地下空间与工程学报

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徐静,谭章禄

地下空间与工程学报. 2016, 12(1): 1-5.

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从城市地下空间安全管理问题和需求出发,构建了基于智慧城市的地下空间安全管理模型,体现为透彻感知、深度互联和智能应用的特点。结合中关村大型公共地下空间智能安全管理系统建设实例,对物联化、互联化和智能化技术路径及其工程实现进行了分析。基于智慧城市的地下空间安全管理系统是一个复杂的自感知、自调节的闭环系统,通过采用先进的网络通信、物联网、可视化、仿真模拟等技术,可以对庞杂的安全信息进行综合动态管理,提高数据实时采集、关联处理和智能分析能力,从而使复杂的城市地下空间透明化,真正实现安全闭合管理和智能决策。

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广州珠江新城地下工程空间句法分析

孙青峰,张伟一,王雷

地下空间与工程学报. 2016, 12(1): 6-10.

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目前,对于地下空间的研究多以文字的描述为主,对于其中抽象的、深层的空间结构形态与社会活动之间关系的研究较少。本文运用GIS和Axwoman集成软件,定量分析广州珠江新城地下工程的内部空间结构特征,探讨空间句法在地下空间结构形态研究中的应用,并将计算结果与行人主观评价进行对比验证。研究结果表明:珠江新城地下空间结构总体布局集成度较高、智能度较高、可理解性较好,但也存在着便捷度较差的局部区域。针对这些不足,笔者提出增加吸引子和延长部分集成度较高轴线长度的建议,试图从定量分析的角度,综合应用空间句法软件,为今后地下空间规划提供设计参考。

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城市居住区地下停车对微气候的影响研究

杨晓彬,陈志龙,上官林宏,肖秋凤,王兴斌

地下空间与工程学报. 2016, 12(1): 11-19.

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目前,国内越来越多的居住小区进行了地下停车规划的实践,利用腾出来的地面创造了更多的水体与绿地,改善了生态环境。本研究以南京某居住小区地下停车规划为实例,以微气候流体力学模拟软件Envi-met为手段,通过对该小区进行地下停车规划与不进行地下停车规划两个方案进行冬夏两季的居住区室外微气候模拟分析,利用模拟计算得到的微气候参数(风速与风向、空气温度、相对湿度)、空气质量参数(CO₂分布)以及室外人员热舒适参数(平均辐射温度MRT)等数据,通过两种方案的模拟结果对比,量化分析了地下停车规划对该居住区外环境的影响,探讨了地下停车规划对居住区城市微气候的影响与效益。

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考虑非均匀表皮效应的承压稳态井流差分解

王玉林,谢康和,李传勋,黄大中,钟瑜隆

地下空间与工程学报. 2016, 12(1): 20-24.

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鉴于现有的井流模型理论通常将竖井井周的表皮层视为各向同性、厚度竖向均匀分布,与工程实际不符合,其对承压层水头降和竖井产能的计算和分析产生较大误差,笔者考虑了井周表皮层非均匀分布、竖向越流作用和承压层各向异性,建立了相应的承压含水层地下水稳态井流模型,采用有限差分方法,将三维渗流偏微分方程转化为矩阵微分方程,通过矩阵理论求得承压层渗流数学模型的半解析解。应用数学软件编制程序,将得到问题解应用于实例分析,结果表明:承压层表皮层扰动区半径、渗透系数及其竖向分布形态对承压层水头降及竖井产能都有明显的影响。

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裂隙岩体表征单元体的确定及工程应用

陈云娟,朱维申,王知深,李邦翔, 郑春梅

地下空间与工程学报. 2016, 12(1): 25-29.

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以某水电站为工程背景,介绍了两种确定裂隙岩体REV的新方法:数字图像处理法和非连续变形DDARF法。依据水电站岩性差异、风化及卸荷程度,将围岩划分为若干工程地质区段并建立随机裂隙网络模型,研究尺寸效应对岩体力学参数的影响规律,获得了REV表征尺寸和等效力学参数;得到岩体的非线性强度准则,嵌入FLAC^3D对水电站开挖进行模拟,并监测关键点位移。结果表明:水电站围岩的抗压强度与围压成正相关;洞室开挖对厂房上下游中部和拐角处影响较大,应加强对这些部位的支护;关键点的位移数值结果与现场监测值基本吻合,误差小于5%。数字图像处理法和DDARF法为裂隙岩体REV的确定开拓了新思路,对复杂条件下地下洞室围岩的稳定性分析有广泛的应用前景。

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用于离散元分析的胶结材料三维微观接触模型

蒋明镜,申志福

地下空间与工程学报. 2016, 12(1): 30-37.

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岩石、结构性土、含水合物深海沉积土(能源土)等岩土材料均可视为由颗粒骨架和粒间胶结物共同构成的胶结型材料。简单实用的微观粒间接触模型是采用离散元数值方法分析胶结体系宏微观力学特性的基础。针对有一定厚度的粒间胶结形式,将胶结物简化为存在于颗粒之间有一定厚度的短圆柱。通过对胶结物内部应力分布进行适当简化推导了三维粒间接触模型,包括法向、切向、弯曲和扭转四个方向的相互作用规律。最终所得模型结合了理论推导和既有室内胶结接触力学试验成果,考虑粒间胶结物的法向压碎过程,能描述切向、弯曲和扭转单独作用的破坏过程以及剪弯扭共同作用下的破坏准则。模型形式简单,易于引入离散元程序。

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岩土热物理指标的分析计算

彭友君,彭博

地下空间与工程学报. 2016, 12(1): 38-43.

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地铁车站空调系统节能和通风节能计算需要利用岩土的热物理指标,地铁结构和围岩热物理指标差异在衡量隧道余热被吸收和传导作用时是设计研究的重点问题。一般条件下准确测试岩土的热物理指标比较困难,研究科学的解决方法是地铁勘察的重要课题之一。通过分析当前地铁通风设计和冻结法施工对热物理指标的需求现状,从热物理指标是岩土材料固有的物理性质出发,考虑了地铁工程的特点以及岩土孔隙率和温度对热物理指标的影响,在总结前人有关热物理指标计算方法优缺点的基础上,按照土力学理论进行推导,分岩土类别给出了导热系数和比热容的简化计算公式,公式中未知变量少,补充和完善了地铁勘察手段。将计算结果与实测值的统计结果进行比较,相对误差较小。

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单轴荷载下砂岩波速特征与损伤演化规律研究

何玉红

地下空间与工程学报. 2016, 12(1): 44-48.

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超声波波速变化是判定岩体裂纹扩展、损伤演化的重要手段。联合单轴压缩与超声波波速测试试验,探索了加载过程中砂岩试样的波速变化特征,并据此对砂岩的破裂发展及损伤程度开展了评价。结果表明,在压密和弹性阶段内,砂岩的波速和动弹性模量都呈增大趋势,表明砂岩结构随加载变得更加致密;而随加载进行由弹性阶段逐渐进入塑性阶段,波速和动弹性模量均开始下降;横波、纵波波速的转折点基本对应压密—弹性、弹性—塑形的转折点,而波速比的变化较符合岩心内部裂隙发展特征;对比发现,横波波速变化比纵波波速敏感性更大;在整个加载过程中,岩石的动弹性模量与应力应变曲线都呈现良好对应关系,表现为弹性阶段后期动弹性模量开始下降,而进入塑性阶段后,动弹性模量下降速率渐趋于最大值。该研究可为砂岩内部损伤演化规律及灾变预报预警等有益参考。

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盾构隧道管片上浮机理与控制分析

董赛帅,杨平,姜春阳,王亦玄

地下空间与工程学报. 2016, 12(1): 49-54.

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盾尾后方管片上浮是盾构法隧道施工过程中普遍存在的问题。本文针对南京地铁三号线TA-14标胜-天区间的盾构隧道施工过程中出现的管片上浮现象,分析了盾构隧道掘进过程中管片上浮的机理。从实测数据及受力分析入手,提出了管片上浮的两个阶段,其中第一阶段为管片上浮的主要时间段,在短时间内就完成了管片上浮总量的70%,为重点研究阶段。研究探讨了管片上浮量的决定性因素,认为改善水泥砂浆的初凝时间以及早期抗剪强度是有效控制管片上浮的重要措施之一。提出了施工过程中盾尾后方管片上浮的对策和针对性措施,可为今后类似盾构隧道施工提供参考。

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盾构隧道结构刚度不连续性对衬砌内力及变形影响分析

孙金

地下空间与工程学报. 2016, 12(1): 55-60.

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盾构隧道衬砌是由若干管片装配而成,管片接头的存在是盾构装配式衬砌的主要特征,管片间接头处的刚度的折减造成了隧道结构整体刚度的降低。笔者根据管片接头双直线型力学模型,提出一种可以真实反映接头转角和弯矩耦合轴力非线性关系的有限元分析方法。结合某采用盾构法施工的输水管道工程,对施工开挖和运行充水工况进行二维数值模拟,计算结果表明,该有限元方法能有效模拟管片接头的力学特点,盾构隧道管片间接头的存在降低了衬砌的刚度,使管片环变形增大。

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黄河三角洲沉积物侵蚀再悬浮动力机制研究

刘姣,郭腾飞,单红仙

地下空间与工程学报. 2016, 12(1): 61-69.

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在黄河三角洲沉积动力学研究中,波浪与海流是海底沉积物再悬浮的主要动力因素, 两个动力因素如何影响沉积物侵蚀再悬浮,亟待深入研究。笔者应用自制屏蔽波浪或海流实验箱在现代黄河三角洲地区开展观测研究,结果表明:(1)在屏蔽波浪的条件下,当该研究区域风浪小及海水流速小于15 cm·s^-1时,海底沉积物不发生侵蚀再悬浮,海水浊度小于30NTU;当该研究区域风浪大及海水流速在15-40 cm·s^-1之间时,海水浊度一般在100NTU-500NTU之间。(2)在屏蔽海流的条件下,海水浊度随有效波高增大而增大,波浪对沉积物再悬浮贡献率为14%~73%。(3)在波致沉积物再悬浮过程中,波浪“泵送”作用对沉积物再悬浮贡献为11.5%~42.8%,波浪剪切作用对沉积物再悬浮贡献为57.2%~88.5%。

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考虑加固变形条件下的压力分散型锚索张拉方法研究

刘鸿

地下空间与工程学报. 2016, 12(1): 70-76.

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张拉方法对压力分散型锚索的单元力学性能有很大影响,对于当前常用的整体张拉、先补偿差异荷载后整体张拉方式而言,两种张拉工艺的单元荷载差异较为显现,采用先补偿单元差异荷载后分级整体张拉的方法,可以降低单元荷载差异,使锚索各单元受力较为均匀;对于加固后滑体发生位移的压力分散型锚索,采用先补偿单元差异荷载后分级整体张拉的方法,各根钢绞线上的荷载可达到极限值,这种张拉方法不要求各锚索单元的锁定荷载相同,但边坡变形后锚索的荷载不均匀系数不大,优点是各根钢绞线的荷载能同时达到设定的极限值。

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抗拔桩实验确定地层变形模量的模拟研究

邓稀肥,伍军,梁超,陈守强,何宏盛

地下空间与工程学报. 2016, 12(1): 77-83.

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在地下工程数值模拟计算中,土体变形模量的取值对计算结果影响很大,然而多数数值模拟计算忽视了土体变形模量随着埋深的变化。本文以郑机城际线机场站基坑工程为依托,假定土体变形模量随着埋深呈线性增大趋势,通过模拟现场抗拔桩实验,并对比模拟计算结果与现场实验数据,得出了相应土体摩尔库仑模型的变形模量与埋深之间的近似线性关系。研究所得土体变形模量参数进一步应用于依托工程中的支撑轴力的数值模拟计算,数值模拟计算结果与现场监测数据较为吻合,进一步验证了该参数取值方法的合理性,计算结果能够有效地指导施工。该数值模拟抗拔桩实验获取土层变形模量的方法可为类似工程提供有价值的参考。

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非均质地层地质剖面的随机预测模型

雷进生,夏磊,王乾峰,曹雪廷,陈建飞

地下空间与工程学报. 2016, 12(1): 84-89.

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基于目标要求进行非均质地层的地质建模,对地层局部地质信息的变异和随机性进行精细化描述和预测。基于随机分形理论,结合地质勘探资料,以孔隙率作为区域土层物性参数的数据源,采用改进数盒子法对钻孔数据分析和计算出分形维度,并应用Diamond-Square方法,考虑多个随机变量的相互关联作用,建立了孔隙率、渗透率等土层物性参数的随机分布预测模型。针对土层的地质点参数的相关性和其他不确定性因素,提出土性参数不确定性数学模型,并给出了土层中压缩模量与孔隙率之间的关系。

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采动应力效应下的煤层底板裂隙演化规律研究

高召宁,孟祥瑞,郑志伟

地下空间与工程学报. 2016, 12(1): 90-95.

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煤层底板突水的实质是采动应力诱发煤层底板裂隙失稳、扩展和贯通,形成突水通道,进而引发突水灾害。根据回采工作面前后支承压力分布规律,笔者建立了煤层底板应力计算模型,分析了随着回采工作面的推进煤层底板中的垂直应力和水平应力分布规律以及煤层底板的破坏形式;对煤层底板岩体进行了破坏分区,根据断裂力学理论给出了不同区域内,裂纹不同破坏模式下的张开位移表达式;采用震波检层技术验证了煤层底板采动裂隙动态的演化规律,有利于煤矿底板突水预测和突水防治措施的制订。

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体系可靠指标对随机变量分布参数的敏感性

赵庆丽,袁勇

地下空间与工程学报. 2016, 12(1): 96-101.

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目前,在体系可靠指标对随机变量的敏感性分析中,没有考虑失效模式间的相关系数对随机变量的敏感性。针对这个问题,通过理论推导,得到了失效模式间的相关系数对随机变量的敏感性,进而修正了体系可靠指标对随机变量的敏感性表达式;根据敏感性定义及参考现行规范,提出了随机变量作为常量的判断标准。算例结果表明,修正的体系可靠指标对随机变量的敏感性表达式是正确的,提出的随机变量作为常量的标准是可行的。因此,本研究完善了体系可靠指标对随机变量的敏感性分析方法,为提高结构体系可靠指标的计算效率提供了理论依据。

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冻结风立井白垩系砂岩导热特性的试验研究

杨更社,屈永龙,李庆平,孙永岗

地下空间与工程学报. 2016, 12(1): 102-106.

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为掌握我国西部白垩系富水基岩的热物理特性,采用基于瞬态平面热源技术的Hot-Disk 热常数分析仪对不同温度(-30 ℃、-20 ℃、-10 ℃、-5 ℃、0 ℃、10 ℃、27 ℃)、不同含水(干燥、微量含水、大量含水、饱水)、不同粒径(中粒、粗粒)白垩系砂岩的热导率λ进行了测试。结果表明:饱水砂岩热导率λ随温度降低而先增大后略有减小并趋于稳定,-10 ℃时达峰值3.375 W/m·K;砂岩热导率λ随含水率ω增加呈先增大后减小趋势,λ的范围在0.368-2.242 W/m·K之间,当ω=6.282%-7.539%时热导率λ较大,此时中砂岩最大热导率可达2.242 W/m·K;常温下,相同含水的非饱和白垩系粗砂岩热导率总大于中砂岩0.254~0.284 W/m·K,其中粗、中砂岩平均孔隙度分别为15.169%、21.863%,说明非饱和时砂岩孔隙度越小、颗粒粒径越大则热导率越大。可为西部白垩系地层深厚富水基岩煤矿立井冻结设计提供科学的理论依据。

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混凝土内支撑结构温度效应三维数值分析

彭全敏,王沛, 刘琦

地下空间与工程学报. 2016, 12(1): 107-113.

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随着极端天气气候的频现,温度变化对基坑支撑结构的影响越来越不容忽视。为考虑基坑支护体系的空间效应,本文在空间杆单元协调模型基础上,采用三维有限元数值模拟的方法,研究了水土压力荷载(含支撑自重)和变温作用下内支撑结构的内力与变形。数值分析结果表明,支撑主要受轴力、弯矩和剪力共同作用,其中轴向压力最大,局部杆件根部有较大弯矩;升温增大支撑结构的内力,对轴向压力影响较大;降温增大支护结构的变形,对坑顶水平位移影响较大;支撑结构内力随温度呈线性变化,在升温和降温阶段,内力变化率不同。

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既有建筑桩基础开挖过程中承载特性数值分析

贾强,张鑫, 张琳

地下空间与工程学报. 2016, 12(1): 114-118.

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既有建筑物增设地下空间时,需要运用桩基础支撑上部建筑物,才可开挖建筑物下面的土方。随着桩周土减少和桩基础的暴露,桩的承载特性会出现变化。运用ANSYS有限元程序分析了桩周土开挖前、开挖10m和开挖20m等工况下,桩基础承载特性的变化规律。从分析的结果可以看出,开挖前后桩基础沉降表现出中间桩沉降大、周边桩沉降小的规律;随着开挖深度增大,桩基沉降量明显增大。上段桩周土开挖后,不仅造成未开挖部分桩身侧阻力和桩土间的滑移量增大,而靠近开挖面处增加更明显。当开挖至桩承载力接近极限状态时,桩底的侧阻力和滑移值逐渐接近开挖面附近的数值。

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盾构进出洞时端头土体纵向加固范围研究

曹成勇,施成华,彭立敏

地下空间与工程学报. 2016, 12(1): 119-125.

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为研究盾构进出洞时端头土体纵向加固范围的问题,本文基于极限平衡理论,建立盾构进出洞时端头加固土体二维稳定性分析的理论模型,推导了相应的端头土体纵向加固尺寸的计算公式,进而对一工程实例进行了计算分析得到其端头土体纵向加固长度至少应为7.43 m,最后讨论了端头加固土体粘聚力、内摩擦角、隧道直径等重要参数对端头土体纵向加固范围影响。研究结果表明:端头加固土体的粘聚力、内摩擦角对端头土体纵向加固范围影响显著,随着端头加固土体的粘聚力和内摩擦角增大时,端头土体纵向加固长度都将会减小。隧道直径越大,端头土体纵向加固长度也越长。

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在侧爆作用下锚固洞室抗爆加固效果研究

王光勇,王超,余永强,马东方

地下空间与工程学报. 2016, 12(1): 126-130.

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为了给抗爆洞室的锚杆支护设计提供参考,利用数值分析软件LS-DYNA3D程序, 研究了在侧爆作用下的锚固洞室的抗爆加固效果。结果表明:毛洞和锚固洞室裂纹分布比较相似,由于反射拉伸在侧墙附近形成了两个裂纹区;在侧墙附近形成的第一个裂纹区,毛洞形成的裂纹区比锚固洞室广、粗,而在第二裂纹区,锚固洞室的裂纹区比毛洞稍广、细;经过锚杆加固的洞室峰值位移减少1.1 mm,减小24.4%,说明锚固洞室具有较好的抗爆加固效果。

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基于集对分析方法的深基坑支护方案优选研究

蒋英礼,邓子胜,王冬英

地下空间与工程学报. 2016, 12(1): 131-137.

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针对影响深基坑方案优选的因素非常复杂,且各因素相互关联,为了得到优化的最佳方案,本文采用集对分析法(SAP)进行深基坑支护方案优选研究。分析了当前集对分析法进行基坑支护方案优选的缺陷,并提出改进的集对分析法用于基坑支护多方案综合评价的多目标决策的方法和步骤;为更合理地诠释各指标因素的影响,采用层次分析法和熵值法相结合的组合赋权法计算各指标的权重;最后结合实例,对集对分析改进前、改进后和模糊灰关联投影法三种方法进行了比较,结果显示改进后的集对分析方法更符合工程实际的综合评价结果,且概念清晰,方法合理,具有一定的推广和实用价值。

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三维GIS可视化系统在地铁监测中的应用

甄红锋,赵耀强,成波

地下空间与工程学报. 2016, 12(1): 138-142.

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针对当前地铁施工监测信息管理三维可视化程度不高,二、三维GIS地理信息可视化交替运作以及三维GIS地理信息查询分析研究不足的问题,在制作监测信息三维GIS电子地图的基础上,创建了基于三维GIS的地铁施工监测信息管理系统,成功的将三维GIS地图应用到了地铁施工管理中,实现了三维测点与属性数据库的相互查询以及监测信息二、三维两种方式联合管理,提高了地铁工程的可视化效果和信息化施工技术水平。

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浅埋强风化岩车站拱盖——桩锚组合施工技术研究

王渭明,孙捷城,王丹,秦志斌,周冰

地下空间与工程学报. 2016, 12(1): 143-152.

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青岛地铁3号线中山公园站地处闹市区,地面交通流量大,安全等级高。主体车站原设计采用大拱脚拱盖法施工,但实际施工中,发现车站主要位于强风化花岗岩中,不能满足拱盖结构的持力要求。因此,需要对拱盖法的施工技术进行优化研究。文章通过建立强风化岩体的主体车站稳定性分析模型,研究了不同地质条件下围岩的变形与塑性区发展情况,针对拱盖法拱脚位于强风化岩体上承载力不足的问题,提出了基于提高基岩承载力的浅埋强风化岩体地铁车站拱盖—桩锚组合施工技术,分析了桩锚支护参数对多种因素的综合影响效应,提出了一种支护效果的定量性评判方法,确定了拱盖—桩锚组合施工技术的最佳支护参数。

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新建地铁车站上穿既有地铁结构的变形控制

许有俊,聂鑫路,魏云杰,银英姿,鲍先凯

地下空间与工程学报. 2016, 12(1): 153-161.

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以北京地铁4号线西单站上穿既有1号线区间隧道工程为背景,对新建地铁车站近距离上穿既有线过程中既有地铁结构的分步变形控制标准及技术进行研究,主要得到以下结论:(1)施工前对既有地铁结构进行检测与评估,既有1号线区间结构已超出安全临界状态,需对既有结构二衬进行加固。(2)采用FLAC3D软件建立三维地层-结构模型,基于变位分配原理,将上浮变形控制值按关键施工步序分解,按照控制值的70%、80%作为预警值、报警值,制定分步变形控制标准。(3)施工过程中,按照浅埋暗挖法“十八字”方针,采取既有结构周围土体袖阀管深孔注浆加固、中空预应力抗浮锚杆等技术抑制既有结构的上浮变形等措施。(4)既有结构的最大上浮值为2.1 mm,左、右线第2层、第3层导洞的开挖是引起既有线上浮的主要原因,纵向变形模式基本符合正态分布曲线;轨道结构累计最大上浮值为2.9 mm。

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南阳渠12^#隧洞三维曲线顶管法施工要点研究

姜福基,刘乃飞

地下空间与工程学报. 2016, 12(1): 162-168.

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南阳渠灌溉工程12^#隧洞出口段围岩为饱和软土,为了避免开挖掘进过程中出现塌方、冒顶等工程事故,笔者结合地质和工程实际情况在国内首次提出了三维曲线顶管法施工方案。基于对出发井设计、项管设计、顶管设备选取、曲线顶管设计和施工方法等多个方面的研究,提出了出发井采用钢板沉井方案、洞身段采用手掘式土压平衡法顶管技术等,并在出发井配置2台顶力为4 000 kN的千斤顶进行顶进,且每隔66 m增设中继站。所设计研究成果不仅显著降低了工程投资和加快了工程进度,而且确保了该工程的顺利施工,为类似工程采用顶管法施工积累了丰富的经验。

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紧邻地铁车站地下空间楼层振动效应测试评价

孙可,张巍,徐炎达,周立,周发

地下空间与工程学报. 2016, 12(1): 169-175.

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地铁列车运行引发车站临近地下空间楼层振动,对其理论完善有赖于现场实测及数据分析。本文以紧邻地铁车站的某大型地下空间为例,基于Imote2无线传感器网络平台,对地铁列车进站-停靠-出站阶段地下空间楼层振动效应进行了实测。分别获得了加速度时程谱与频谱,计算出楼层测区内的Z振级分布,并对三分之一倍频程各中心频率的分频振级分布特征进行了分析。结果表明:楼层钢筋混凝土楼板在弹性波传播方向上存在阻尼作用,但对于不同频率的弹性波,其阻尼耗散程度不同;弹性波在楼层内传播过程中,不仅存在振幅随传播距离增大而衰减的现象,还存在复杂的波动干涉行为,并导致振动效应放大区的出现;测区楼板被激发出的前两阶固有频率分别为1.60 Hz与3.15 Hz,二者的分频振级均小于60 dB,对人体健康造成的潜在不利影响较小;为降低楼层振动效应对建筑体及附属设施的不利影响,可考虑采取进站提前减速、出站推迟加速的方法,亦可考虑在局部地铁道床采取减、隔振等措施,集中耗散高频振动能量。

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黄河冲积地层深基坑支护优化及应用研究

王渭明,严纪兴,赵增辉

地下空间与工程学报. 2016, 12(1): 176-180.

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黄河冲积地层的土体软弱、稳定性差、基坑支护困难,施工风险高,极易诱发恶性工程事故。本文以济南省会文化艺术中心大厦深基坑为工程背景,采用现场监测数据分析、统计建模和FLAC^3D数值模拟相结合的方法进行模型优化和辩识参数。以支护桩体水平位移为基坑变形稳定性评价指标,讨论了支护桩插入比、支护桩刚度、锚索预应力等因素对该指标的影响,进而提出了适合于济南市冲积层深基坑支护的合理参数。确保了济南省会文化艺术中心大厦深基坑施工的安全、优质;为同类地层深基坑支护提供了支护设计经验和参考。

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长沙地铁典型地层盾构施工地表沉降分析与预测

蒋彪,皮圣,阳军生,牟友滔

地下空间与工程学报. 2016, 12(1): 181-187.

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分析了长沙地铁二号线沿线地层特征,以及盾构施工状况,基于长沙地铁土压平衡盾构穿越典型地层100多个地表沉降观测断面大量的地表沉降实测数据的统计分析,探讨采用Peck公式预测长沙地铁施工引起的地表横向沉降槽的可行性,得出了预测长沙地铁土压平衡盾构施工引起的地表沉降基本参数的取值范围,即地表沉降槽宽度系数(K)0.3-0.6,地层损失率0.5%-1.25%。应用本文获得的地表移动参数,采用Peck公式可以较好预测长沙地铁施工引起的地表沉降,及其对于邻近结构物的影响。

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飞机移动荷载下层状路基应力路径特性研究

张甲峰,钱建固,赵春风

地下空间与工程学报. 2016, 12(1): 188-195.

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为研究飞机移动荷载作用下跑道地基受力特性及土体单元经历的应力路径,采用积分变换和传递矩阵法推导了层状地基各应力分量的半解析解,将道路面层-基层-地基视作多层跑道结构体系,将飞机荷载考虑为作用于跑道上的多个移动轮载的叠加,分析了不同移动轮组荷载组合形式下地基内部土单元的偏应力大小、主应力方向的变化规律,揭示了偏应力路径的基本特性;进一步探讨了跑道不同功能区土单元应力路径的差异性,发现不同功能区域土单元应力路径曲线有显著差异,呈现为全心形-上半心形及下半心形的形态,并开展动态空心扭剪试验观察了三种应力路径下土体累计变形的差异性,从而揭示了跑道差异沉降产生的内在机理。

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高速铁路软土路基沉降计算方法探讨

汪江,王炳龙,周彦文,张海佳

地下空间与工程学报. 2016, 12(1): 196-204.

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根据某高速铁路试验段搅拌桩复合地基和真空预压软土地基路堤,在预压期及轨道结构荷载作用下的实测沉降数据,探讨了路堤荷载的实用简化方法、预压荷载及轨道结构荷载作用下复合地基下卧层不同沉降计算方法以及真空预压地基再加载条件下模量的取值范围。分析结果表明:路堤荷载按高度进行等效,与实际情况更接近;利用实测数据反算了真空预压处理过的软土地基再加载条件下,沉降计算中模量的取值为原压缩模量的2.5~3.2倍;在预压荷载作用下采用Boussinesq法计算的下卧层沉降较采用应力扩散角法计算的下卧层沉降小,采用后者计算的复合地基总沉降与实测数据更接近;在计算轨道结构荷载引起的沉降时,分别采用附加应力从路基面和地基面扩散两种方式进行计算时,所得结果差异较大,前者的计算结果与实测沉降更接近。

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基于物元矩阵和理想点法的岩爆烈度预测

刘磊磊,张绍和,王晓密

地下空间与工程学报. 2016, 12(1): 205-212.

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针对岩爆烈度预测问题,采用物元矩阵和理想点法进行了相关研究。在综合考虑影响岩爆发生的主要因素的基础上,以影响岩爆烈度的围岩最大切向应力与岩石单轴抗压强度比σ_θσ_c、岩石单轴抗压强度与岩石单轴抗拉强度比σ_cσ_t和弹性能量指数w_et等三个常用影响因子为评价指标,并且通过改进的层次分析法和熵值法相结合的组合赋权法来评价各个指标的影响程度,构建了岩爆烈度的物元矩阵,以靠近岩爆烈度理想点的远近程度为判断标准,基于此原理建立了岩爆烈度预测的物元－理想点模型。最后,将该模型应用于秦岭隧道、灵宝东峪矿区和冬瓜山铜矿的岩爆烈度预测中,结果表明,该模型的预测结果与实际岩爆烈度基本一致,验证了该模型的可行性。同时,将本文模型和ANN法、Bayes法以及DDA法进行比较,预测结果大致相同,且该模型不需要任何先验知识,求解过程完全由样本驱动,可操作性较强,进一步证明了该模型的合理性和有效性。

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滑坡位移预测的SVR-MIV变量筛选方法研究

黄海峰,易武,刘艺梁,王焕,林海玉

地下空间与工程学报. 2016, 12(1): 213-219.

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支持向量回归机(Support Vector Regression, SVR)在滑坡位移预测研究中已得到广泛应用,但SVR具有模型可解释性差的缺陷,即无法直接获得并筛选最佳预测变量,从而影响预测精度。为此,将较广泛应用于评价神经网络模型变量影响大小的平均影响值(Mean Impact Value, MIV)方法与SVR模型相结合,实现基于SVR-MIV的变量筛选,该方法不但能对所有预测模型初始变量影响大小进行排序,还可以进一步结合反向逐变量剔除分析实现变量筛选。为验证该方法的有效性,选择三峡库区两类典型水库滑坡代表的累积位移监测数据,在采用移动平均法将位移分解为趋势项和波动项的基础上,重点针对波动项位移,选择包括降雨及库水位变动特征在内的12项初始变量,采用SVR-MIV方法进行变量筛选分析。结果表明,该方法筛选出的变量理论上符合对应滑坡变形影响机理分析结论,且可以提高滑坡位移实际预测精度。

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基于多层次灰色理论围岩稳定性评价研究

穆成林,裴向军,路军富

地下空间与工程学报. 2016, 12(1): 220-226.

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围岩稳定性评价是一个复杂的系统工程,主要是影响稳定性的指标多,信息不明确以及难以建立一套科学的评价方法等。根据大量调查研究,甄选了影响围岩稳定性的4个一级指标,17个二级指标,运用层次分析法(AHP)确定指标权重,同时,以灰色理论(Grey Theory)为基础,对指标进行赋值、量化,计算相互关联性,确定了围岩稳定性白色权函数的评价灰类,建立了多层次灰色理论围岩稳定性评价模型,有效地解决了小样本,信息不确切等问题。最后通过对围岩的实地监测,证明该评价模型科学、有效、真实可靠,为围岩稳定性评价和生产提供了参考价值和安全保障。

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两河口地下厂房轴线方位选择与围岩稳定分析

王震洲,侯东奇,曾海燕,廖成刚,张建海

地下空间与工程学报. 2016, 12(1): 227-235.

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两河口水电站地下厂房地质条件复杂,属于高地应力区,加之受进、出水口布置的限制,其洞轴线选择是一个难点。笔者采用三维非线性有限元方法,对两河口地下厂房N3°E和N7°W两个轴线方案展开平行分析。模拟加固措施和实际开挖过程,对两个方案的地下厂房洞室群围岩应力应变特征和稳定性进行分析评价。分析表明:与N7°W轴线方案相比,N3°E轴线方案较好的规避了地应力释放,可以显著限制变形和塑性区发展,建议采用N3°E方案。

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公路隧道揭煤防突技术及实践

黄长国

地下空间与工程学报. 2016, 12(1): 236-242.

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针对以往公路瓦斯隧道揭煤依据已过时的现状,为提高公路瓦斯隧道的揭煤安全性,本文介绍了一套基于新的《防治煤与瓦斯突出规定》的隧道揭煤防突技术体系,该体系以“区域防突措施先行,局部防突措施补充”为总体原则,将整个揭煤过程分为区域综合防突措施阶段、局部综合防突措施阶段和过煤门阶段,并介绍了每个阶段的具体工艺方法和操作要领,最后以发耳隧道M4煤层揭煤为例,详细地介绍了隧道揭煤的全过程的探煤、瓦斯预抽、效果评价、安全防护及通风监控等过程,对今后大断面公路隧道揭煤工作具有一定的借鉴意义。

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中巴喀喇昆仑公路顺层岩质边坡受力分析

廖丽萍,朱颖彦,杨志全,邹代华,Muhammad Waseem

地下空间与工程学报. 2016, 12(1): 243-249.

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为了深入研究中巴喀喇昆仑公路洪扎河以北地段的顺层岩质边坡弯曲失稳机制,采用材料力学压杆稳定及刚性体平衡原理,在D.S.Cavers的基础上考虑地震力作用,分析得到岩质边坡的三种弯曲模型(平面边坡的柔性弯曲、平面边坡的三铰梁模型、曲线边坡的三绞铰模型)的失稳公式,将地震与非地震作用下平面边坡的柔性弯曲进行对比分析。研究结果表明:当内摩擦角φ_j处于0°~15°范围时,若水平地震加速度方向与岩体弯曲方向相反,平面边坡柔性弯曲模型在地震作用下不易发生弯曲变形;若水平地震加速度方向与岩体弯曲方向一致,地震作用下平面边坡柔性弯曲模型的临界状态总长度l总比非地震作用下的l小,平面边坡在此方向的地震作用下更易发生柔性弯曲变形。

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基于径向基函数响应面法的岩质边坡可靠度分析

谭晓慧,宋传中,侯晓亮

地下空间与工程学报. 2016, 12(1): 250-255.

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岩质边坡中存在多种变异性,需要进行岩质边坡的可靠度分析。将数值分析法与可靠度分析的响应面法相结合,进行了岩质边坡稳定的可靠度分析。利用径向基函数网络(RBFN)的全局适应能力强的特点,在响应面法中,以径向基函数网络为响应面函数,将隐式的功能函数显式化。通过对每个响应面新增一个样本点的方法进行样本点的生成及响应面的迭代,计算表明:基于径向基函数网络的响应面法具有较高的计算精度及效率,可以适用于基本变量数较多的可靠度分析问题;本文的边坡算例中,第2层岩体的强度参数对边坡的可靠指标影响最大,而其他参数对可靠指标的影响则相对较小。

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高炉渣填料改良与孔隙率计算方法

刘香,吴永博,许有俊,黄大维

地下空间与工程学报. 2016, 12(1): 256-261.

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由于高炉渣颗粒粒径大、级配性能差,某地基换填工程通过掺拌粉煤灰、碾压及重锤夯实对高炉渣进行了填料改良。通过对填料颗粒分析表明:碾压与重锤夯实的分层厚度合理;改良后的填料级配得到了改善,填料物理改良效果良好;因细颗粒含量不足,填料化学改良效果不良。填筑体内部孔隙组成及其对压实质量的影响分析表明,土体的粒间孔隙体积与土体总体积的比值作为压实质量评价的孔隙率指标更加合理,并提出了采用蜡封法测定高炉渣颗粒内部孔隙的相关计算公式。

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石灰改良土灰剂量“衰减”影响因素研究

边加敏

地下空间与工程学报. 2016, 12(1): 262-267.

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以沿海高速公路启东某路段路基土为研究对象,在对现行EDTA测定方法进行分析研究的基础上,为了研究石灰土灰剂量衰减现象的影响因素,笔者进行了不同石灰掺量的石灰土击实试验、EDTA消耗量与养护时间、初始含水率之间关系试验,试验结果显示随着石灰剂量的增加,石灰土的最大干密度线性减小而最优含水率线性增大,EDTA的消耗量随着养护时间的增加而减小,压实状态下减小速率比未压实的速率大,且压实的石灰土的灰剂量衰减存在转点,EDTA消耗量随着初始含水率的增大而减小,过筛时所测定的EDTA消耗量结果比不过筛时大。

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广甘高速公路在建隧道余震动力响应规律研究

张景,何川,汪波,周艺,许金华

地下空间与工程学报. 2016, 12(1): 268-274.

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以广甘高速公路施工期隧道塌方调研为依托,利用快速有限差分法对强震区软岩隧道支护及围岩的余震动力响应规律进行分析。分析结果显示:余震作用下,塌方发生次数最多、塌方量最大的位置为隧道拱肩部位,围岩主应力极值分布由静力作用下的“十”字型变为“X”型分布,隧道拱肩至拱顶位置处岩体易发生破损;隧道初支内外侧承受拉压交替作用,拱肩位置出现内力极值;当初支背后存在空洞时,围岩主应力极值分布于空洞周围,围岩塑性区显著增大,空洞位置处的初支内力急剧增大,极易发生破坏。时程分析法结果所揭示的规律与现场统计情况一致,研究结果对认识强震区软岩隧道施工中坍塌破坏机理有一定的借鉴意义。

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氡在破碎花岗岩巷道及围岩中的运移机制解析

王曙光,王青海,牛冠毅,宋碧宏,杨伟

地下空间与工程学报. 2016, 12(1): 275-280.

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依托某破碎花岗岩巷道工程,以多孔介质中气体的渗流理论为基础,综合考虑影响氡在破碎花岗岩山体及巷道中运移和析出的多种因素,构建了氡的数值计算模型,给出了山体和通风巷道中的氡浓度计算公式,模拟并比较了自然状态和微正压通风状态下山体中氡浓度分布的变化情况,并对微正压通风状态下巷道中氡浓度的变化情况进行模拟和验证。研究结果表明:扩散作用和渗流作用是巷道围岩中氡运移的主要机制;微正压通风条件下巷道中氡的运移主要受通风作用、围岩的射气作用和氡的衰变作用共同影响;微正压通风能够改变围岩中氡的渗流方向,是巷道降氡的有效手段。

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基于显微CT的地下工程SBS防水卷材微观研究

王庆国,杨其新,蒋雅君,杨娟,Gu Allen

地下空间与工程学报. 2016, 12(1): 281-286.

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利用X射线CT技术对地下工程SBS改性沥青防水卷材的微观结构进行研究,探讨该技术在微观研究中的适用性。通过剪取SBS防水卷材原状试样置于显微CT系统上进行扫描,获得一系列的2D显微CT切片图像,借助图像处理软件进行3D图像的重构,并进行图像处理,最后基于重构图像进行数据的统计和分析。结果表明:对试样的3D重构图像进行分析可以获得添加物颗粒的相关参数,同时可以清楚观察到试样的层状分布形态;试样各区域材料的差异性较大;等效直径60 μm是颗粒数目分布的转折点,其两侧表现出不同的分布规律;中等颗粒和大颗粒对颗粒总体积有很大贡献。研究结果证实了采用显微CT技术对地下工程防水卷材进行微观研究的可行性,为地下工程防水材料损伤及其耐久性研究提供了一种新的途径。

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