地下空间与工程学报

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刘明皓,杨蒙,田水松,付远颂,罗海嘉

地下空间与工程学报. 2016, 12(4): 859-869.

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城市地下空间产权建设研究已成为学术界关注的问题之一,分析城市地下空间的开发利用情况、探究其产权建设显得尤为必要。文章采用文献分析法对国内外地下空间产权建设方面存在的问题进行综述,并提出未来该方面应该加强产权理论研究,完善产权体系,促进地下空间产权方面法律法规建设,具体包括:(1)地下空间权的性质与权利客体范围的确定等仍然是产权理论需要回答的问题;(2)完善产权体系建设,搞好地下空间产权体系顶层设计是未来的一个研究趋势;(3)促进地下空间产权方面的法律法规建设是实践中需要解决的重点问题。可为今后城市地下空间产权建设研究提供理论参考。

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地下物流节点选址的双层规划模型及算法研究

闫文涛,覃燕红

地下空间与工程学报. 2016, 12(4): 870-874.

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地下物流系统是正在兴起的物流系统,能够缓解大城市日益严重的地面交通压力,提高交通运输的效率,减少环境污染。物流节点是地下物流系统的重要组成部分,主要负责货物的集散和配送等活动。本文阐述了地下物流节点的意义与职能,根据地下物流节点的特点并分析了双层规划模型的优点,在双层规划模型基础上建立了从决策者角度出发的上层规划模型和从客户角度出发的下层规划模型,分析了模型的解法并在实例中用MATLAB中的fmincon函数求解模型并得到了满意的结果,验证了双层规划模型在地下物流节点选址应用中的实用性和科学性,为以后地下物流系统建设中物流节点的选址问题提供了参考依据。

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三跨双层地铁车站柱轴力理论解析

高云龙

地下空间与工程学报. 2016, 12(4): 875-879.

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三跨双层地铁车站侧墙与柱起到了传递荷载的作用,目前尚未有关于柱轴力的理论解析式。基于对框架结构的力学解析,通过研究荷载在柱与侧墙的分配比例,理论推导了柱轴力的简易解析式,明确了荷载传递方式,进而分析影响柱轴力的因素及影响程度。研究后,总结归纳出柱轴力的影响因素主要有:顶板和侧墙的弹性约束、结构上部水土压力及结构自重与下部浮力的差值,而结构侧墙上水土压力对柱子轴力的影响微小。最后进行了工程实例对比,该理论解析式的结果与有限元软件计算结果相差较小,该理论解析式可在实际设计中推广应用。本文分析探明了荷载传递方向,对于三跨双层地铁车站的设计具有重要的指导价值。

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非圆形断面围岩应力的工程计算及分析

纪维伟,楼晓明,陈鹏辉

地下空间与工程学报. 2016, 12(4): 880-889.

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经典弹塑性力学算法中,对围岩的应力计算往往采用圆形断面进行简化,而在实际工程运用中,为了便于工程的使用,断面的形状大部分采用的是非圆形,非圆形断面如曲墙、矩形、直墙单心拱、直墙多心拱等得到了广泛的运用。因此,非圆形断面的应力计算方法就显得尤为重要。为了弄清工程上非圆形断面应力计算等代方法的准确性,文章介绍了通过“几何等代法”、“位移等代法” 与“当量半径法”进行非圆形断面工程计算的方法,通过数值模拟进行了验证与比较,并提出了应用这些方法的优缺点与改进方向。最后指出,通过“位移等待法”进行围岩的应力计算在工程上能够有较好的推广前景。

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基于流-固耦合的水平定向钻孔壁稳定性研究

付彬,艾志久

地下空间与工程学报. 2016, 12(4): 890-896.

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基于孔隙介质的理论建立了孔隙度、渗透系数及损伤变量和体积应变之间的动态数学模型,给出了M-C准则与D-P准则之间的强度折减系数换算关系。借助有限元程序将该数学模型与有限元强度折减系数相结合,研究了非开挖水平定向钻孔壁稳定性。所给工程案例计算结果表明,采用不同屈服准则得到的安全系数有一定差异,但一定条件下可等价;最后指出考虑动态演化模型所得安全系数比不考虑时小得多,流固耦合效应不容忽视。

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节理产状对岩石单轴抗压强度的影响研究

闫月龙,徐涛,任思玉,Wasantha PLP,张云杰

地下空间与工程学报. 2016, 12(4): 897-903.

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运用岩石破坏过程分析RFPA^2D系统,采用控制变量法,分别研究了节理不同位置、方向和迹长对于岩石试件单轴抗压强度的影响。结果表明:试件节理位置对应值(裂纹尖端到受压面的距离)与抗压强度值有近似的线性关系;岩石试件中所含节理倾角不同时,试件的破坏模式不同,随着倾角的增大,试件的强度先降低随后增大;随着节理迹长与试件直径比值的增大,试件强度随之减小。数值模拟结果同物理试验结果相吻合,研究结果对于深入揭示断续节理岩石在单轴压缩下损伤破坏机制具有重要参考价值。

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全风化花岗岩流变特性试验研究

张素敏,朱永全,高炎,冯宝才

地下空间与工程学报. 2016, 12(4): 904-911.

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全风化花岗岩物理力学性质十分复杂,水稳定性极差,具有明显的软岩流变特征,且具有显著的地区性差异。为掌握贵广线全风化花岗岩的流变特性以便指导工程施工,以东科岭隧道进口全风化花岗岩段为工程背景,现场取样,室内加工成不同含水率的3组试件,进行室内流变试验,采用分级加载,最终得到各试件在不同应力水平下的蠕变曲线。结果表明,各组试件流变特征基本符合Burgus粘弹性模型,加载方法和应力水平对试件的流变参数有影响;随含水率提高试件剪切模量下降,过渡蠕变段变短,蠕变速率加快,中等含水率以下时流变参数变化较小,接近饱和时流变参数变化显著。

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基于CT图像的冻结岩石冰含量及损伤特性分析

刘慧,杨更社,叶万军,申艳军,唐丽云

地下空间与工程学报. 2016, 12(4): 912-919.

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冻结岩石中冰含量对其热力学及损伤特性有重要影响,研究岩石冻结过程中冰含量随温度的变化规律可以为冻结岩石工程的安全稳定性评价提供科学依据。运用CT识别技术,进行不同温度梯度下冻结岩石的CT扫描实验,获得20 ℃、-2 ℃、-5 ℃、-10 ℃、-20 ℃、-30 ℃下岩石的CT扫描图像,实现了冻结岩石CT图像的伪彩色增强和直方图分析,完成了冻结岩石冰含量及损伤信息的数字表述,对冰含量随温度的变化规律进行定量分析。依据损伤力学理论,定义以冰含量表示的冻结损伤变量,探讨了未冻水含量和温度梯度对冻结岩石损伤特性的影响规律。研究结果表明:(-2 ℃,-5 ℃)是水冰剧烈相变的温度区间,冻结损伤演化起始和急剧增大阶段;(-5 ℃,-10 ℃)是冻结损伤发展阶段;(-20 ℃,-30 ℃)是冻结损伤趋于稳定的温度区间。所定义的冻结损伤变量能够描述温度降低过程中岩石损伤的演化过程,基于冻结岩石CT图像伪彩色增强的冻结岩石损伤演化的定量分析为冻结岩石工程的稳定性研究提供了新的思路和方法。

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采动过程金属矿山空区覆岩材料细观破裂特征

赵康,陈斯妮,赵奎

地下空间与工程学报. 2016, 12(4): 920-925.

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采空区覆岩材料的破裂与其应力变化关系密切,采用仿真试验方法,研究了在开采过程中金属矿山采空区覆岩材料在拉应力和剪应力作用下细观破裂特征。声发射是覆岩材料受外力作用发生破裂时释放的能量,其出现的位置和能量的大小间接反映了覆岩材料发生破裂的位置和严重程度。岩石材料发生破裂的主要原因是拉应力和剪应力,剪应力主要集中在采空区四周边角区域,拉应力主要集中在采空区顶板区域。剪应力和拉应力对覆岩材料的细观破裂都造成影响;最大剪应力值为11.4 MPa远比最大拉应力值7.77 MPa大,但拉应力的破坏效果更显著。剪应力是造成覆岩塑性破坏的重要因素,拉应力是覆岩垮落的主导因素。研究结果可为金属矿山安全开采提供一定参考依据。

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饱和多孔介质中热弹性波传播特性研究

刘干斌,郑荣跃,陶海冰

地下空间与工程学报. 2016, 12(4): 926-931.

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在饱和多孔介质热流固耦合动力响应模型基础上,建立了饱和多孔介质热流固耦合热弹性波动理论,研究了热物性参数对波的传播特性的影响。通过引入势函数,推导了饱和多孔介质体中热弹性波的弥散方程,重点分析了热膨胀系数对p_{1、p_{2、T和S波的波速的影响,结果表明:热膨胀系数对p_{1和p_{2的影响较大,热流固耦合效应不可忽视。与饱和多孔介质中弹性波的传播特性对比分析验证了本文结果的正确性。}}}}

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土-结构相互作用中地基土阻尼计算方法探讨

李锦华,王国波, 叶红

地下空间与工程学报. 2016, 12(4): 932-937.

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土-结构动力相互作用体系的阻尼主要包括上部结构的阻尼和地基土的阻尼。对于上部结构的阻尼,目前大都采用瑞雷阻尼,研究相对成熟。因而本文主要针对地基土阻尼的计算方法展开探讨。本文拟通过典型算例,计算分析由经典阻抗函数经验公式所确定地基土阻尼值及存在的不足。计算分析表明:传统阻抗函数经验公式确定地基土阻尼过大,特别是针对质量和刚度较大的结构(如核电站等)时,会出现超阻尼现象。基于此,在进行质量和刚度较大的结构(如核电站等)的抗震分析时,建议采用德国标准所规定的截止阻尼方法(竖向30%、水平15%)以考虑地基土的阻尼。本研究具有较强的实用性,研究成果可为土-结构动力相互作用体系动力分析中阻尼特性的考虑提供指导。

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基于ABAQUS的非饱和边坡流-固耦合分析

陈勇,杨贝贝

地下空间与工程学报. 2016, 12(4): 938-945.

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简要阐述了流-耦合模型的基本理论:Biot固结理论和有效应力原理,并讨论了非饱和土边坡中渗流场和应力场的相互影响;基于流-固理论和ABAQUS中耦合模型的建立,对三峡库区某滑坡在5种工况下稳定性分析研究。模拟计算结果表明:降雨入渗比库水位变动对该滑坡稳定性影响大,库水位变动对滑坡前缘土体影响较大,降雨入渗对滑坡浅层土体影响较大;利用ABAQUS中*Soils分析步分析边坡的流固耦合现象是可行的,在计算工况下,该滑坡处于稳定状态,与监测资料对比,模拟结果总体可靠,可以作为该边坡稳定分析评价及排水加固设计的依据。

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渗流耦合作用的基坑两级边坡应力场分析

卢玉林,薄景山,陈晓冉,王丽,卢滔

地下空间与工程学报. 2016, 12(4): 946-951.

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将渗流场与应力场进行耦合迭代得到两级边坡含有地下水时的应力分布,并将计算结果与现场实测位移进行比较。结果表明,耦合场作用的最大水平位移出现在坡顶,比不耦合法结果要大。竖向沉降位移和总位移两种方法的数据结果变化规律相同,平台以上耦合法数值高于不耦合法,以下两者基本接近。耦合法计算的总应力要大于不耦合结果,这与渗透应力的双向耦合作用是一致的,耦合法结果更接近实测数据,也进一步证明了渗透力的影响是显著的。值得注意的是平台位置处的位移及应力出现异常,不耦合结果高于耦合值,与传统的单级边坡分布特点并不一样。

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交通荷载下低路堤高速公路路基沉降计算

张睿,徐永福,于波

地下空间与工程学报. 2016, 12(4): 952-957.

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根据Chai和Miura(2002)提出的考虑软土初始静偏应力影响的塑性累积变形计算模型,采用淮安填土的静态和动态力学参数,对金－马高速公路低路堤路基在交通荷载下的累积沉降进行了计算分析。计算结果表明: 累低路堤路基累积沉降随时间先急剧增大,然后逐渐变缓;随着车流量增加,路基累积沉降增加,车流量超过2 000辆/天,路基累积沉降增加速度加快;车载越大,累积沉降增大速度越快,车载超过30 t,累积沉降增加速度加快;随着路堤高度减小,地基累积沉降快速增加很快,路堤高度小于3 m的路基沉降增加更加快;随着地下水埋深增加,路基累积沉降减小,地下水的季节性变化导致路基累积沉降季节性变化。重交通和超载车辆对路基累积沉降影响显著。

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破碎围岩巷道新型注浆加固工艺实验研究

丁自伟,邱华富

地下空间与工程学报. 2016, 12(4): 958-962.

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破碎围岩巷道是煤矿安全生产的重大隐患之一,而注浆是破碎巷道加固的主要手段,注浆工艺的适应性对于煤矿安全生产具有重要意义。针对实验巷道极破碎围岩锚杆(索)孔成孔困难、锚固效果差等问题,采取不同的注浆工艺对巷道破碎围岩进行分区加固,并对注浆后围岩变形进行观测。观测结果表明:XV1101巷注浆加固完成后,巷道两帮变形和顶底板的移近量均比较小,两帮移近量最大72 mm,底鼓量最大为166 mm;XV1102巷注浆加固完成后,两帮移近量最大55 mm,底鼓量最大为46 mm,变形量更小。实验所提出新型注浆加固工艺对破碎巷道的加固效果较好,新的注浆工艺和注浆锚杆(索)有效地控制了巷道变形。

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压力型锚杆抗拔能力模拟实验研究

马海春,崔可锐,钱家忠,査甫生

地下空间与工程学报. 2016, 12(4): 963-967.

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压力型锚杆的应变分布情况反映锚杆损伤破坏位置,利用3次实验室小比例尺模型进行拉拔试验,可以对锚杆的应变分布等进行研究,取得合理的结果。(1)对各级拉拔荷载作用下的锚杆顶部位移进行记录分析,得到了拉力顶部位移与拉力关系图,其曲线的形态说明拉力达到一定程度将引起位移的迅速增加;(2)对锚杆各部位直径增加量做了分析,发现在离承压板锚杆一定位置处直径增加量最大;(3)对锚杆的轴向应变、径向应变的数值和分布情况进行了对比,发现轴向应变是锚杆应变的主要形式,但轴向应变、径向应变分布规律基本一致,都随远离承压位置呈负指数衰减。因此,在提高锚杆的锚固效果方面,减小锚杆承压板附近的形变是一个有效的途径。

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抗拔锚板群锚基础模型试验研究

姜彤, 任淼, 张昕

地下空间与工程学报. 2016, 12(4): 968-974.

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抗拔锚板上拔过程是一个复杂的锚土相互作用过程,锚板周围土体在上拔过程中的变形破坏机制对于抗拔锚板基础的极限承载力研究具有重要意义。基于PIV(particle image velocimetry)无干扰测量技术对砂土中方形锚板上拔过程中变形场进行了测量分析,研究了抗拔锚板群锚基础的破坏机制。试验结果表明:锚板间距对群锚破坏面的形状有着重要影响;在临界间距内,以锚板上部1倍边长为拐点,剪切带先内倾然后外倾向上贯通到土体表面,群锚效应系数与S/B为线性关系,由此预测出群锚效应达到100%时的锚板间距;达到临界间距后,每个锚板的剪切场和单个锚板剪切场一致,试验结果可为群锚基础极限抗拔力的预测提供参考。

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拱式地铁站结构地震响应对比分析及结构优化

周晔,戚承志,陈国兴,陈苏

地下空间与工程学报. 2016, 12(4): 975-983.

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用有限差分分析软件FLAC3D,建立了土-地铁站结构相互作用的非线性动力数值计算模型。分析了相同埋深及地质环境下,两种连拱式地铁站结构在不同地震动作用下的动应力、相对位移和加速度响应规律,总结了两种地铁车站结构形式在抗震性能方面的优缺点。并对Z1型地铁站的结构形式进行了两种优化,用数值方法检验了优化后车站结构的抗震性能。检验结果表明,优化方案B具有较好的抗震性能:在Kobe波作用下,Mises应力峰值下降14.8%,最大主应力峰值下降18.8%;在Loma Prieta波作用下,Mises应力峰值下降7%,最大主应力峰值下降23.2%。

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西江引水工程顶管顶进工作井及土体稳定性分析

钟显奇,易觉,莫海鸿,陈俊生,杨春山

地下空间与工程学报. 2016, 12(4): 984-990.

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以西江引水顶管工程为背景,借助有限元软件对其施工过程进行了三维数值模拟,探讨了顶管施工过程中工作井与土体受力变形特性及稳定性,工作井模拟中考虑钢筋与否的影响,千斤顶压力对井和土层受力变形的影响。研究表明:井后土层最大应力出现在垫板后,竖向位移呈现类似Peck沉降槽;土层水平位移在竖向近似线性分布,横向在1.5倍垫板宽度范围内迅速衰减,该范围外衰减值显著减小;工作井、钢筋最大应力均出现在井与管的连接处,工作井局部开裂,但处于安全状态;土压力理论计算被动土压力与数值计算反力比值满足稳定标准,土体处于稳定状态;数值计算中考虑钢筋与否对土层结构受力变形影响甚微;土层、工作井受力和稳定性均与千斤顶压力近似呈线性关系。

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基于强度折减法的重力坝深层抗滑加固措施研究

裴文林,黄跃群,刘耀儒

地下空间与工程学报. 2016, 12(4): 991-995.

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对于重力坝坝基存在软弱结构面的抗滑稳定处理,工程实践中常采用混凝土硐塞置换或预应力锚索方案。为分析比较两种方案的处理效果,采用有限元方法,建立包含基岩内软弱结构面的三维模型,采用Drucker-Prager强度准则,考虑自重荷载、水荷载、扬压力、坝前淤沙压力,研究某水电站工程溢流坝段坝基深层抗滑稳定问题。在采用重力坝设计规范计算抗滑处理后安全系数相同的条件下,采用有限元通过强度折减的方法可计算得到不处理、硐塞置换方案与锚索方案3种不同工况下的破坏形态,采用等效塑性应变超过某一幅值作为判断材料是否进入塑性状态的指标,结合坝体位移随强度折减系数的变化曲线,判断坝基是否出现滑动,分析结果表明硐塞置换方案较锚索方案的安全裕度更大。

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大跨软岩隧道二衬合理支护时机的分析与优化

邵珠山,张艳玲,王新宇,李晓照

地下空间与工程学报. 2016, 12(4): 996-1001.

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随着我国高速公路大规模的建设,新奥法的基本理念已经被广泛应用于大跨软岩隧道施工中,因此,支护时机的选择尤为重要。以集呼高速公路金盆湾隧道为例,应用大型通用软件ANSYS建立有限元模型,采用弹塑性方法及Drucker-Prager屈服准则,进行二维平面应变模拟。数值模拟CD法施工时不同荷载释放系数下的开挖与支护,通过分析隧道围岩受力状态、围岩变形、初期支护结构力学性能变化及现场监测结果,初步确定二次衬砌的最佳支护时机。

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软土地区矩形顶管施工地表变形控制措施探讨

邓长茂,彭基敏,沈国红

地下空间与工程学报. 2016, 12(4): 1002-1007.

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通过上海软土地层中3个大截面矩形顶管施工实例结果分析,发现矩形顶管推进引起地表变形具有一般规律性。笔者对地表隆沉及局部变形的机理进行了深入分析,并对变形控制措施进行了详细探讨。变形一般规律:地表隆起越大,则相应地表沉降量越小;最大沉降均发生在距始发井5~10 m的范围;当顶管机经过测点后推进约25 m左右时,监测断面上各测点的沉降值已趋于稳定。掘进面的地表隆起主要受顶进推力影响,地表沉降则受土体损失控制。顶管中段的土体损失沉降比较稳定,可通过调整掘进面上方的隆起与最终沉降的量值占比来达到最优变形控制目的。

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超大直径盾构施工对上覆隧道的影响分析

张建安,刘发前

地下空间与工程学报. 2016, 12(4): 1008-1013.

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随着隧道工程的发展,隧道交叉穿越的情况越来越多,隧道的规模亦越来越大,如何减少隧道穿越施工对已建隧道的影响亦成为目前研究的重点之一。本文以上海沿江通道盾构施工下穿轨道交通3号线节点为研究对象,采用Midas/GTS软件建立三维弹塑性模型,通过激活钝化不同单元模拟盾构施工,分析对轨道交通3号线的影响。分析发现,超大直径盾构施工开挖卸除的土方量大,将引起较大的土体上抬,位移量已大大超过地层损失产生的地面沉降,使得隧道斜向上约45°角所包含的梯形范围内的土体(包含地铁结构)发生上抬现象。为确保3号线的位移最小,合理确定压重值,对不同的压重值进行参数分析,并进行工程类比,表明最佳值约为50 kPa。

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基于磁场梯度张量缩并的岩石断层剪切滑移监测方法

江胜华,周智,欧进萍

地下空间与工程学报. 2016, 12(4): 1014-1020.

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现有的岩石断层剪切滑移监测方法不易直接测量沿剪切滑移方向的变形,仪器布设较繁琐,且无法监测岩石断层剪切滑移的中后期变形。基于磁场定位理论,采用磁性物质制作磁性智能石头,在岩石断层两侧的岩体分别布设磁性智能石头和磁传感探头,构建岩石断层剪切滑移大变形监测系统。基于磁场梯度张量缩并定位对磁性智能石头进行跟踪,实现岩石断层剪切滑移的中后期大变形监测。根据磁传感探头的精度和地球磁场梯度的影响,通过三维磁感应强度和磁场梯度的分析,其有效监测距离最大值为35 m,理论误差随着变形值与监测距离的比值、断层厚度与监测距离的比值的增大而增大。在岩石断层剪切滑移大变形监测的模拟试验中,在断层厚度为0.5~1.0 m、监测距离为5 m的情况下,变形监测的相对误差最大约为2%,可为磁测在岩石断层剪切滑移大变形监测的进一步研究和应用提供参考。

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一种新型框架组合支挡结构的设计研究

徐艳,刘京安,梁义聪,聂影

地下空间与工程学报. 2016, 12(4): 1021-1026.

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铁路通过不具备暗挖条件的深厚土层地区,通常采用浅埋隧道方案。当放坡开挖受限制时,基坑支护和支挡结构成为工程设计的难点。基于《欧洲岩土设计规范》土压力的规定,笔者对新型框架组合支挡结构进行探讨,重点分析了理论计算模型、荷载、配筋等关键技术问题,完善了细节设计。研究表明:该结构既可解决基坑支护问题,又可作为铁路两侧支挡结构,并广泛适用于地下水丰富,放坡受限,且开挖深度较深的地区。该框架组合支挡结构整体刚度大,抗弯刚度、抗剪强度高,可有效降低悬臂高度和顶部位移。最后,结合某工程实例,说明了该新型框架组合支挡结构的适用性和应用前景,具有进一步推广的价值。

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一种基于QFD的地铁施工风险评估方法

张明媛,刘超,袁永博

地下空间与工程学报. 2016, 12(4): 1027-1032.

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地铁施工过程中一旦发生事故,会带来严重的经济损失和人员伤亡,而对地铁项目的风险评估和有针对性的预防措施能有效提高施工过程中的抗风险能力。文章以质量功能展开(QFD)为分析工具进行地铁风险评估,通过构建二阶质量屋模型来表达分析对象之间的影响关系,并采用相对具有区域规律性的事故类型的相对风险权重作为输入以及以非归一化处理的方式解决了输入点改变带来的不同作业活动下事故类型的权重求和问题,以获得作业活动和风险因素的相对风险权重。最后将理论应用于钻眼爆破开挖作业下的事故类型与风险因素风险分析,计算结果与实际分析相符。

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牌坊坝滑坡双排桩+锚索支护性能研究

阿比尔的,郑颖人, 赖杰,刘云

地下空间与工程学报. 2016, 12(4): 1033-1038.

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相对于单排桩而言,双排桩侧向变形刚度大,抗变形能力强、承载力更高,当采用单排桩难以满足抗滑力要求时,常采用双排桩形式。然而,双排桩受力复杂,特别是有预应力锚索共同支护这种特别复杂情况下,结构体各部分内力分布、相互作用关系及相关的设计和计算方法都还不成熟。本文在总结前人成果的基础上,将有限元强度折减法引入到双排桩+锚索的计算中,并在牌坊坝滑坡工程中得到了运用。研究表明,双排桩+锚索是一种有效的支护形式,它不仅能极大的提高边坡抗震性能及变形能力,还能显著的提高边坡的动静力安全性,值得在工程中推广。

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软土叠交隧道全寿命周期绿色管理综合评价研究

张晓清,张孟喜,李磊,王有成

地下空间与工程学报. 2016, 12(4): 1039-1047.

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随着城市地下空间不断开发,多线叠交隧道形式的出现与日俱增,建设破坏程度加剧,倘若管理方法选择不当,必将对工程周边环境造成巨大影响,因此,对建设管理者也提出更高的要求。针对多线叠交隧道建设复杂、环境影响因素众多的特点,基于多层次灰色理论,构建了灰色层次分析综合评价模型,并给出一般性的评价步骤。结合上海地铁11号线穿越既有4号线建设工程,对该盾构隧道工程在决策阶段、施工阶段和运营阶段的绿色管理方法进行灰色评价。经研究表明:上海地铁11号线穿越4号线建设项目在决策阶段、实施阶段和运营阶段的管理方法符合绿色管理的标准,与实际吻合,因而灰色层次分析评价法可为叠交隧道建设等半透明问题的评价提供可靠保证。

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考虑底板岩层移动的急倾斜煤层开采沉陷预计

蔡来良,莫小华,吴侃,郭增长

地下空间与工程学报. 2016, 12(4): 1048-1054.

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分析了急倾斜煤层开采岩层和地表移动特点,总结了急倾斜煤层开采地表下沉盆地的4种类型,并对这4种下沉盆地的形成原因进行揭示。给出了急倾斜煤层开采沉陷预计建模的4条原则,并针对该原则提出了一种基于概率积分法的急倾斜煤层开采沉陷预计模型,该模型能清楚地解释急倾斜煤层开采煤层顶底板岩层移动和地表下沉的相互关系。建立了预计方法的坐标系,分析了预计参数的物理意义,并给出了预计参数的变化规律。编制了基于本文方法的计算机程序,并利用矿区观测站实测数据对本方法进行了验证。实验结果表明,本文方法对于倾角大于70°的急倾斜煤层开采沉陷预计效果较好,能为矿区的环境保护,地表移动预警起到决策支持作用。

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高放废物地下实验室北山预选区岩爆风险预测

仝跃,陈亮,黄宏伟

地下空间与工程学报. 2016, 12(4): 1055-1063.

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结合世界各国经验以及当前国情,我国提出建立埋深500 m左右的地下实验室,用以开展高放废物地质处置前期的相关研究。根据北山预选区三个场址的地应力实测数据,分析发现在埋深600 m范围内地应力处于中等偏低的水平,但局部的应力集中增大了岩爆发生的可能,故开展场址的岩爆风险研究。综合北山岩体力学特性,选取隧道轴线与最大水平主应力方向垂直和平行两种情况,应用工程岩体分级标准判别法、Russense判别法和Turchaninov判别法分别对三个场址400~600 m埋深范围内的岩爆风险进行预测。结果表明:旧井和芨芨槽处隧道开挖均存在不同程度的岩爆风险,而新场处几乎无岩爆发生。从岩爆风险的角度来看,以新场作为地下实验室的场址最为安全。

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公路隧道LED照明数值模拟

龚志远,刘志雄

地下空间与工程学报. 2016, 12(4): 1064-1068.

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针对1 km长、洞高6 m的双向单车道公路交通隧道,采用DIALUX软件,模拟出隧道各段LED照明亮度值指标。为了便于控制系统采集自然光、车速和车流量信息进行融合建模,达到输出模拟量线性调光的控制目标,文中采用统一规格的隧道LED照明灯具,根据《公路隧道通风照明设计规范》,计算出隧道各照明段初始标准值,灯具布局模拟后,路面亮度总均匀度为0.669～0.940 、路面中线亮度纵向均匀度为0.528～0.911,各段平均照度为66～1 790 lx,布光留有10%～50.91%标准定义的调光余量,为调光提供了灯具布局参考。

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复合方法改良膨胀土无侧限抗压强度试验研究

杨俊,刘子豪,张国栋,唐云伟

地下空间与工程学报. 2016, 12(4): 1069-1076.

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本文以改良膨胀土标准养护7 d的无侧限抗压强度为研究对象,分别在膨胀土中掺入水泥、石灰、粉煤灰、风化砂来进行单一方法改良,测试其无侧限抗压强度;在膨胀土中分别掺入水泥和风化砂、石灰和风化砂、粉煤灰和风化砂来进行复合方法改良,进行无侧限抗压强度试验。试验结果表明,在膨胀土中分别单一掺入水泥、石灰、粉煤灰、风化砂均能有效提高改良膨胀土的无侧限抗压强度,而且石灰、粉煤灰、风化砂的掺入量均有一个最佳值,使改良膨胀土的无侧限抗压强度达到最大值,从提高膨胀土无侧限抗压强度的角度来讲,单一方法改良的效果由好到差依次是水泥、石灰、风化砂、粉煤灰。而在膨胀土中分别掺入水泥和风化砂、石灰和风化砂、粉煤灰和风化砂来进行复合方法改良,无侧限抗压强度值均有了大幅度的提升,从提高无侧限抗压强度的角度来看,水泥和风化砂复合改良的效果要优于石灰和风化砂复合改良的效果,粉煤灰和风化砂复合改良的效果最差。通过复合改良方法与单一改良方法对比,可以发现,在相同条件下,复合改良方法的无侧限抗压强度值要比单一改良方法大得多,复合改良方法要大大优于单一改良方法。

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基于BOTDA的土工格栅加筋膨胀土湿胀干缩特性试验

徐洪钟,刘阳,孙义杰

地下空间与工程学报. 2016, 12(4): 1077-1081.

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为了研究土工格栅加筋膨胀土湿胀干缩特性,制作了玄武岩纤维土工格栅加筋膨胀土和素膨胀土矩形槽试样,将传感光纤布设在土工格栅上和土层中,进行了湿胀干缩试验,利用布里渊光时域分析仪(BOTDA),得到素膨胀土和土工格栅加筋膨胀土试样在湿胀干缩过程中的光栅应变,对比分析两种土样应变分布特征。试验结果表明:在膨胀土湿胀干缩过程中,随着含水率的变化,加筋膨胀土平均应变变化量和变形小于未加筋膨胀土,反映了土工格栅对膨胀土体变形的约束作用和抑制裂隙发展的效果。

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浙江近海软黏土次固结系数研究及应用

胡建平,郑建朝

地下空间与工程学报. 2016, 12(4): 1082-1088.

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我国室内固结试验中把次固结沉降曲线作为线性处理,然而,大量的实验数据证明,测定周期的不同次固结曲线呈非线性特征,故次固结系数为变数。通过我国近海典型海相软黏土——浙江平阳港次固结试验为验证实例,提出一种适用于工程的分级加载、延时校正及保持试样结构原状的土工快速测试法。对工程中试验曲线分析及研究表明:我国近海区域软黏土次固结系数与固结压力、压缩指数以及测试时间存在着一定的相关性,次固结系数与固结压力变化呈先增、后降、趋稳的现象,次固结系数峰值与土体深度等有关,C_a/C_c比值为常数。实验中所得到的经验值可作为邻近工程固结沉降量预估,所创方法为填补国家标准规范次固结试验的空白提供有益参考。

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不同试验条件下吹填软土不排水抗剪强度对比分析

齐杰杰,杨爱武,许再良

地下空间与工程学报. 2016, 12(4): 1089-1094.

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饱和软粘土不排水强度在实际工程中应用很多,不同试验方法测得的不排水强度不同。本文基于无侧限抗压强度试验和微型十字板剪切试验,对天津滨海吹填软土从取样深度变化、初始各向异性、不同加荷速率三方面进行了对比试验。试验结果表明:两种不同试验强度随取样深度的增加而增大且呈不同程度线性关联性,吹填软土受荷后应变模式、剪破面的方向、破坏标准的不同是导致试验强度差异的主要原因;初始各向异性对两种不同试验条件下的强度值有不同的规律影响,无侧限抗压强度试验强度在竖直制样方向最大,水平方向次之,斜方向最小,微型十字板剪切试验强度在水平制样方向最大,斜方向次之,竖直方向最小;加荷速率对两种不同试验条件下的强度值有相同的规律影响,两种试验强度都随着加荷速率的增大而增加。利用统计回归原理,拟合得到了原状吹填软土在两种室内试验条件下强度之间的关联表达式,便于实际工程参考。

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基坑中基于CPTU软土不排水强度确定及应用

杨溢军,童立元,朱宁,刘松玉

地下空间与工程学报. 2016, 12(4): 1095-1101.

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不排水抗剪强度是土的重要力学特性参数。在岩土工程施工期稳定性分析中,需用不排水抗剪强度值。目前,不排水抗剪强度的确定主要有室内试验和十字板剪切试验。但前者受土样扰动影响大,后者十字板强度是土体各滑动面上抗剪强度的较小值,在基坑工程验算坑底隆起时,结果不够准确。本文首先总结了国内外基于CPTU的Su确定方法,在典型软土基坑工程中进行了孔压静力触探试验,根据不排水试验值与锥尖阻力的关系,反演出圆锥系数的值。基于反演的圆锥系数,把CPTU预测的不排水抗剪强度应用到基坑的隆起分析中,与基于室内试验数据和基于十字板强度的计算结果进行了比较,结果表明:基于CPTU的软粘土不排水抗剪强度指标计算结果合理,符合工程实际,值得在工程设计中推广。

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黄土基坑双排桩支护结构的有限元分析

张虎元,李秀祥

地下空间与工程学报. 2016, 12(4): 1102-1109.

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运用有限元软件ABAQUS建立双排桩支护结构的有限元模型,分析了黄土基坑双排桩支护结构中排距和桩身强度(包括桩的截面尺寸及桩身混凝土强度)对桩位移和弯矩的影响,并且在基坑和桩身情况相同的条件下,比较了单排桩和双排桩。研究结果表明,黄土基坑使用双排桩支护体系比单排桩支护体系在安全性能方面更具有优越性。计算给出了双排桩排距和桩截面尺寸的最佳取值范围,以及桩身所用混凝土的最佳强度等级。本文为黄土基坑双排桩支护结构的设计和施工提供了一定的参考依据。

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非饱和结构性黄土双轴湿陷试验的离散元分析

蒋明镜,胡海军,李涛

地下空间与工程学报. 2016, 12(4): 1110-1116.

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为了分析结构性黄土在复杂应力路径(非侧限压缩路径)下浸水和加荷的次序对黄土湿陷变形的影响以及探讨黄土在双轴剪切和浸水时粒间胶结破坏行为,本文应用分层欠压法制备出非饱和结构性黄土离散元试样,进行了单线法(不同增湿路径:一次增湿、逐步增湿)和双线法双轴数值湿陷试验。结果表明:单线法在某偏应力水平下浸水所得轴向湿陷应变大于双线法;当增湿偏应力大于增湿后试样的强度时会产生湿陷破坏。逐步增湿引起的体积变形小于一次增湿试验;逐步增湿比一次增湿胶结破坏点数量少。

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蒲城原状Q₂黄土的渗气性质

李春海,方祥位,申春妮,汪龙

地下空间与工程学报. 2016, 12(4): 1117-1122.

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对陕西蒲城原状Q₂黄土的渗气性能进行了试验研究。试验分2组,第1组试验的土样进行加湿处理,提高初始饱和度,第2组试验的土样采用天然含水量,之后逐步风干脱湿2组试验的土样,当每组试验的试样风干至预定饱和度时,利用渗气测试系统测得不同进气压力作用下的渗气系数。试验结果表明,蒲城Q₂黄土的渗气性质具有Klinkenberg效应(即进气压力会影响Q₂黄土的渗气系数)。提出了考虑Klinkenberg效应和饱和度影响的渗气系数计算公式,讨论了该式在试验研究范围内的合理性,并指出蒲城Q₂黄土渗气性质受进气压力的影响更大,反映饱和度影响的参数与孔隙水在土体结构中分布状态相关,不能表示为饱和度的简单函数。

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不同孔隙率下黄土粒间作用的PFC^2D模拟

黄磊,蔡玮彬

地下空间与工程学报. 2016, 12(4): 1123-1128.

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黄土在宏观上表现出的湿陷特性是由于土颗粒间结构强度遭受破坏造成的,故了解黄土的粒间作用可以揭示其湿陷机理。本文基于离散元理论,利用颗粒流PFC^2D软件模拟了不同孔隙率下陕西浐灞黄土颗粒的分布情况和粒间作用。基本再现了天然黄土的细观结构特征,研究了黄土颗粒和接触力的分布情况,采用了最大接触力作为量化参数。分析得出大颗粒间的作用占优势,尤其以团粒组合方式的接触力比点接触大。并随着孔隙率的增大,黄土骨架颗粒由团粒组合方式逐渐过渡到点接触,粒间接触力也明显下降,验证了湿陷性与孔隙率呈正相关结论。其模拟方法为黄土湿陷性研究提供了新的思路。

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岩体质量评价体系的综合应用分析

邵勇,阎长虹,马庆华

地下空间与工程学报. 2016, 12(4): 1129-1134.

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为了准确地对苏州阳山岩体质量进行评价,采用了BQ、Q、RMR、GSI四种岩体质量评价方法,且分级结果基本一致,评价结果可以用于岩体工程稳定性评价。并对BQ、Q、RMR的两两相关性进行了分析,结果显示BQ与RMR呈线性关系,BQ与Q,RMR与Q呈对数关系。采用Hoek-Brown法对阳山岩体物理力学参数进行了计算,结果显示岩体强度较低,与岩体质量评价结果一致。最后以阳山凝灰岩为例,对岩体结构面强度进行了估算并分析了结构面条件对岩体强度的影响,结果显示结构面法向应力及节理连通率对结构面强度的影响较大且有相互制约的现象。分析结论可以为岩体工程的稳定性评价提供参考。

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土石混合体物理指标及强度特性研究进展

钟祖良,涂义亮,何晓勇,冯俭华,王占鲁

地下空间与工程学报. 2016, 12(4): 1135-1144.

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为了将土石混合体从传统土的分类体系中分离出来和建立相应物理指标体系和强度特性研究方法,基于文献调研,通过土石强度比、土石阈值和含石量等几个关键物理特性指标的定义将土石混合体划分为一类新的岩土介质体系;然后从地质历史和地质构造等方面将土石混合体的成因划分为重力堆积型、水流堆积型、冰川堆积型、风化残积型、构造作用型、人工堆积型及混合堆积型七类;并采用文献搜集和工程调研的方法,分析了土石混合体的地质灾害及面临的工程问题;再次,总结了土石混合体强度特性的影响因素、影响规律及国内外采用的研究方法;最后,对土石混合体研究中存在的困难与挑战、未来的研究方向和新的思路进行了探讨。

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