有限随机追踪法优化算法,并利用改进Bishop算法对边坡进行稳定性分析,最终得到边坡稳定性系数的全局最优解。依据上述思想编制了边坡稳定性分析程序,并对边坡工程进行稳定性分析与评价。研究结果表明:根据单纯形-有限随机追踪法优化算法计算得到的边坡稳定性系数是全局最优解,具有较高的精度,单纯形-有限随机追踪法优化算法具有较强的全局搜索能力,分析结果可靠。

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黄土高原边坡冻融病害调查及现场测试研究

张辉,王铁行,许健

地下空间与工程学报. 2015, 11(5): 1339-1343.

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通过调查及现场测试开展了黄土高原边坡冻融病害及其机理的探讨研究。根据调查结果,将黄土高原边坡冻融病害分为挡土墙的破坏、锚索支护结构冻胀病害、边坡表皮冻融剥蚀、边坡层状冻融剥落、边坡浅层滑塌,并初步探讨了病害产生的原因;现场温度场和水分场的测试结果表明:冬季随着地表温度的降低,冻结锋面向下移动,冻土层厚度增加,冻土层含水量越来越大,冻土层下方未冻土含水量明显降低,可为进一步深入研究冻融病害机理提供参考依据。

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水泥土加固法冻胀抑制效应数值模拟

张旭辉,杨平,张翔宇,张存,何文龙

地下空间与工程学报. 2015, 11(5): 1344-1350.

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水泥土与人工冻结联合加固法在盾构隧道端头加固中效果明显。本文以南京地铁十号线过江隧道端头联合加固工程为背景,分别进行了水泥土及原状土体冻结温度场和冻胀位移场耦合数值模拟研究,并通过对比实测与数值模拟结果,验证了计算方法的正确性。研究结果表明:冻结管间、冻结管与围护结构间区域降温速度较快,后排冻结管后方受加固体影响,是冻结壁发展最不利部位;冻结管和围护结构的约束作用会抑制周围土体的冻胀,两排冻结管间冻胀位移最大;水泥加固后地层冻胀敏感性明显减弱,地表最大冻胀量为对应原状土的14.3%,1 mm以上冻胀量地层在深度方向上为对应原状土的30.6%。研究结果对进一步探索水泥土与人工冻结联合加固工法有指导作用。

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爆破方法改变分区破裂巷道围岩应力传递

逄焕东,高文乐,郭得福,师传志,魏征

地下空间与工程学报. 2015, 11(5): 1351-1354.

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深部开采中的高地应力对巷道围岩的稳定造成很大的影响。地应力的大小虽然不可以改变,但是其分布却可以通过爆破方式,人为干预的方法,造成的局部的改变。笔者提出了一种新的解决高地应力下解决巷道围岩稳定的方法:通过巷道外部围岩内的装药结构,引爆后通过装药的内部作用在巷道顶部的装药区域贯通,造成分区破裂;分区破裂的强度降低,在周围高应力作用下,起到“孔洞”的作用,改变局部地应力的传递路径,一定程度上起到应力“间隔”的作用。计算结果表明,分区破裂的“孔洞”效应,改变了地应力在局部的传递路径,改变了地应力对巷道围岩的作用,使得巷道围岩及其支护趋于安全。本文提出的方法对维持巷道的安全、稳定具有很大的实用价值。

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基于GIS的沉陷区建筑物损害评价可视化分析

张鹏,王旭春,宋晨

地下空间与工程学报. 2015, 11(5): 1355-1361.

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针对煤矿开采沉陷与地表环境资源之间日趋紧张的矛盾现状,在理论研究与现场调研的基础上,通过总结分析开采沉陷区地表变形与建筑物损害的相互关系,建立了沉陷区建筑物损害评价计算模型。基于计算模型,在GIS平台下利用ArcObjects组件开发技术,集成实现了“开采沉陷环境资源损害评价”功能模块并嵌入ArcGIS桌面系统。该系统模块能够实现煤矿沉陷区建筑物损害评价计算的自动化和可视化,同时,用户能够自主设定评价指标与评价标准的临界值,灵活应用于不同评价目标区。系统模块研制成功后,在兖州煤业股份有限公司鲍店煤矿十采区进行了工程实际应用,现场实例校核显示,评价计算结果与现场技术人员的实地测算结果基本一致。

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高瓦斯低透气性煤层不同瓦斯抽采方式的研究

李桂波 ,冯增朝,王彦琪,郭红强,上官禾林

地下空间与工程学报. 2015, 11(5): 1362-1366.

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煤层的瓦斯抽采是避免煤矿瓦斯灾害发生的根本防治措施。根据瓦斯解吸理论,提出通过水力割缝及水力冲孔技术,在煤体中人为再造裂隙,增大煤体在空气中的暴露面积,同时形成瓦斯流动通道,达到加快瓦斯解吸,提高瓦斯抽放效果的目的。本文以水力割缝及水力冲孔进行机理分析为基础,根据在阳泉矿区某煤矿回风巷中进行现场实验,对普通钻孔抽放瓦斯、水力冲孔抽放瓦斯以及高压水力割缝抽放瓦斯三种方案进行比较。实验结果表明,相对于高瓦斯矿井中通常采用的普通钻孔抽放瓦斯,水力割缝技术瓦斯抽放量提高了4.11-4.34倍,水力冲孔技术瓦斯抽放量提高了0.46-0.56倍。水力冲孔对提高瓦斯抽放速度作用不明显。

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