地下空间与工程学报

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彭芳乐, 李佳川, 赵景伟

地下空间与工程学报. 2015, 11(6): 1367-1374.

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城市化进程的不断加快,促进了城市商务区的大规模开发与建设。通过对国内外城市商务区如日本品川、美国曼哈顿、法国德方斯以及北京商务区等的地下空间开发建设研究,以上海虹桥商务区为例对我国城市商务区地下空间的开发与控制进行了探讨,在城市商务区地下空间规模需求与预测、地下空间控制性详细规划的涵义、方法及特点、地下空间开发控制要素和指标体系框架、城市商务区地下空间开发机制等方面探讨了如何使商务区地上、地下空间的土地利用结合成有内聚力的整体,希望能够对我国未来城市商务区的地下空间规划建设提供借鉴。

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城市地下空间控制性详规全覆盖体系研究——以常州市为例

屠泳博,彭芳乐

地下空间与工程学报. 2015, 11(6): 1375-1382.

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随着城市地铁项目的不断规划与建设,我国许多城市的地下空间资源已逐步进入大规模的开发时代。因此,地下空间开发利用规划的编制和落实已成为城市规划管理部门的一项重要工作。地下空间控制性详细规划是落实地下空间总体规划意图的有效抓手,是规范技术管理的主要文件之一,但目前在我国国家层面并未对地下空间控规的编制体系和方法制定一定的规范和标准。为适应城市地下空间开发利用规划管理的要求,有关城市地下空间控制性详细规划的研究显得非常必要。本文以常州市为例,参照常州市地面控规全覆盖的编制方法,结合地下空间开发利用特征,建立了地下空间控规全覆盖编制体系,并针对编制单元、标准地块、基本地块3个层级制定了相应的控制要素与控制要求,以具体指导地下空间资源的规划管理。

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多点进出型城市地下道路出入口匝道设计研究

游克思, 俞明健, 刘艺

地下空间与工程学报. 2015, 11(6): 1383-1389.

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交通拥堵成为当今城市发展所面临的普遍问题,受地面资源的约束以及人们对环境品质要求的提高,世界各地越来越重视利用地下道路来解决城市交通和环境问题。在分析了城市地下道路出入口匝道与地上的差异基础上,结合国内外工程案例,研究了城市地下道路的出入口匝道总体布置、出入口设置形式、变速车道、分合流端视距保障等方面的设计技术,并应用于苏州星港街地下道路。研究结果表明,多点进出型城市地下道路出入口设计与地上道路存在差异,需要采用适合地下环境特点的线形指标以及交通安全设施,以提高行车安全,本研究也可为未来城市地下道路的出入口匝道设计和技术标准的制定提供参考。

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柱状节理岩石的旋转椭球纤维丛力学模型

苑宝军,邓荣贵,杨涛

地下空间与工程学报. 2015, 11(6): 1390-1395.

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根据柱状节理岩石形成的地质特征,基于细观层面,将单根柱状岩石在重力方向上视为纤维丛,轴对称状态下,纤维丛将根据外荷的变化有机地进行调整,假设纤维丛根据变形协调条件排列为细观椭球体胞群,则通过分析典型椭球体胞的本构行为即可进一步探讨整个岩石的宏观力学性质。根据纤维椭球体胞的几何方程,通过Banach不动点定理和Brouwer不动点定理证明了轴对称状态下椭球体胞中存在着旋转效应并给出了旋转附加应力的表达式,揭示了柱状岩石存在通过周界粘滞剪切耗散局部应变能的过程;通过引入Freudenthal率相关方程并联合有旋转效应的平衡方程构建了分析椭球体胞的本构微分方程组并对之进行了Laplace变换;根据纤维丛细观本构模型及理论并结合泥巴山柱状流纹岩的岩石试验分析了不同应力路径下椭球体胞的几何特征与宏观破坏结果之间的内在联系。

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裂隙岩体水流-传热模型的理论计算和参数分析

路威,秦景,朱俊臣

地下空间与工程学报. 2015, 11(6): 1396-1401.

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在前期选用中国高放射核废物处置库重要预选场区——甘肃北山地区的花岗岩,设计制作裂隙岩体水流-传热试验装置,在进行模型试验的基础上,给出了试验模型的理论计算方法,对试验结果进行了验证,并分析了试验参数的敏感性。研究结果表明,理论计算得到的裂隙水温度时间变化规律和模型稳态温度分布与试验数据基本一致;垂直裂隙的出水温度对不同参数的敏感程度与具体的参数值有关,其中热源温度、岩石的热传导系数、水流速度、垂直裂隙的开度等均属于高敏感参数;邻近热源的垂直裂隙对模型温度分布起控制作用,明确其结构和水流特征对研究裂隙岩体内的热量运移和温度分布具有十分重要的意义。

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城市建设引发场地土变异的剪切波速试验分析

王家全,王宇帆,张信贵

地下空间与工程学报. 2015, 11(6): 1402-1407.

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对大规模的城市建设行为,在当前振动源越来越多的情况下,总结了分析城市建设荷载的表现形式及其导致的场地土结构、性状的变化,得出场地土动力参数与剪切波速关系,测试研究场地土在不同密度、含水量、应力状态下剪切波速的变化情况,探讨了城市建设引发的场地土层动力特性变异规律,并与建筑场地打桩前后剪切波速变化的工程实例进行了对比分析。试验结果表明,地面建筑、地下工程、地下水开采等城市建设行为,造成了土体的密度、含水量以及应力变化,场地土剪切波速发生变更,引起场地土动力特性变异,整体或局部改变了建筑场地类别。建筑场地抗震设计应该适当考虑大规模城市建设引发的场地土动力特性变异对抗震参数取值的影响。

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麦秸秆形状对上海粘土强度影响的试验研究

李陈财,璩继立,刘宝石

地下空间与工程学报. 2015, 11(6): 1408-1413.

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麦秸秆按形状不同分为圆管状、1/2圆管状及纯茎节状,通过直剪试验和无侧限抗压强度试验比较了不同形状麦秸秆加筋土抗剪强度和无侧限抗压强度的变化规律。试验结果表明:①圆管状与1/2圆管状麦秸秆均可提高上海粘土的强度,直剪试验的最佳加筋率在0.2%~0.3%之间,无侧限抗压强度的最佳加筋率在0.1%~0.2%之间;②1/2圆管状麦秸秆的加筋效果优于圆管状麦秸秆,麦秸秆茎节在一定程度上会降低土体的强度;③无茎节麦秸秆加筋上海粘土可以显著提高素粘土的黏聚力,但对于内摩擦角影响较小。文章还阐述了不同形状麦秸秆加筋土强度变化的作用机理,可为麦秸秆加筋土合理形状的选择提供借鉴。

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基于水道率的水土压力研究

胡伟,吴小锋,李光范

地下空间与工程学报. 2015, 11(6): 1414-1420.

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黏性土中的水土微观相互作用机制是区别无黏性土的一个重要特征。本文通过对试验数据的分析发现结合水也能传递静水压力,只是传递能力弱一些。相邻土颗粒通过结合水膜连接在一起,形成一个整体,通过面与面接触共同承担外力。提出了基于水道率的力学计算模型,得到扩展的有效应力方程,并在此基础上重新推导了莫尔-库伦强度准则,建立了水土分算和合算的统一算法。该算法能考虑不同土体的物理特性,从水土分算和水土合算的内在机理出发,实现水土分算和水土合算的连续统一,对全面系统地研究弱透水性黏性土的水土压力问题有重要意义。

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隧道开挖围岩土压力拱效应分析

路德春,曹胜涛,张波,杜修力,刘晓峰

地下空间与工程学报. 2015, 11(6): 1421-1430.

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采用弹塑性理论应力反馈算法,研发材料本构模型子程序,将土的应力路径本构模型嵌入大型有限元软件ABAQUS,通过对三轴压缩和三轴拉伸试验条件的数值模拟,验证了子程序的精度。利用二次开发后的ABAQUS对隧道开挖过程进行了三维有限元分析,从不均匀变形、应力重分配、应力路径和地表沉降规律四个方面研究了由重力引起的大主应力改变产生的土压力拱效应。研究结果表明:隧道开挖过程中,围岩土体中的应力路径变化非常复杂,并受几何位置和开挖进程影响;隧道埋深较浅时,土压力拱作用至地表,尚未完全发挥支撑作用,表现为隧道上方土体的整体沉陷变形;隧道埋深较深时,土压力拱的作用未影响至地表,充分发挥了支撑作用,表现为隧道上方土体的塌落变形;土压力拱的作用范围受隧道埋深影响不大,约为隧道半径的3倍。

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干密度对非饱和黄土基质吸力的影响

褚峰,邵生俊,陈存礼

地下空间与工程学报. 2015, 11(6): 1431-1436.

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为了研究起始湿度、天然密度以及竖向荷载对吸力特性的影响,对西安原状黄土进行不同起始湿度、密度条件下的常含水量压缩试验,提出无应力作用下同时反映初始含水率和天然干密度的基质吸力表达式。研究结果表明:天然干密度、初始含水率、应力相关的干密度对基质吸力的影响程度都与试样的起始湿度有关,起始湿度小于试样塑限含水量时,影响都比较大,起始湿度大于试样塑限含水量时影响都很小。净竖向荷载对吸力特性的影响与起始湿度、天然密度有关,净竖向荷载小于等于400 kPa时,对吸力的变化影响很小,可不考虑净竖向荷载影响,可用未受荷载作用时的SWCC曲线来描述原状试样的吸力特征;净竖向荷载大于400 kPa时,对吸力的变化影响较为显著。视起始湿度和天然密度的不同,净竖向应力相关的干密度增大引起基质吸力非单调增减或单调下降,天然干密度的增大引起基质吸力单调上升。

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南阳膨胀土裂隙发育规律研究

汪为巍,黎伟,易远

地下空间与工程学报. 2015, 11(6): 1437-1443.

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膨胀土的裂隙性给工程带来了极大的危害,为了解膨胀土的裂隙发育规律,本文对南阳膨胀土做了大量室内试验,制备各种不同的重塑土样,在不同环境下进行脱湿,观测脱湿过程中土样裂隙发育过程,分别研究试样的均匀性对裂隙发育的影响、裂隙发育的温度敏感性、裂隙发育的尺寸效应,得出以下结论:试样愈均匀裂隙发育曲线愈平滑,温度对膨胀土裂隙发育形态有明显影响,不同尺寸试样裂隙发育有所不同,具有明显的尺寸效应,试样愈小表面愈难出现裂隙而主要表现为土的收缩。

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土体水力滞后对土石坝初次蓄水渗流场的影响

陈群,黄靖

地下空间与工程学报. 2015, 11(6): 1444-1449.

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在土石坝的蓄水过程中,坝料的持水特性和渗透函数的不同会对坝体渗流场产生很大的影响。因此,对土坡的降雨入渗和土石坝的蓄水渗流场的分析应采用土-水特征吸湿曲线及相应的渗透函数。基于砾石土料的土-水特征曲线的实测结果,采用饱和-非饱和渗流有限元方法对不同程度各向异性的均质土坝初次蓄水过程中由脱湿和吸湿曲线计算所得的渗流场进行对比分析,探讨采用脱湿曲线代替吸湿曲线计算带来的影响。结果表明由脱湿曲线计算的孔隙水压力和体积含水率均明显高于由吸湿曲线计算的结果,渗透性的各向异性程度对坝体中的水力滞后性无明显影响。因此,在入渗分析时若采用脱湿曲线取代吸湿曲线会高估坝体中的孔隙水压力和含水率,低估非饱和区的吸力。

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粒间胶结尺寸对圆形颗粒法向接触响应的影响

刘芳,李震,蒋明镜

地下空间与工程学报. 2015, 11(6): 1450-1456.

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粒间胶结物的存在改变土体颗粒间接触力的传递方式,因此,显著影响天然结构性土体的宏观力学响应和强度。为了研究粒间胶结的几何尺寸对理想圆形颗粒法向接触力学行为的影响,采用有限元方法模拟了圆形胶结颗粒微观抗压试验,分析了粒间胶结厚度和宽度对粒间法向接触应力分布和抗压强度的影响,并将模拟结果与模型试验进行了对比。结果表明,数值试验所得到的峰前荷载-位移曲线与室内试验结果吻合较好。粒间法向接触应力分布不均,中心大,外缘小。塑性区分布与高应力区不重合,塑性区在胶结物中心和外缘之间产生,逐渐向中心和边缘方向扩展。胶结抗压强度随厚宽比增加而降低,相同厚宽比下抗压强度基本一致。

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湿喷混凝土可泵送性试验研究

杨云鹏,艾纯明,孙振明,刘世通,王华

地下空间与工程学报. 2015, 11(6): 1457-1461.

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针对湿喷混凝土的特点及作用机理,对影响湿喷混凝土泵送性因素进行研究。通过混凝土坍落度试验,对比混凝土的坍落度和扩展度,得到了水泥掺量、聚丙烯纤维、水胶比和砂率与湿喷混凝土可泵送性之间的关系。通过极差、方差和回归分析得出,水胶比和砂率为显著影响因素,且当水泥为400 kg·m^-3、聚丙烯纤维为1 kg·m^-3、水胶比为0.54和砂率为0.69时湿喷混凝土泵送性最好。同时,通过SPSS软件得出泵送性和影响因素之间的回归方程,确定了湿喷混凝土泵送特性与影响因素之间的关系,为湿喷混凝土现场应用提供了理论依据。

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圆形巷道两帮水平切槽对围岩卸压的数值分析

朱万成,侯晨,刘溪鸽,张敏思

地下空间与工程学报. 2015, 11(6): 1462-1469.

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处于深部高应力的岩体中储存有大量的弹性应变能,它是引发深部硬岩巷道发生岩爆的内因。卸压法可以用于改变巷道和洞室附近围岩的应力场,使这部分围岩处于应力降低区,从而达到保持其稳定性的目的。本文用岩石破裂过程分析RFPA系统模拟圆形巷道周边开卸压槽前后巷道围岩的变形、损伤与破坏过程,分析了不同原岩应力状态(侧压力系数)和切槽长度条件下围岩的应力和损伤区的分布特征,揭示了围岩中开槽卸压的力学机理。数值模拟结果表明,数值模拟证实了当卸压槽深度为巷道直径的0.5倍左右时,围岩的卸压效果明显,但过长的卸压槽长度会导致整个巷道围岩结构体的承载力降低和变形过大。该项研究对于巷道卸压的工程实践具有一定的理论指导意义。

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盾构管片接头模型法向弹簧刚度确定原则研究

董新平, 朱彬

地下空间与工程学报. 2015, 11(6): 1470-1476.

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本文针对不设传力衬垫的盾构管片接头的罚函数接触算法和节理单元模型中的控制性参数－法向接触刚度和法向弹簧刚度的取值原则问题进行了相关研究,研究表明:法向弹簧刚度取值过小,将导致引入的计算误差过大,同时,取值也不能太大,更不能取为无穷大,以避免引起方程组病态而导致计算结果失真;弹簧类模型所引起的计算误差在理论上不可能完全消除;Lagrange Multiplier接触算法可完全消除弹簧类型模型引入的计算误差,但计算结果与试验结果相差较大;接头承受轴力越小,则Lagrange Multiplier接触算法计算结果与试验结果相差越大。同时,Lagrange Multiplier接触算法不能解释转动刚度与轴力关联现象。

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阶段嗣后充填开采采场稳定性相似材料模型试验

李刚,杨志强,高谦,王君,马应男

地下空间与工程学报. 2015, 11(6): 1477-1482.

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根据司家营铁矿南区充填法开采设计,选取南区S16勘探线附近的采场,采用相似材料模型试验的研究方法,模拟了首采-450 m中段单盘的两步开采和充填过程,借助位移计、光纤传感器和压力盒等仪器监测了试验模型的地表沉降和围岩的变形及应力分布,分析了采场变形和应力变化规律及充填体的稳定性。试验结果表明,阶段嗣后充填法开采对地表影响不大,充填可以有效控制地表岩移;开采过程中采场整体稳定性较好,但二步回采后采场顶板和间柱变形均发生较大变化,回采后应及时对阶段空场进行充填,并适当提高充填体的强度。最终成果为开展多中段多盘区的矿体开采的进一步研究提供了基础依据。

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煤样的尺寸、形状及锚固效应

郭保华,司凯,郭文兵

地下空间与工程学报. 2015, 11(6): 1483-1490.

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为研究煤样的尺寸、形状及锚固效应,加工了不同高度的圆形、正方形和长方形截面试样,对完整试样单轴抗压强度与高径比关系、锚固试样的强度和变形参数变化进行了试验研究,并通过数值模拟研究了钻孔存在、载荷分布及载荷大小对煤样强度的影响。结果表明,三种截面试样强度均随高径比增大而降低,与高径比呈负指数关系。无托盘非预应力锚杆若不能对试样破裂位置形成闭锁路径,则不能明显提高试样的承载能力。钻孔的存在可明显降低试样的峰值强度及弹性模量,托盘载荷可明显提高试样的残余强度,钢带载荷可明显提高试样的强度和变形参数。相同等效面力作用下,两侧面施加全侧面载荷试样及局部施加托盘载荷试样强度随等效面力增加而增大的程度有限,甚至在等效载荷较高时有所降低。研究结果对进一步理解试样的尺寸、形状及锚固效应有一定帮助。

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钉形双向水泥土搅拌桩单桩承载特性研究

席培胜,刘波,刘松玉

地下空间与工程学报. 2015, 11(6): 1491-1497.

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作为一种新型的软土地基处理方法,钉形双向水泥土搅拌桩的单桩承载特性异于常规双向搅拌桩。在现场载荷试验的基础上,通过数值模拟分析了钉形搅拌桩单桩承载特性。结果表明:钉形搅拌桩单桩承载性能受扩大头高度和上、下桩径比等设计参数影响,单桩极限承载力随着扩大头高度和上、下桩径比的增加而增大,但增长速度逐渐变缓,存在着最佳扩大头高度和最佳桩径比。并引用单桩极限承载力提高系数和单桩水泥用量增加系数两个指标从经济角度验证了最佳值的存在,得到最佳扩大头高度为1 m,最佳桩径比为2。最后,通过理论分析,基于单桩三种破坏模式给出了钉形双向水泥土搅拌桩单桩极限承载力计算方法,试算结果与实测值偏差在10%左右,较为可靠。

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地下水封石油储备库初始渗流场数值反演分析

平洋,李树忱,马腾飞,李逸凡,冯丙阳

地下空间与工程学报. 2015, 11(6): 1498-1502.

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渗流场分析是地下水封石油储备库设计的重要内容,而合理可靠的渗透系数是准确分析裂隙岩体渗流场的前提。以黄岛地下水封石油储备库工程为背景,对库区初始渗流场进行反演分析。首先,采用离散元3DEC软件直接生成尺寸分别为5 m×5 m,10 m×10 m,15 m×15 m,20 m×20 m,25 m×25 m,30 m×30 m的三维节理离散网络模型,并给出判别模型与节理相交的条件;基于裂隙介质的渗透张量理论,利用 MATLAB计算不同尺寸的裂隙岩体渗透张量,并确定了库区裂隙岩体表征体单元(REV)的大小,并结合库区现场试验实测数据,对节理裂隙岩体的渗透张量进行校核;最后,采用COMSOL Multiphysics软件,在裂隙岩体渗透系数各向异性条件下,反演库区的初始渗流场。研究成果为地下水封石油储备库水封性评价及稳定性分析提供较合理的初始渗流场条件。

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砂埋管道上浮地基破坏机理的离散元模拟

蒋明镜,廖兆文,张望城,王华宁

地下空间与工程学报. 2015, 11(6): 1506-1513.

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本文采用离散单元法(DEM)建立的砂土中管道上浮模型来研究管道上浮时地基的破坏机理。首先考察不同密实度砂土在不同围压下的宏观力学特性,然后通过土体局部变形和颗粒位移场等微观变量分析不同密实度和不同埋深比对管道上浮地基破坏模式和上浮抗力的影响。结果表明:伴随土体变形,上覆土体的渐进破坏主要分布在上覆土体区域和管道周围;松砂中,与应力-应变关系类似,上浮抗力随着上浮位移的增长呈硬化性增长,管道周围土体回填进管道下部形成的空隙中,呈现局部流动破坏模式;密砂中,上浮抗力随着上浮位移的增加先上升后下降,规律与应变软化一致,管道上方先剪切形成倒梯形的上覆土楔,然后管道周围土体回填下部空隙形成流动,呈现先整体剪切破坏后局部流动的破坏模式;随着埋深的增加,上浮抗力增加,密砂中以先整体剪切破坏为主,同时局部流动破坏有明显的趋势。

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基于ABAQUS的特殊双排桩支护结构三维有限元模拟

许胜才,范秋雁,崔峰

地下空间与工程学报. 2015, 11(6): 1514-1521.

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由于支护空间受到限制等原因,工程中出现了只有后排桩挡土的特殊双排桩支护结构,和前后排间有土体的一般双排桩支护结构明显不同。为了探讨特殊双排桩的支护效应,运用大型有限元软件ABAQUS对其进行模拟分析,详细说明了使用ABAQUS模拟双排桩支护基坑开挖的关键步骤,并给出地应力平衡的相关原理。通过对实际工程的模拟,得知一般双排桩与特殊双排桩的内力分布及变形特征基本呈相反形式,相同条件下,一般双排桩的支护效果要优于特殊双排桩。笔者分析了特殊双排桩支护结构内力分布及变形的空间效应,并提出优化靠近坑角处支护结构设计的措施。

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交通荷载引起主应力轴旋转下软黏土特性试验

肖军华,洪英维,吴楠

地下空间与工程学报. 2015, 11(6): 1522-1527.

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为探讨交通荷载引起的主应力轴旋转(即剪应力反转现象)对软黏土动力特性的影响,通过空心圆柱仪(HCA)试验系统,模拟交通荷载作用下土单元的真实应力路径,并对不同轴向偏应力、扭剪应力组合下,软黏土的累积孔隙水压力和累积应变特性进行了试验研究,分析了应力组合模式和幅值对软黏土动力学行为的影响规律。研究表明:施加扭剪应力(模拟主应力轴旋转)会增大软黏土的累积应变和累积孔压,且对孔压的增大影响比对应变更加显著;扭剪应力越大,这种增大效应显著加快,此时在研究交通荷载下软黏土长期变形时,需进行考虑主应力轴旋转的动力试验。

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考虑渐进性破坏的岩石损伤本构模型研究

张嘉威,章杨松,李晓昭

地下空间与工程学报. 2015, 11(6): 1528-1532.

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根据连续损伤理论和统计强度理论,从岩石材料内部包含大量随机分布的微裂隙等缺陷的特点出发,采用修正的Harris函数作为岩石损伤参量的数学模型,并结合Hoek-Brown准则建立能反映岩石破裂全过程的损伤本构模型。通过引入损伤系数J,较好地反映了岩石的渐进破坏特性,也在一定程度上表征了这种准脆性材料的非均匀性和各向异性。利用多元函数极值理论,并依据试验曲线的特征参量,确定出损伤本构模型参数,最后用试验数据对模型进行了验证。通过比较分析说明了该模型的合理性和可行性,在此基础上,探讨了相关参数对理论曲线与试验曲线吻合程度的影响,从而对实际工程具有一定的参考价值。

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盾构隧道穿越历史建筑的监测与变形控制

谢东武

地下空间与工程学报. 2015, 11(6): 1533-1538.

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由于自重、恒载和附加变载的作用以及地基土体的长期固结,既有建筑产生的变形,本文称之为“既有变形”。地下工程施工引起的既有建筑物变形,本文称之为“增量变形”。建筑物的总量变形为既有变形与增量变形之和。为确保盾构穿越过程中既有建筑物的安全,要对既有建筑的总量变形进行控制;而要确保隧道施工不会对既有建筑产生明显破坏,则要对既有建筑的增量变形进行控制;从而提出要对建筑物的总量变形和增量变形进行控制的双控控制标准。基于建筑物的差异沉降变形,提出了建筑物的空间扭曲变形控制指标。结合上海轨道交通11号线下穿越历史建筑,通过现场检测得到建筑的既有变形。根据双控控制标准,建立穿越过程中既有建筑的差异沉降与空间扭曲的增量变形与总量变形控制指标,施工过程中进行全程监测,结果显示,穿越施工是成功的。

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大盾构隧道施工对周边敏感性建筑物的影响研究

张旭辉,邢懿,杨平

地下空间与工程学报. 2015, 11(6): 1539-1544.

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依托南京地铁十号线TA03标大直径盾构隧道工程,通过数值模拟研究与工程实测在大直径盾构推进过程中施工参数的改变对周边敏感性建筑物的影响规律。研究结果表明:建筑物的沉降量随注浆浆体弹性模量的增大而减小,适当加大浆体的弹性模量有利于建筑物的保护;注浆压力在一定范围内的变化会对周边敏感性建筑物产生较大影响,当注浆压力超出一定额度时,建筑物的竖向位移以及差异沉降量趋于稳定,不会再随着注浆压力的增大而变化;盾构机推进力对盾构机后方建筑物的沉降影响甚微,当盾构机临近时,盾构机前方建筑物竖向位移量会随着推力的增大而减小,但变化幅度不明显。研究结果对控制因盾构隧道施工引起的周边敏感性建筑物沉降有重要意义。

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乔家山隧道粘土岩大变形及支护结构稳定性分析

王树英,阳军生, 肖小文,周海英,宋健

地下空间与工程学报. 2015, 11(6): 1545-1551.

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在大西客运专线乔家山隧道粘土岩地层前期施工中,支护结构出现大变形现象和混凝土开裂。为了寻求粘土岩地层隧道的有效支护方案,采用室内外试验对粘土岩物理特性展开了调查。物相分析和微观结构试验结果表明,该粘土岩中含有较多的片状粘土矿物绿泥石和伊利石,致使现场围岩具有流变特性。针对围岩流变大变形,优化调整了支护结构参数。选取典型断面进行支护结构内力监测,结果表明,初期支护钢拱架和二次衬砌混凝土基本上呈受压状态,钢拱架均有部位压应力达到或接近于钢材的屈服强度。然而,在初期支护强度充分发挥基础上,及时施做二次衬砌。二次衬砌受力较小,有效地保证了粘土岩地层的隧道结构安全。本研究可望为粘土岩地层隧道设计和施工提供借鉴,具有一定的工程应用价值。

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盾构施工引起地表振动响应的数值模拟研究

王鑫,韩煊,周宏磊,雷崇红

地下空间与工程学报. 2015, 11(6): 1552-1557.

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将北京市轨道交通八号线二期南段盾构隧道施工作为背景,基于工况的典型性分析,首先,利用盾构机作业面的现场监测,获得了盾构隧道作业振源的时程曲线并就其频幅特性进行了分析研究;其次,对盾构施工所引起的地表土体的振动情况进行了现场监测分析。在此基础上,利用Z-soil大型有限元分析软件,考虑隧道结构与周围土层的动力相互作用,以实测振源时程作为荷载输入,建立了地铁盾构隧道施工引起周围地表振动响应的三维数值分析模型,结合现场测试成果,分析了地铁隧道盾构施工引起的地表(纵向的和横向的)振动响应规律。上述工作可为类似工况下地铁盾构隧道施工引起周围环境振动响应的评估分析提供可靠借鉴,从而使得地铁项目的设计与施工更为合理。

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软土隧道支护压力与稳定性下限有限元分析

李艳祥,蒋刚,王旭东

地下空间与工程学报. 2015, 11(6): 1558-1563.

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隧道开挖面的支护压力计算和稳定性分析至今尚未有比较成熟和简便的计算方法,本文基于岩土塑性极限分析理论,在分析下限有限元方法中引入非线性Power-Law屈服准则,通过对屈服准则的线性化处理,得到平面应变条件下软土隧道开挖面支护压力计算的下限有限元线性规划模型,编制了相应的Matlab有限元计算程序。计算表明:与极限平衡理论和极限分析上限有限元得到的结果比较,可以说明引入非线性Power-Law屈服准则的塑性极限分析下限有限元对隧道开挖面支护压力的计算和稳定性的分析是适用的。同时,总结了隧道埋深系数、土体重度系数等对隧道开挖面支护压力与稳定性的影响。

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沿空留巷采场围岩力学特征数值模拟研究

王磊,姜琦,王煜

地下空间与工程学报. 2015, 11(6): 1564-1571.

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为揭示沿空留巷采场上覆围岩的力学特征,以谢桥煤矿12418工作面地质和开采技术条件为背景,采用数值模拟进行了计算和分析。研究表明:工作面上覆围岩存在应力壳(高应力束组成)和老顶岩层承载结构,共同承担、传递和转移上覆岩体的荷载,工作面位于两者保护的低应力区内。工作面围岩破坏场发育在高应力集中区下的卸压区内,而破坏造成的离层区域位移量最大。沿空留巷的刚性充填体导致其自身和覆岩处于高应力状态,形成完整未破坏区域,降低了采空区上方破坏区的高度和范围,使本工作面采空区上方破坏区不能与临近破坏区贯通,瓦斯得不到有效释放和卸压。在倾向方向,工作面中部垂直位移大于上部和下部,对充填体产生向巷道内的水平推力,充填体水平位移较大,不利于巷道围岩稳定性控制。因此,合理控制充填体的强度和刚度是沿空留巷开采取得最佳效果的关键。

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粉土地基真空井点降水效果及土颗粒迁移效应

聂庆科,王英辉,白冰,贾向新,王宗奎

地下空间与工程学报. 2015, 11(6): 1572-1580.

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为研究粉土地基中群井条件下的真空井点降水过程及降水效果,进行了现场试验。试验表明,群井条件下,随井点间距的减小和井点深度的增大,水位下降要快得多。由于群井降水具有显著的三维空间效应,所以,群井降水引起的地下水位降低要比单排井点和单井点更为显著,同时,降水引起的地下水位下降范围也更大,这一效应随井点深度的增加更为明显。由现场取得原状土样进行的室内渗透试验表明,连续抽水后,在真空和水力的双重作用下,土层中的土颗粒有明显的迁移,导致地层中土的孔隙比增大,渗透系数也明显增大。

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紧邻地铁侧方深基坑支护设计及变形控制

冯龙飞,杨小平,刘庭金

地下空间与工程学报. 2015, 11(6): 1581-1587.

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地铁沿线高强度、高密度的物业开发,必然会产生大量的深基坑工程,邻近地铁侧方深基坑开挖便是其中最常见的一种外部作业形式;此类深基坑工程必须采取安全可靠的支护方案来保证基坑和地铁结构的安全。以广州地铁侧方典型深基坑工程为例,介绍了内撑式和双排桩两种常用支护体系的特点及其工程应用情况,并通过地铁位移监测、基坑变形监测分析,探讨了基于地铁保护的深基坑支护设计及变形控制,所举实例的变形监测结果均可满足控制要求,表明合理的支护设计和土方开挖方案能有效控制侧方地铁隧道的变形,可为今后类似工程的设计和施工提供参考和积累经验。

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某超大深基坑工程围护墙变形实测与分析

王旭军,龚剑,赵锡宏

地下空间与工程学报. 2015, 11(6): 1588-1595.

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某深大基坑工程采用主楼顺作、裙房逆作的总体施工方案。基于实测数据,对裙房逆作深大基坑工程的围护墙变形性状及影响因素作了深入分析。分析结果表明:首层开挖时,在东、北两侧基坑盆边预留土堤尺寸较大的条件下,盆中土方开挖所引起的墙体侧移也较为可观;围护墙平均最大侧移与开挖深度的比值为0.262%;各阶段围护墙侧移增量最大值发生位置的深度与开挖面之下的土层硬度相关,当开挖深度达15.7 m以后,因开挖面之下的土层变硬,侧移增量最大值发生的位置都在开挖面之上;基坑边角附近存在显著的空间效应,且基坑的角部空间效应随基坑角部的角度增大而减小,当基坑角部角度达110°时,基坑角部的空间效应不明显;在一定的开挖深度条件下,墙体侧移随开挖深度的增加而增大,但当开挖宽度达到一定值后,墙体侧移将不随开挖宽度的增加而增大;施工场地大门出入口处的墙体侧移受车辆动载的影响较大。

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空间效应对基坑开挖围护结构变形的影响

付立彬,宋梦

地下空间与工程学报. 2015, 11(6): 1596-1602.

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基坑开挖具有明显的空间效应,开挖尺寸的变化会引起空间性状的改变,进而影响深基坑的稳定性。本文通过建立摩尔-库伦屈服准则的三维基坑阶梯开挖模型,分析了郑州地铁一号线桐柏路站不同施工工况下的基坑变形,将计算值与实测值作对比,结果较为接近。为了更直观地分析基坑空间效应对围护结构变形的影响,在其他施工参数设置不变的情况下,通过增大第一、二层钢支撑处的开挖深度建立了基坑超挖模型,分析了尺寸效应的改变对围护桩变形的影响程度。结果表明:控制基坑开挖临界面尺寸可有效地减小围护结构的变形,既保证了基坑施工过程的安全稳定,又提高了施工效率。

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砂卵石地层圆形深基坑排桩支护结构受力特征

张家国,肖世国,邹力,吴兴序,余勇

地下空间与工程学报. 2015, 11(6): 1603-1610.

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平面为圆形的深基坑工程近年来逐渐出现在以砂卵石地层为主的成都平原地区,其支护结构型式多为排桩结合圈梁构成的排桩框架结构。这种空间结构受力较为复杂,针对工程实际的迫切需要,基于数值模拟方法,依托成都某圆形深基坑工程,分析了排桩框架结构的内力和变形特征及桩径、桩端地层、基坑直径等因素对其的影响规律。结果表明,围护桩后侧土压力接近三角形分布,可采用Rankine理论近似计算,结果偏于安全,误差约为30％;围护桩具有双向弯曲特征,冠梁和腰梁均以轴向受压为主,腰梁受力较大;随着坑径增大,作用于围护桩上的土压力先减小后增大,其间存在使土压力最小最佳坑径。

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土体强度对土钉墙设计参数及经济性影响分析

林志强,赵维炳,林生法,庞井龙,王雪奎

地下空间与工程学报. 2015, 11(6): 1611-1616.

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针对目前土钉墙设计参数进行优化设计只是在给定土体强度下进行的,且其优化算法仍有些缺陷,而在不同粘聚力c、内摩擦角φ下,研究分析土钉墙参数选取及经济性也具有重要的理论和实际意义。从不同土体强度出发,以单位墙长土钉墙工程造价为目标函数,按规范要求设置约束条件,建立了不同土体强度对土钉墙设计参数及经济性影响的计算模型,并应用嵌套的改进的遗传算法求解,得到土体强度与土钉墙设计参数、土体强度与土钉墙经济性的关系曲线,并对其计算结果进行分析。所得结论可为土钉墙参数设计选取及经济性分析提供理论支持。

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微型桩加固边坡的合理桩间距确定

谷拴成,甄希翠

地下空间与工程学报. 2015, 11(6): 1617-1621.

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微型桩被广泛应用于边坡加固、基坑围护、地基处理等工程领域,取得了较好的工程效果。目前,关于微型桩的设计研究工作相对滞后,一般只考虑单桩的作用而忽略了桩—土共同作用。本文阐述微型桩在边坡工程中的加固机理、微型桩的受力特征和破坏模式,并根据普通抗滑桩桩间距确定方法中的土拱效应来考虑微型桩的桩-土共同作用,提出了微型桩的合理桩间距确定方法,并对最大桩间距的影响因素进行了系统分析,对工程实例的分析表明研究成果可为类似工程提供参考。

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微型钢管桩桩间土滑塌机理与监测验证

姚爱军,王成,田治州,宁方端

地下空间与工程学报. 2015, 11(6): 1622-1626.

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桩间土滑塌是基坑工程中经常出现的一种破坏形式,对基坑工程的安全产生重大威胁,因此,研究桩间土滑塌的条件和机理就显得尤为重要。本文结合某微型钢管桩基坑支护工程桩间土滑塌实例,对桩间土滑塌的机理进行了详细的研究和阐述,并结合全自动远程实时监测装置测得的地表沉降数据辅助验证。研究结果表明:桩间土的滑塌可分为桩间土拱形成、蠕变与塑性变形、桩间土拱破坏三个阶段,滑塌的触发原因为地下水位回升,导致土体抗剪强度降低,土拱破坏;采用自主研发的全自动远程实时监测系统能够及时准确的测量出地表沉降,并反应出基坑开挖、气温变化及降排水条件等对坑周土体地表沉降的影响,对保障基坑安全施工有重要的意义。

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富水区明挖高速铁路隧道渗漏水防治技术研究

王剑明,杨其新,蒋雅君

地下空间与工程学报. 2015, 11(6): 1627-1632.

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本文结合某城际高速铁路明挖隧道工程,在对其现用防水设计进行分析的基础上,分析了该工程渗漏水发生的特点及其产生的原因。针对工程渗漏水的情况,结合高速铁路对隧道渗漏水的控制要求,提出“以防为主,防治结合,关键部位重点设防”的防水思路。以“可维护性、加强排水”为指导,对富水区明挖高速铁路隧道主体结构采用分区防水的措施,并预留注浆管,同时,设置连通结构内外的排水盲沟系统;对施工缝及变形缝等细部位置,通过采用内外排水沟槽,进行多道设防并预留注浆管的措施进行重点设防,以提高其在后期运营过程中的防水能力。工程实际应用中产生了较好的防水效果。

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土质边坡下压煤开采充填布置初探

王子豪,张秀丽, 王浩

地下空间与工程学报. 2015, 11(6): 1633-1640.

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边坡下压煤的开采一直是工程上的难题,在“三下”压煤开采中应用较成熟的充填开采法可以很好地控制边坡移动。本文采用Abaqus有限元软件,分析了在不同充填率下,第四系土质边坡坡脚点水平位移随逆坡向开采推进的变化规律。模拟结果表明,随着充填开采推进,不同充填率下坡脚点水平位移都经过先增大、后减小、再增大三个变化过程。开采经过坡脚时位移变化剧烈,而后位移增量逐渐较小,在充填率达到75%时,位移增量最终小于0.05 mm·m^-1,认为位移收敛。基于坡脚点的水平位移变化分析,提出充填布置优化方案,并进行整体稳定性分析。结合现场监控量测及时反馈,研究结果可以为边坡下矿体安全经济开发提供参考。

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基于岩溶发育地质模型的隧道地质预测

谭信荣,陈寿根,王磊,马辉

地下空间与工程学报. 2015, 11(6): 1641-1648.

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为更加系统全面预测和了解可能在隧道施工中遇到岩溶,根据岩溶发育规律和特点,建立了岩溶在水平岩层、倾斜岩层、背斜岩层、向斜岩层地质构造条件下不同节理发育程度和不同位置隔水层情况下的岩溶发育地质模型,根据隧道工程所处的地质环境,利用地质模型判断未开挖岩层中的岩溶发育类型、规模等情况,并结合物探和超前钻探等方法实现隧道未开挖段岩溶的超前预报。实际揭露岩溶情况与预测结果对比表明,岩溶发育地质模型可以从宏观上比较准确地预测隧道未开挖段的岩溶发育情况。

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地震载荷工况下输油管道应力分析

沈坤蓉,吴佳丽,黄坤

地下空间与工程学报. 2015, 11(6): 1648-1652.

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我国输油管道工程沿线地形地貌多变。在途经地震带时,由地震的偶然载荷引发的地震作用会对管道增加应力,造成一定程度的破坏。为探究地震对输油管道安全的影响,根据ASCE 7提供的方法,将地震作用转化为地震加速度,采用CAESAR II应力分析软件对某区地震带的输油管道建模并进行应力和位移分析,得出了地震工况下管道的应力、位移分布情况及应力集中关键点的位置。提出建议:对地震带输油管道采取减震措施时,应重点对横向的地震载荷进行控制。

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