地下空间与工程学报

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杨洋, 程光华, 苏晶文

地下空间与工程学报. 2019, 15(2): 319-325.

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随着我国城市化水平的快速提高,地下空间发展迅猛、规模宏大,可以减轻地表土地供应压力,提高城市交通疏导能力,置换地表空间,修复地表自然生态环境,同时也可以保障城市公共防灾能力。但是传统城市地质工作精度、深度均不足以支撑城市地下空间的安全开发利用,这就对城市地质调查提出了新的要求:提高精度,拓展深度。笔者介绍了传统城市地质调查内容及其存在的不足、包括精度不足,钻探与物探技术不足,提出了地下空间开发中城市地质调查方向,包括全要素探测和基于全要素探测的地下空间资源评价体系,以及城市地下空间协同规划方法,建立地下空间功能垂向分层,从而解决目前浅层空间开发混乱、地下资源浪费严重的现象,形成城市地质调查全要素探测-资源评价-协同规划的新格局。

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已建高密度CBD区楔入地下空间可行性探讨

王冬晔, 黄国苏, 董毓利, 林熙, 傅重龙

地下空间与工程学报. 2019, 15(2): 326-332.

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在高密度的CBD区楔入地下空间,其建设具有不可逆性,并受到比在新建区域建设地下空间更多的制约,需花费大量的人力和财力,细致的可行性研究十分重要。在厦门两岸金融中心启动区一期地下空间工程项目的可行性研究中,首先论证建设的必要性:通过交通量调查及建模计算分析车行交通的改善;根据地方规范计算静态停车需求;采有TOD理论分析人行交通需求;建设共同管沟以梳理市政管线。其次,从片区内公共用地、开发形态、停车规模、出入口布置及市政管廊布置等方面论证建设的可实施性。最后,对建设过程中可能出现的问题,如开发机制、商业预测、建筑标高衔接、临时交通组织和施工方案等做出预判并提出对策。

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兼顾防灾的高密度地区地下空间规划策略探讨

赵子维

地下空间与工程学报. 2019, 15(2): 333-338.

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随着我国城市化不断推进,城市在建设开发中逐渐成型局部高密度状态,在全球化灾害多发的环境下,城市高密度地区的易损性显著,应充分利用其立体化空间加强防灾减灾建设。地下空间具备先天的防灾特性,可以针对不同灾害中发挥相应的防灾作用,并与地面防灾空间协同构建立体化的防灾空间体系。根据地下空间在城市高密度地区的防灾角色与定位,提出了在地下空间建设中兼顾防灾的规划思路,通过分析适合防灾用途的地下空间特点,对其空间和功能要求进行了研判,并进一步提出了引导方法和规划策略,对城市高密度地区地下防灾空间规划建设进行了探索。

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分级加载下深部粉砂岩单轴压缩蠕变试验研究

马芹永, 郁培阳, 袁璞

地下空间与工程学报. 2019, 15(2): 339-344.

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为研究深部硬岩的蠕变特性,采用分级加载方式对深部粉砂岩进行了单轴压缩蠕变试验。试验结果表明,分级加载作用下深部粉砂岩产生瞬时的轴向应变和侧向应变后随即进入蠕变阶段,深部粉砂岩的侧向蠕变发展较轴向蠕变快;在蠕变过程中存在一个应力阈值,其中轴向蠕变的应力阈值比侧向蠕变的大。随轴向分级荷载的提高,岩石的瞬时弹性模量呈先增加后减小的变化趋势,瞬时泊松比呈上凹型增长,轴向蠕变应变先减小后增大,侧向蠕变应变呈前期增长平缓的上凹型增长;根据试验过程中的等时应力-应变曲线的变化趋势,可以看出深部粉砂岩蠕变过程具有非线性特征,且侧向蠕变较轴向蠕变更明显。

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岩石破碎声发射和电磁辐射特征试验研究

赵伏军, 李玉, 陈珂, 张柏

地下空间与工程学报. 2019, 15(2): 345-351.

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为了研究岩石破碎声发射和电磁辐射特征,利用RMT-150C压力试验机进行刀具静力侵入花岗岩破碎试验,采用AEwin-USB型声发射和KBD5电磁辐射采集系统接收声发射和电磁辐射信号,开展了刀具破岩过程中声发射和电磁辐射特性及加载速率对其影响的研究。以3种加载速率分别为0.001 mm/s、0.01 mm/s、0.1 mm/s进行破岩试验,结果表明:刀具受载侵入破岩过程中产生声发射和电磁辐射现象,采集的两信号波形变化与刀具侵入载荷曲线均呈跃进式特征,且具有较好的一致性;随加载速率增加,声发射和电磁辐射信号增强,声发射峰值计数率、能量率和电磁辐射峰值强度、脉冲数与加载速率呈较好的正相关性。

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砂粒充填大理岩节理剪切强度试验研究

焦峰, 郭保华, 翟明磊, 程坦, 董航宇

地下空间与工程学报. 2019, 15(2): 352-357.

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节理充填对节理力学性质具有重要影响,为研究砂粒充填对节理抗剪强度的影响,利用GCTS(RDS-200型)岩石剪切系统对4种粒径砂粒充填的粉晶大理岩节理进行了直剪试验。结果表明:未充填节理剪切应力-位移全程曲线可分为压缩阶段、弹性阶段、屈服阶段、软化阶段和残余阶段,而充填节理剪切应力-位移全程曲线则仅有压缩阶段和硬化阶段,表现出松砂剪切曲线特征;相同法向应力下,4种粒径砂粒充填节理峰值剪切应力明显降低。多层铺设3种较细粒径砂粒的充填对节理粘聚力和内摩擦角的影响基本相同,粘聚力和内摩擦角均降低,且粘聚力降低更为明显;单层铺设的最大粒径砂粒使节理的粘聚力降低,内摩擦角增加。研究结论对理解充填节理岩体稳定性具有一定帮助。

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非饱和原状黄土的变形及屈服特性试验研究

张登飞, 陈存礼, 于佃博

地下空间与工程学报. 2019, 15(2): 358-364.

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对不同吸力非饱和原状黄土进行了等应力比三轴压缩及常规三轴剪切路径下的试验,研究了偏应力比q/p(q及p分别为净平均应力及偏应力),吸力及净围压对不同应力路径下变形及屈服特性的影响。研究结果表明:在等应力比三轴压缩及常规三轴剪切过程中,孔隙比e与净平均应力p关系(e-lnp)皆位于二条相交的直线上,吸力、偏应力比及净围压对弹性指数的影响很小,对屈服应力及压缩指数的影响较大。等应力比三轴压缩路径下,偏应力比一定时,屈服应力及压缩指数皆随吸力的增大而增大;吸力一定时,随偏应力比的增大而先增大后减小。常规三轴剪切路径下,吸力一定时,屈服应力及压缩指数皆随净围压的增大而增大;净围压一定时,随吸力的增大,屈服应力增大,压缩指数减小。以塑性体应变作为硬化参数时,q-p平面上的初始及后继屈服面皆为对称于饱和土K₀线的倾斜椭圆,吸力及应力增大时,屈服面没有旋转,而是产生等向扩大。

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考虑坑侧堆载基坑开挖土体应力路径试验研究

陈伟文, 刘乐, 陈志波

地下空间与工程学报. 2019, 15(2): 365-372.

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基坑开挖过程中,基坑坑侧各区域土体受到不同程度的卸荷或堆载作用,从而呈现出复杂的应力路径。因此,开展了常规三轴固结不排水剪切试验、K₀固结不排水剪切试验、K₀固结侧向卸荷试验和K₀固结侧向卸荷轴向加荷试验等不同的应力路径试验,来研究基坑开挖前后基坑坑侧土体的不同应力路径变化情况,比较分析了各应力路径条件下土体的抗剪强度、应力应变的变化情况,归纳了基坑开挖前后复杂应力路径条件下土体的应力变形及强度特征。研究表明,在不同的应力路径条件下,土体所对应的应力变形及强度参数,具有明显的差异性;软黏土在不同的侧向卸荷应力路径情况下,应力应变曲线均呈现应变软化型,且侧向卸荷对土体强度影响较大,坑侧堆载引起的轴向加荷对土体强度变化也有一定影响。

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充气锚杆循环荷载作用下的位移规律试验研究

陈秋南, 刘文骏, 赵磊军, 周勇全, 马向前

地下空间与工程学报. 2019, 15(2): 373-380.

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充气锚杆是一种新型扩大头锚杆,在软弱地基区域工程建设以及海洋资源的利用过程中,有其特殊的优势。笔者设计自制了充气锚杆实验槽,利用该实验槽开展了砂土中的充气锚杆循环荷载试验,揭示了砂土充气锚杆循环荷载作用下的位移变化规律。结果表明:(1)充气锚杆抗拔过程分为3个阶段:弹性位移阶段、弹塑性位移阶段和塑性位移阶段,前2个阶段,充气锚杆的塑性位移与荷载成指数函数关系;(2)随着循环荷载峰值的增加,充气锚杆在循环荷载下的位移发展速度增加,单次循环下的残余位移量与总残余位移量增加,最终的位移量也相应地增加。(3)极限抗拔承载力随着循环次数的增加而变小。

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软土地基刚性桩复合地基动力离心模型试验

杨军, 杨敏, 罗如平

地下空间与工程学报. 2019, 15(2): 381-386.

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采用离心机-振动台系统对饱和软土地基中连续地震作用下上部结构-性桩复合地基体系的抗震问题开展试验研究。试验分析了结构和基础模型在水平输入地震作用下的加速度、位移以及桩身应变等响应规律。结果表明,基础板与桩顶之间设置砂垫层利于削弱传递到上部结构的水平地震力作用,发生较大地震时能有效减小上部结构的加速度响应;地震结束时基础瞬时沉降随地震强度增加而增大,但震后长期再固结沉降随地震强度变化不大;受周围土体地震软化行为影响,群桩荷载分担比例在震后有所降低;桩身峰值弯矩沿桩长分布形式明显不同于传统桩基础,且弯矩峰值较常规桩基减小不少。

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软黏土地层盾构隧道开挖面稳定性离心试验研究

付亚雄, 贺雷, 马险峰, 郑宏

地下空间与工程学报. 2019, 15(2): 387-393.

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针对软黏土地层中隧道开挖面稳定性开展离心模型试验,由远程控制模型推进模拟隧道开挖面被动渐进破坏。通过数字图像处理分析技术对开挖面被动渐进破坏模式进行了探究,结合相应数值模型对比,分析了开挖面极限支护压力以及地表变形规律。研究结果表明:在开挖面被动破坏状态下,隧道仰拱处首先出现与水平方向近似成45°+φ/2向上发展的滑动破裂带,当其发展接近隧道拱顶时,拱顶滑动破裂带形成,两滑动破裂带呈漏斗状向上逐步发展至地表;随着模型向前推进,开挖面压力前期呈现线性快速增长趋势,随后土压力增速逐步减小,开挖面压力值最终趋于稳定,分析确定软黏土地层开挖面被动破坏状态下的支护压力可控制在1~1.9倍的静止土压力;开挖面被动破坏会引起前方地表产生隆起。

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小重力环境下静力触探模型试验研究

高峰, 周国庆, 莫品强, 严康

地下空间与工程学报. 2019, 15(2): 394-401.

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月球基地建设与矿产资源开发的基础与关键是充分掌握月壤的力学与工程特性。目前由于缺少对小重力环境的真实模拟而难以系统、准确地揭示土的力学、工程等特性与重力场间的耦合环境效应。通过利用磁拟小重力模型试验系统开展了一系列小重力环境(1/6g、1/3g、2/3g、1g)下磁敏性无黏性土静力触探模型试验。试验结果表明:模型探头在贯入过程中锥尖阻力随深度的增加表现出明显的3个应力增长阶段,在同一贯入深度处,锥尖阻力随重力场的增大而增大;归一化锥尖阻力随深度的增加先增大后减小并最终趋于稳定,而随重力场的增大却逐渐减小;同时,归一化锥尖阻力的最大值和最终稳定值与重力场相似常数的倒数间存在较好的线性关系。

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水泥固化漳州滨海风积砂液化特征试验研究

涂兵雄, 胡舜娥, 刘士雨, 蔡燕燕, 俞缙

地下空间与工程学报. 2019, 15(2): 402-408.

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利用GDS动三轴仪对水泥固化漳州滨海风积砂进行液化强度试验,分析水泥固化漳州滨海风积砂在不同水泥剂量、不同龄期、不同基准应变和不同等幅循环应变幅值下的液化特性。试验结果表明:砂样的抗液化能力随水泥掺量的增加近似呈线性提高;随龄期增长而增强,但基准应变越高,增强越弱;随循环应变幅值的减小而显著增强;基准应变对砂样抗液化能力的影响受水泥掺量的制约。孔压半对数模型可以较好的反应水泥固化漳州滨海风积砂土的孔压发展规律;存在一个临界基准应变,使得抗液化能力随水泥剂量的增加得到最大化提高。

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循环冷冲击作用下煤的渗透性变化规律试验研究

王登科, 吕瑞环, 彭明, 魏建平, 孙刘涛

地下空间与工程学报. 2019, 15(2): 409-415.

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为了研究循环冷冲击处理对煤体增透作用的影响,利用SLX-80型高低温处理系统对原煤煤样进行多次循环冷冲击处理,并利用电子天平和三轴瓦斯渗流实验系统分别测定了煤样冷冲击处理前后的质量变化和渗透率增加幅度,对比分析了冷冲击处理前后煤样表面的裂纹分布情况。试验研究结果表明,循环冷冲击处理所产生的热应力超过煤体抗拉强度时会在煤体内部形成新的裂缝,增加原始裂缝的有效宽度,从而提高了煤体内部裂缝连通的有效性,有效改善了煤体渗透性;循环冷冲击处理后煤体渗透率的平均增幅为16%～215%,煤体渗透率增幅大小与处理后的裂纹增加数量及其连通性紧密相关;煤岩材料的非均质性、外部应力载荷及“负损伤”效应的影响使得循环冷冲击处理后的煤体渗透率增幅具有明显的随机性,并呈现出非均匀波动变化特征;循环冷冲击处理所产生的收缩-膨胀效应会引起煤体部分碎块脱落,最终导致煤体质量减小,循环冷处理后煤体的平均质量减幅为0.151%。

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不同断面型式悬浮隧道管段波动特性实验研究

蒋树屏, 李勤熙

地下空间与工程学报. 2019, 15(2): 416-422.

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水中悬浮隧道(Submerged floating tunnel,简称SFT)是世界上目前唯一还没有实践过的海洋交通结构。SFT的波浪荷载作用评价对隧道结构设计十分重要。通过在二维波浪水槽中的物理模型实验,研究了3种不同断面型式悬浮隧道结构在不同波高和周期下的不规则波作用响应。实验结果表明:(1)相比圆形和多边形断面,椭圆形断面在周期内明显出现了多个局部峰值,且随着波高的增加,局部峰值的个数也随之增多,说明高宽比较小的椭圆形断面旋转力矩发生了作用。(2)通过获得的SFT断面周向压强对SFT断面的垂向和水平向波浪力进行了估算。(3)3种SFT断面出现最大最小压强的位置是一致的,但3种SFT断面的垂向波浪力均大于水平波浪力,结构设计时应重点关注垂向波浪力。根据垂向波浪力与水平波浪力幅值差变化比较,椭圆形和多边形受波高变化的敏感性比圆形更为显著。

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不同溶液下弱膨胀土的抗剪强度研究

于海浩, 孙德安

地下空间与工程学报. 2019, 15(2): 423-427.

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为了研究氯化钠溶液对膨胀土强度的影响,以宁明弱膨胀土为研究对象,对经不同浓度氯化钠溶液饱和后的试样进行直剪试验。试验结果发现,由于试样孔隙中氯化钠盐溶液的存在,改变了弱膨胀土的峰值和残余剪切强度, 即经1 mol/L氯化钠溶液饱和的试样剪切强度小于蒸馏水饱和试样的剪切强度,氯化钠溶液降低了试样的黏聚强度和摩擦强度。认为造成上述结果的原因为,氯化钠溶液降低了位于剪切面上的颗粒与颗粒之间的作用力,使得相互阻碍作用降低,剪切面容易形成,表现为剪切强度降低。

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不同截面形状砂岩试样的力学特性试验研究

吴秋红, 赵伏军, 李夕兵, 董陇军, 王斌

地下空间与工程学报. 2019, 15(2): 428-434.

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人们通常采用实心圆柱试样进行静态及动态加载试验分析岩石的力学特性,然而实际工程岩体中方形和空心圆柱体试样也很常见。为了研究不同横截面形状对岩石力学特征的影响,本文对相同高度和横截面面积的完整圆柱试样、方形试样和厚壁圆筒试样进行单轴压缩试验和声发射检测。试验结果表明,方形截面菱角、厚壁圆筒试样孔道自由面有利于岩石的局部变形,方形试样强度比实心圆柱体试样偏低6.2%而比厚壁圆筒试样偏高10.0%,方形试样弹性模量分别比实心圆柱体试样和厚壁圆筒试样偏低4.7%、2.8%。实心圆柱试样和厚壁圆筒试样在单轴压缩过程中峰值强度之前可释放弹性能占吸收总能量比值比方形试样大,耗散能所占比值比其小。实心圆柱试样和厚壁圆筒试样破坏以张拉复合破坏为主,方形试样出现了“沙漏”状的破坏形式,试样菱角处都出现明显的剪切面。研究结果为理解岩石的失稳破坏提供了参考。

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颗粒离散元方法中黄土强度参数研究

同霄, 朱兴华, 马鹏辉, 冷艳秋

地下空间与工程学报. 2019, 15(2): 435-442.

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颗粒离散元方法是离散元方法的一种,其研究对象的强度参数确定过程是非常繁琐的,常规方法必须进行数值计算和室内试验的标定。本文基于PFC软件,编写直接剪切试验程序,通过室内直剪试验和模拟试验对比分析,研究颗粒离散元方法中大孔隙,疏松的黄土强度参数。分析得到重力条件、颗粒密度、刚度和模型尺寸效应对强度曲线的影响,其中尺寸效应影响明显,通过多次计算提出了不同尺寸模型的参数换算公式。研究土体抗剪强度粘聚力c和离散元中接触黏结强度bond之间的线性关系,拟合得到二者的计算公式,通过公式可以快速标定得到颗粒离散元方法中黄土的强度参数,这为黄土地区地质灾害的离散元数值分析提供参数基础。

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围压对横观各向同性砂岩弹性参数的影响

曾飞涛, 邵龙潭, 郭晓霞

地下空间与工程学报. 2019, 15(2): 443-451.

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通过层理面角度为0°、45°和90°的长方体砂岩试样的单轴和三轴试验,直接测量了不同围压下砂岩的5个独立的横观各向同性弹性参数:弹性模量E,E′;泊松比ν,ν′;剪切模量G′。测得了前人难以测量的不同围压下的ν和G′值,得到了横观各向同性弹性参数与围压之间的函数关系,并揭示了弹性参数随围压变化的力学机制。试验结果表明,随着围压增大,弹性模量增大,泊松比减小,剪切模量增大。当围压超过30 MPa时,2个垂直方向的弹性模量、泊松比和剪切模量分别趋于相同值,表现为各向同性。由此可以推断:该砂岩的横观各向同性由内部微裂纹在平行于和垂直于层理面方向分布不均引起,围压升高造成裂纹闭合,最终导致各向异性消失。岩石的裂纹闭合效应可以用裂纹密度来定量评价与描述。

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天津滨海新区粘性土物理力学性质指标相关性

郭林坪, 穆坤, 杨爱武, 刘晓强

地下空间与工程学报. 2019, 15(2): 452-457.

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在岩土工程中,土性参数的选取至关重要。笔者对天津临港地区多个钻孔取样所得土工试验数据的统计规律做了深入分析,并结合传统的回归分析方法客观、详细地研究了滨海新区粘性土物性指标之间及其与力学指标间的相关关系,给出了指标之间的经验关系式,并给出相关系数用于评价相关程度。结果表明,物性指标之间相关性都较好,相关系数可达到0.94以上;物性指标与变形指标之间的相关性分析结果表明,孔隙比、含水率、密度等指标与变形指标的相关性都较好,相比之下含水率与变形指标间的相关性最好,相关系数在0.93以上;物性指标与不同试验方法得到的强度指标之间的相关性分析结果表明,孔隙比、含水率、密度等物性指标与强度指标之间的相关关系较好,相关系数在0.81~0.94之间;文中成果可为该地区资料欠缺的工程提供参考。

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地下钢筋混凝土粮食筒仓仓壁变形及内力研究

陈桂香, 崔晨星, 付志永, 蒋敏敏

地下空间与工程学报. 2019, 15(2): 458-464.

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根据柱壳有矩理论,考虑仓壁固定端带来的弯矩及剪力,推导了地下大直径钢筋混凝土筒仓在空仓最不利荷载工况下仓壁的变形和内力计算公式;使用ANSYS程序建立筒仓数值模型,模拟空仓最不利荷载条件下的变形和内力;将理论和数值计算结果与规范法和孙巍巍法的计算结果等进行对比分析。研究表明:筒仓仓底对仓壁上半部分的影响较小,对下半部分影响较大;考虑了仓底对仓壁变形和仓壁内力的影响,得出了仓壁变形和内力计算法,结果与模拟结果更接近。而规范法的圆柱壳无矩理论,得出的仓壁径向位移从仓顶到仓底沿仓壁逐渐增大,在仓底处达到最大值,仓壁环向应力为压应力,与实际情况和数值模拟结果差异较大。本理论可为地下大直径钢筋混凝土筒仓的设计提供参考。

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静压有孔管桩超孔隙水压力消散的影响因素分析

万梦华, 雷金波, 柳俊

地下空间与工程学报. 2019, 15(2): 465-472.

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静压管桩因其质量可靠和施工过程中具有无噪声、无振动、应力小等诸多优点被广泛用于工程中。但静压管桩属于部分挤土桩,在沉桩过程中,桩周土体不仅会产生较大位移,而且会在短时间内形成较高的水压力。有孔管桩通过在桩身开孔能使土中自由水流入管腔,从而减小局部土体位移,加速超孔隙水压力的消散并降低其最大值。本文利用圆孔扩张理论,通过理论公式和工程算例的对比分析,得出有孔管桩沉桩超孔隙水压力随径向距离的增大呈对数衰减,随沉桩速率的加快不断增大,随深度的加深呈递增趋势,随开孔孔径的加大逐渐减小。可对控制管桩挤土效应提供可靠的理论依据。

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基于Forchheimer渗流的土石混合体单向固结模型研究

钟祖良, 别聪颖, 胡伦, 涂义亮

地下空间与工程学报. 2019, 15(2): 473-480.

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土石混合体回填土的渗流属于非达西渗流,不符合Terzaghi固结理论的前提。因此,土石混合体回填土的固结沉降问题难以依靠Terzaghi固结理论解决。经验证Forchheimer 渗流模型符合土石混合体的渗流特性,基于Forchheimer 渗流模型并加以理论推导,建立了欠固结饱和土石混合体回填土线性单向固结模型。利用MATLAB软件编制有限差分计算程序,将有限差分解与达西解析解以及固结压缩试验结果进行对比,验证有限差分解的有效性。结果表明:基于Forchheimer渗流模型推导得到的线性单向固结模型能够较好地预测分析土石混合体的固结沉降,对西南地区欠固结土石混合体回填土固结沉降问题具有理论指导意义。

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复合配筋预应力混凝土管桩抗弯性能试验和数值分析

郭杨, 吴平, 韩磊, 张振华, 韩支叶

地下空间与工程学报. 2019, 15(2): 481-488.

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开发研制了复合配筋(GFRP筋)预应力混凝土管桩(以下简称PRC-G桩),并进行了抗弯性能的现场抗弯试验和数值分析。试验研究结果表明,GFRP筋可以明显改善常规管桩的抗弯性能,其开裂荷载和极限荷载均有显著的提高,破坏时PRC-G桩均是受压区混凝土破碎而PRC桩的预应力筋被拉断;数值分析结果表明,PRC桩破坏时,预应力钢筋达到屈服强度1 420 MPa,PRC桩受压区混凝土未达到标准抗压强度,桩身未被破坏;PRC-G桩破坏时,受压区混凝土最大压应力为52.03 MPa,受压区混凝土破碎,管桩破坏。抗弯数值模拟和抗弯试验的结果表明,两者的荷载-挠度曲线的规律基本一致。研究成果可为复合配筋(GFRP筋)预应力混凝土管桩在工程中的推广应用提供理论依据。

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软岩巷道开挖面承载结构研究及分层支护设计

彭瑞, 赵启峰, 朱建明, 欧阳振华, 石建军

地下空间与工程学报. 2019, 15(2): 489-504.

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通过研究深部软岩巷道开挖面围岩力学承载结构的形成机理和演化规律,指导巷道结构性失稳支护工艺设计。基于软岩力学模型和统一强度准则,考虑“开挖面效应、时间效应”,推导围岩弹塑性解。在算例分析中,建立围岩力学承载结构,提出围岩结构性失稳的梯次支护的原理,发现围岩力学承载结构对巷道破坏特征有一定影响,并分析“面效应、时间效应”影响下的围岩力学承载结构稳定性。据此设计“短锚杆全长注浆-端头锚注-短锚索”梯次支护方法;经数值计算,可知改进后的梯次支护能够确定合理的锚注有效范围,该支护能使围岩形成稳定的承载结构,并及时减小围岩松动圈范围。

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瑞雷波在台涵背填筑质量控制中的应用

杨相如

地下空间与工程学报. 2019, 15(2): 505-512.

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瑞雷波法探测台涵背填筑质量,不仅操作快速简便,还能获取不同深度的数据。为提高探测结果精度,笔者结合公路工程桥台涵背工程特性,通过现场试验,分析激发条件、接收系统和采集参数等因素对瑞雷波信号质量的影响。结果表明:在桥台背填筑质量检测中,根据探测深度,宜采用不同的锤重和垫板;道间距设置应合理,采用0.3～0.5 m的道间距检测效果较佳;在确保首道信号能量的前提下,偏移距应尽可能小,以1～4倍道间距为宜。在此基础上分别针对砂类土、砾类土、巨粒土等常见填料类型,在填料碾压过程中开展灌水试验、沉降观测、面波波速探测,建立了台涵背填筑质量瑞雷波法控制标准,并提出了不同填土类型的合理碾压工艺。

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四川长宁页岩气水平井压裂套管变形实例分析

陈朝伟, 宋毅, 青春, 杨扬, 项德贵

地下空间与工程学报. 2019, 15(2): 513-524.

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选择一口典型井作套管变形实例分析。套管变形是在压裂期间发生的,压裂是套管变形的工程原因。套管变形位置接近小断层,邻井套管变形具有剪切特征,表明套管变形是由小断层滑动引起的。利用微地震监测数据和蚂蚁体追踪数据,识别小断层的倾角和倾向,根据地应力和施工压力数据分析该断层的力学活动性,结果表明应力状态满足滑动条件。分析该井固井质量数据、压裂施工曲线和微地震数据的特征,由于固井质量差,压裂时压裂液可能会突破套管和地层之间的间隙,侵入断层,最终激活断层。因此,为了避免套管变形,建议提高固井质量和避开小断层。

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城市轨道交通隧道双护盾TBM施工适应性研究

罗勇, 吴圣智, 王明年, 黄舰

地下空间与工程学报. 2019, 15(2): 525-532.

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双护盾TBM施工具有速度快、安全性高等优点,已成为山岭隧道建设的重要选择。通过对已建的双护盾TBM隧道调研得到了双护盾TBM施工中常见的问题,并结合青岛地铁2号线提出了基于地质适应性、线路适应性、周边环境适应性的双护盾TBM城市轨道交通隧道适应性分析方法。研究得出了以下结论:采用双护盾TBM施工的隧道多为特长、深埋隧道,施工过程中受高地应力和地下水影响,经常发生卡机、涌水、渗水等灾害;和山岭隧道相比,城市轨道交通隧道采用双护盾TBM施工时灾害发生率更低且处治措施更为灵活;双护盾TBM施工技术在城市轨道交通隧道建设中具有速度快、对环境影响小的优点;针对施工过程中出现的回填层质量较差和TBM过站与车站施工协调难度大的新问题提出了设置止浆环和曲线过站的处治方式。

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土-岩复合地层盾构掘进对桥梁变形影响分析

李亚翠, 杨新安, 裴子钰, 郭乐

地下空间与工程学报. 2019, 15(2): 533-542.

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依托深圳地铁11号线宝安—碧海湾区间盾构穿越桥梁桩基工程,采用FLAC3D有限差分软件研究土-岩复合地层盾构近距离掘进对桥梁桩基础、桥面的变形影响规律及影响范围,并与实测结果进行对比。结果表明:隧道施工对周围地层的影响可划分为塑性破坏区、弹性区和无影响区3个区域;盾构隧道掘进引起的桥面沉降较大,盾构对桥面变形的影响范围为盾构掘进面距桥面为-5D~4D;位于2条隧道之间的桥梁桩基受到2条隧道的影响,桩身竖向位移较大,且最大竖向位移位于桩顶;位于隧道侧方的桩基,盾构施工引起的X方向水平位移值较大,且施工对其影响范围也更大,具有一定的滞后性。

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宁波地区地层温度的原位测试分析

林乃山

地下空间与工程学报. 2019, 15(2): 543-548.

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气温波动会影响浅部地层温度的分布特征,改变地下工程的环境温度,从而影响轨道建设的设计和施工过程。依托宁波轨道交通3号线勘察工程,对沿线地层温度进行全年原位观测,分析了不同深度地层温度的分布特征,获得了以下基本结论:宁波地区恒温层的起始深度在地表以下10 m,地层温度约为18.7 ℃。深度5 m以上范围为气温强烈影响区,不同深度的地温差别较大,而5~10 m范围的温差相对较小,该范围地层为气温的微弱影响区。在气温强烈影响区的地层中,夏季和冬季地层温度随着深度的改变而发生明显变化,夏季平均地温约为18.1 ℃~26.8 ℃,而冬季平均地温为10.8 ℃~17.9 ℃ 。研究结果表明,地层深度和季节是影响地层温度分布的主要因素,在浅部地层内进行地下工程设计和施工中,要考虑气温对地层温度的影响。

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坭洲水道桥圆形地连墙支护体系监测与分析

贺炜, 凡子义, 崔剑峰, 罗超云, 张建仁

地下空间与工程学报. 2019, 15(2): 549-555.

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对虎门二桥坭洲水道桥直径90 m、深29 m东锚碇工程进行了监测,实测得到开挖过程中地连墙墙后土压力、墙体径向位移、竖向弯矩等。同时,设计并实施了地连墙槽段接缝的单元体试验,探讨了圆形地连墙环向刚度折减系数的取值方法,并结合轴对称弹性地基梁法对监测数据进行了对比分析。计算与实测分析结果表明,圆形地连墙支护体系墙体最大位移值为开挖深度的0.018%,远小于工程预警值,说明其可有效控制基坑变形;施工过程中土体开挖及内衬施工对地连墙应力影响最大,是相应深度地连墙应力达到峰值的主要原因,其影响范围为上下两倍当层开挖深度;圆形地连墙墙后土体具有空间效应,实测土压力值小于主动土压力理论计算值;由计算对比可知,考虑环向效应及环向刚度折减的弹性地基梁法可较好地反映圆形地连墙支护体系的受力变形特性。

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电厂循环管淤泥质地基过大沉降加固效果研究

商拥辉, 徐林荣, 王克宏

地下空间与工程学报. 2019, 15(2): 556-564.

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海相淤泥质土具有含水量高、压缩性强及承载力低等特性,工程实践地基处治后服役期一旦出现沉降过大现象,不仅治理费用昂贵且二次加固技术要求较高。依托印度尼西亚雅加达湾北部龙湾3×315 MW燃煤电厂循环管地基工程为背景,在分析循环管地基原“真空预压+竹桩”处治措施的基础上,借助实测数据从设计、施工及管理等方面阐述了地基过大沉降的原因;考虑加固中循环管保持正常工作因素,提出“循环管两侧高压双管旋喷桩+循环管道下部双液注浆”二次集成加固方案。综合测试和数值计算结果可知,二次加固方案实施后循环管地基沉降得到控制,测试50 d(趋于稳定)累计沉降约为22 mm;计算预测30年累计沉降约为48 mm(5 cm以内),沉降速率小于0.01 mm/d;实测和计算均验证加固控制效果较好。研究成果能为类似工程实践提供理论参考。

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PDC钻头复合钻进破岩机理及个性化设计探讨

杨迎新, 杨燕, 陈欣伟, 任海涛, 戚清亮

地下空间与工程学报. 2019, 15(2): 565-575.

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在复合钻进工况下,地面和井下马达的复合驱动虽能使PDC钻头的钻速能得到显著提升,但钻头寿命也会显著缩短。通过研究定向井、水平井下部钻柱的受力变形特性,建立了复合钻进下PDC钻头的运动学模型,研究了转速比、布齿位置、下部钻柱几何状态等对切削齿切削轨迹的影响规律。在此基础上,改进了PDC钻头破岩数字仿真系统,并利用该系统研究了PDC钻头在复合钻进工况下的运动学、切削力学规律以及井底形态特点。研究结果表明:除了高转速因素以外,复合钻进钻头破岩效率增高的主要原因在于PDC钻头切削齿的不平行刮切特性,以及螺杆弯角所导致的钻头牙齿的不均衡切削状态。针对PDC钻头在复合钻井条件下的破岩机理和失效特点,探讨了复合钻进PDC钻头个性化设计的技术思想和实施方法,为复合钻进条件下PDC钻头工作性能的改进提供了理论依据和技术手段。

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深部巷道破碎围岩注浆加固效果综合评价

王晓蕾, 秦启荣, 熊祖强, 苏培东, 袁印

地下空间与工程学报. 2019, 15(2): 576-582.

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为了研究深部巷道破碎围岩注浆加固效果,以山西某矿2301巷道作为试验巷道,采用P-Q-t参数法、浆液填充率法、岩体力学参数法、分段注水法、钻孔电视法、物探法对破碎围岩注浆加固效果进行综合评价,并对锚杆、锚索预紧力进行测试和巷道变形进行监测。研究结果表明:P-Q-t参数法以定压与定量作为注浆结束依据,注浆压力达到预设压力,且注浆速度小于5 L/min的时间持续一定时间,则结束注浆。注浆后地层注浆填充率为93.2%,岩层整体性得到提高且孔隙率降低了39.35%,地层注水量明显减少,裂隙发育度降低;注浆后,钻孔裂隙被白色浆液填充,围岩完整性得到提高,条纹消失,地层成为连续的整体;锚杆、锚索,预紧力均达到150 kN,巷道变形量较小,满足了工作面回采的要求。

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上软下硬地层盾构机滚刀磨损特性研究

张伟森

地下空间与工程学报. 2019, 15(2): 583-588.

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以广州地铁某盾构区间为工程背景,结合上软下硬地层的强度特性,提出了硬地层所占面积与掌子面面积之比来评估上软下硬地层中地层分布情况的方法,确定硬地层对开挖面强度特性的影响。根据地层特性和分布情况,提出了适应不同均一地层的刀盘合理转速以及适用于上软下硬地层的刀盘设计转速。通过监测盾构机掘进过程中的刀盘扭矩变化,提出根据刀盘扭矩变化幅度制定刀盘转速调整时机的预警机制,实现刀盘转速提前调整。结合实际应用效果,上软下硬地层会使盾构滚刀产生过快磨损,超前调整刀盘转速可有效降低滚刀受冲击荷载的影响,延长滚刀正常工作时的掘进距离,显著提高上软下硬地层中盾构施工效率。

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上软下硬地层隧道稳定性因素及影响研究

吴波, 王鸣涛, 邓政

地下空间与工程学报. 2019, 15(2): 589-600.

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采用正交试验以及极差分析法比较隧道跨度W、埋深h、高跨比λ、隧道开挖技术以及机械掘进尺寸对施工工程因素作用下上软下硬地层隧道稳定性的影响。当软硬地层组合不同时,比较W、h、λ和地层隧道的软硬地层分界面中关键的位置参数β同地层隧道上部较软的地层参数D_s与地层隧道下部较硬的地层参数D_x对这三者同隧道地质因素以及隧道工程因素彼此相互作用为上软下硬地层隧道在稳定性方面所产生的一系列影响。研究只有h因素变化时对上软下硬地层隧道稳定性的影响,并分析了隧道的破坏演化规律。研究结果表明:W和埋深h属于隧道工程因素给上软下硬地层隧道自身稳定性造成影响的因素里面最关键的,影响第二的是高跨比λ;当隧道在开挖后自身稳定时,W是影响地质因素、工程因素共同作用下隧道稳定性的主要因素,反之是D_s软硬分界面改变了上软下硬地层隧道的破坏模式,当为深埋隧道时,上部较软地层是最薄弱的地方,实际工程中要加强支护。

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大跨度地下洞库爆炸荷载下破坏形态试验研究

袁伟泽, 徐干成, 顾金才, 张向阳, 颉旭虎

地下空间与工程学报. 2019, 15(2): 601-606.

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为分析不同药量的钻地武器爆炸对大跨度地下洞库产生的破坏效应,采用模型试验的方法对大跨度地下洞库的抗爆性能进行了分析研究,获得了不同爆炸荷载作用下洞库周边及衬砌的压力、加速度和位移的分布规律,并对比分析了围岩及洞室的整体破坏情况。试验结果表明:随着爆炸药量的增加,测点压力、加速度和位移的峰值基本均呈增大趋势,且相同测点位移峰值增大最明显;当爆炸药量增大时,先在洞室拱顶出现影响结构安全的纵向裂缝,且随着爆炸药量的继续增加,地下洞室裂缝的部位和数量逐渐增多、宽度逐渐加大,洞室衬砌甚至出现掉落现象;洞室拱顶围岩自两侧拱脚至爆心均出现了“八”字形的裂缝,且随着爆炸药量的增加,裂缝的宽度逐渐加大,甚至出现了拱顶围岩整体塌落的现象。其论文研究成果可为大跨度地下防护工程的抗力评估提供参考。

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并行小净距隧道楔形掏槽爆破振动效应研究

石洪超, 张继春

地下空间与工程学报. 2019, 15(2): 607-613.

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以重庆鸭江隧道小净距段爆破掘进施工为背景,采用现场振动监测与数值计算相结合的方法研究了并行小净距隧道后续洞上台阶采用楔形掏槽爆破产生的振动效应,分析了掏槽孔与掌子面之间的布置角度对振动速度场的影响。结果表明:先行洞迎爆侧边墙上的最大振动速度出现在后续洞爆破掌子面的侧后方;掏槽孔的布置角度越大则振动强度的极值越大,极值出现的位置也越靠近爆破掌子面。可以通过减小掏槽孔的布置角度来实现降低隧道掘进爆破振动强度的作用,此外在施工现场布置振动监测点时应考虑掏槽孔布置角度的影响,掏槽孔的布置角度越大则振动监测重点区域与爆破掌子面间的距离越小。

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8.5 m超大采高综采面回采巷道合理煤柱宽度分析

邸帅

地下空间与工程学报. 2019, 15(2): 614-621.

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为确定8.5 m超大采高综采面大断面、超长距离回采巷道合理煤柱宽度,以上湾矿12401综采面回采巷道为背景,采用回归分析、理论分析、数值模拟方法进行分析。在经验法基础上采用回归分析科学预测煤柱宽度;基于D-P准则引入洛德参数修正极限平衡理论以考虑中间主应力对屈服函数的影响,并在此基础上,提出“塑性区宽度等同理论”分析煤柱宽度。研究结果为:回归分析法、载荷估算法、塑性区宽度等同理论预测值分别为25.31 m、23.5 m、24.2 m;数值模拟预测值为25 m。综上确定8.5 m超大采高回采巷道合理煤柱宽度为25 m,研究成果可为综采面回采巷道支护及稳定性等方面提供理论依据。

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锦屏一级水电站蓄水后库岸变形破坏规律研究

陈长江, 杨静熙, 刘忠绪

地下空间与工程学报. 2019, 15(2): 622-628.

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水电工程大多位于高山峡谷地区,工程兴建后形成水库,水库蓄水后,库水升降引起库周坡体内地下水位和地下水渗流场发生变化,改变了坡体原有的受力状态,引起应力重分布,易使库区原有滑坡体或稳定性较差库段坡体产生变形破坏。锦屏一级水电站水库蓄水后库岸出现了变形破坏,部分库岸失稳对工程安全构成威胁,也对当地居民生命财产安全造成较大威胁。通过对锦屏一级水电站水库蓄水后变形破坏库岸的大量现场调查,分析了锦屏一级水电站水库蓄水后库岸变形破坏特征,总结了库岸变形破坏规律,可为其他工程水库蓄水后库岸变形分析预测及稳定性评价提供一定参考。

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琼州海峡隧道盾构对接冻土帷幕温度场数值分析

胡俊, 詹旺宇, 蔡兵华, 李忠超, 陈健

地下空间与工程学报. 2019, 15(2): 629-636.

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盾构对接冻结法加固时,确定冻结方案、掌握冻土帷幕温度场发展与分布规律等是需要解决的关键问题。依托琼州海峡隧道盾构对接工程,运用有限元软件建立直管冻结和半圆环形冻结两种数值模型,对冻土帷幕温度场的发展规律进行研究,主要得出:两种模型冻土帷幕在各个切片上都能满足设计要求,故在琼州海峡隧道盾构对接时采用冻结法加固是可行的;随冻结时间的增加,两种模型的冻结壁都是以冻结管为中心开始生成并慢慢相交,最后形成封闭的冻土帷幕以达到止水支护效果;直管冻结的冻土帷幕生成时间更短且最终生成的冻土帷幕厚度更厚。所得结果可为今后类似工程设计提供了参考依据。

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