地下空间与工程学报

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刘宏波, 翟国方, 顾福妹, 施益军, 李亚

地下空间与工程学报. 2019, 15(4): 955-964.

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伴随城市的快速发展及土地的集约利用,我国城市地下空间资源开发进入综合发展时期。然而,目前规划编制体系还不尽成熟,未形成不同等级规模城市的地下空间规划编制方法。中等城市的发展存在广阔的空间和可塑性,其地下空间规划的编制对我国未来城市化发展具有重要战略意义。本文结合新沂市中心城区地下空间的规划实践,探索适用于中等城市的地下空间编制方法,引导规划管理。①总规层面:对接上位规划,定性与定量分析相结合,挖掘城市特色,创造地下空间公共价值,合理进行分区引导,实现“刚弹结合”; ②控规层面:衔接规划管理,形成“文字+管控导则”的管控体系。

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城市地下空间开发利用现状及未来发展理念

雷升祥, 申艳军, 肖清华, 奚家米, 顾霖骏

地下空间与工程学报. 2019, 15(4): 965-979.

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城市快速发展出现诸如环境污染、资源短缺、交通拥堵、房价高等“大城市病”问题,破解“大城市病”的最佳选择在于开展城市地下空间开发利用。归纳我国大城市建设存在的“大城市病”特征,提出了城市地下空间开发利用对于城市可持续发展的现实意义,对国内外城市地下空间开发现状进行了综述,明确了当前城市地下空间开发利用存在的核心问题及发展方向;基于国内外现状分析,明确进行了我国未来地下城市空间开发利用的发展原则;提出未来地下城市规划布局发展的若干理念,从法制构建角度倡导树立第四国土、地下红线理念;从规划、设计、建造角度推崇融合设计、规划留白、智慧建造等理念;从空间角度提议采用节点TOD空间布局理念;从可持续发展角度坚持以人为本理念。本研究综述及发展理念旨在为未来大城市立体空间联动利用提供模式借鉴。

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伴随城市生长的地下交通空间布局与开发

孙苗苗, 蒋丞武, 虞梦菲, 周联英, 莫思颖

地下空间与工程学报. 2019, 15(4): 980-989.

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作为当今亚洲乃至全世界经济最为发达的国家之一,新加坡每年不断吸引着大量游客和移民的涌入。城市飞速发展带来的人口密度增长也为新加坡的交通带来了较大的压力。针对地少人多的城市发展现状,新加坡政府通过充分开发和利用地下空间来缓解其交通压力。随着地下交通空间的合理规划和开发利用,不仅可为城市居民的出行带来便利,同时也带动了地下交通路网周边区域的经济快速增长。通过介绍新加坡地下交通空间的发展历程和建设现状,对地下交通空间布局与城市生长协同发展的关系进行阐述,希望能为我国城市地下交通空间的综合利用与开发提供经验和启示。

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裂隙对白云岩抗压性能的影响研究

黄培东, 饶军应, 谢涛, 杨坚, 卢松柏

地下空间与工程学报. 2019, 15(4): 990-1000.

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裂隙是影响岩石或岩体压、拉、剪等力学性能的重要因素之一。文章通过对含裂隙的白云岩试件进行单轴压缩试验,分析了不同裂隙优势角(0°、15°、30°、45°、60°、75°、90°)、裂隙数量密度及裂隙长度密度对白云岩抗压性能的影响。试验得出:(1)当裂隙优势角α=30°时,白云岩的屈服强度σ_q取得最小值25.29 MPa,当α=90°时σ_q取得最大值109.66 MPa,且α与σ_q符合先减后增的二次函数变化趋势;当α=30°时,白云岩的失效强度σ_s取得最小值61.65 MPa,当α=90°时σ_s取得最大值128.70 MPa,且α与σ_s符合先减后增的二次函数变化趋势;当α=30°时,白云岩的弹性模量E取得最小值32.10 GPa,当α=90°时E取得最大值75.65 GPa,且α与E符合先减后增的二次函数变化趋势。(2)随着裂隙数量密度ρ_s的增大,屈服强度σ_q呈先减后增再急剧减小的三次函数变化趋势,失效强度σ_s呈先增后减的二次函数变化趋势,弹性模量E呈先增后减的二次函数变化趋势。(3)随着裂隙长度密度ρ_c的增大,屈服强度σ_q与失效强度σ_s均呈逐渐减小的对数函数的衰减趋势变化,而弹性模量E呈先增后减再急剧增加的三次函数变化趋势。

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砂岩多步压剪的声发射特性研究

姜德义, 张水林, 范金洋, 张军伟, 谢凯楠

地下空间与工程学报. 2019, 15(4): 1001-1007.

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为了了解砂岩多阶段性应力分布特征,进行了多步压剪实验,加载速率分别为0.02 kN/s、0.1 kN/s、0.5 kN/s,并同步采集全过程声发射信号。利用最大似然估计法分析了声发射能量统计分布特征,结果表明:(1)多步压剪试验的能量概率密度函数符合幂定律分布,并满足能量上的幂律无尺度分布;(2)加载阶段与恒压阶段声发射信号量相差较大,跨越能量数量级有所不同,但加载、恒压阶段的概率密度函数与整体概率密度函数具有统一性,并可以用同一个幂值来表征;(3)加载阶段与恒压阶段幂值分布具有相似性,与概率密度函数形成良好对应;(4)恒压状态下的岩石具有流变特征,声发射能量信号在小能量区间服从线性分布;(5)加载后期,由于裂纹的扩展以及成核过程岩石会发生相变,此阶段能量概率密度函数与全过程保持一致,不受之前能量信号影响。

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岩石钻孔振动与声波频谱特性实验研究

李占涛, 林小国, 宋春霞

地下空间与工程学报. 2019, 15(4): 1008-1016.

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岩石钻孔过程中产生的振动和声波信号中蕴含着丰富的岩性信息,尚未得到深入研究和充分利用。笔者设计了室内振动测试系统,针对花岗岩、汉白玉、青石、加气混凝土等典型岩土材料实施了钻孔实验,采集了钻孔振动和声波信号数据,提取了反映岩石性质的特征信号,揭示了典型岩种的钻柱振动频谱特征。在研究方法上,尝试将频率分段后求各频段的平均幅值,从而方便观察频域内整体变化趋势,将趋势线作为模式用以识别岩性,收到良好效果。研究成果有助于揭示岩体物理力学性质对钻柱振动与声波特性的影响机理,有利于施工地层地质情况的精细探查,具有一定的理论价值与工程价值。

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单次降温条件下硫酸盐渍土盐冻胀试验研究

张卫兵, 杨生财, 马君泽, 钱晓明

地下空间与工程学报. 2019, 15(4): 1017-1023.

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为研究单次降温条件下不同压实度、含水率、含盐量对宁夏地区硫酸盐渍土盐冻胀的影响,进行了室内配置试样试验。结果表明:在单次降温条件下,该地区硫酸盐渍土的起胀温度随含盐量增加而增大。随着温度变化,盐冻胀过程表现为4个阶段:35 ℃~ 5 ℃之间属于纯盐胀阶段,5 ℃~-5 ℃之间属于调整阶段,-5 ℃~-10 ℃之间属于盐冻胀阶段,-10 ℃~-25 ℃之间属于稳定阶段。当压实度较低、且含盐量在2%以内时,盐冻胀率随含盐量增加有所增大;当含盐量超过2%后,盐冻胀率随含盐量增加呈先增大后减小发展趋势,并在含盐量5%时达到峰值。当压实度为100%时,盐冻胀率随含盐量增加而增大。当含盐量较小时,达到最优含水率时盐冻胀率较大;而随含盐量逐渐增大,盐冻胀率随含水率增加呈先减小后增大变化趋势。总体来看,压实度越高、含盐量越大、越接近土体最优含水量时,盐冻胀率也越大。该研究可为硫酸盐渍土地区的工程建设提供参考。

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H-V立体加筋黏土单轴试验

高俊丽, 曹威, 徐宏飞, 袁川

地下空间与工程学报. 2019, 15(4): 1024-1031.

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为了研究H-V立体加筋黏土应力-应变曲线及强度特性,在恒定应变加载速率下,对H-V立体加筋黏土进行了单轴无侧限抗压强度试验,得到了不同加筋高度及不同含水率下的应力-应变曲线。在给定的含水率下,研究了加筋高度为5 mm、10 mm、15 mm、20 mm的H-V立体加筋黏性土与极限应力的关系,得出了在一定范围内极限应力随竖向加筋率的增大而增大,但是其中存在一个最佳竖向加筋率,大于或小于这个加筋率,试样都不能达到最佳效果。在给定的加筋高度下,研究极限应力与含水率之间的关系,得出了极限应力随含水率的增加,先增大后减小的规律。此外,本文还研究了极限应力与分维数D之间的关系,得出了极限应力随着分形维数D的增加,先增加后减小,存在一个最优值。

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湖相淤泥质软土生物酶改性试验研究

叶学银, 李晓刚, 杨广, 汤卓, 曾筱波

地下空间与工程学报. 2019, 15(4): 1032-1040.

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在长沙地铁5号线三一大道站基坑开挖过程中,遇到较多的湖相淤泥质软土地层,这类湖相淤泥质软土对现场施工安全以及后续工程建设带来了较大的隐患。通过使用生物酶以及其他外加剂进行室内试验对湖相淤泥质软土进行改良,以达到提高湖相淤泥质软土地层的工程性质的目的。通过对淤泥质软土进行基本物理参数试验,选择生物酶、水泥、石灰作为外加剂对其进行改良试验,对试验配比进行以正交试验设计,采用室内不固结不排水三轴试验,探究了外加剂对湖相淤质泥软土改良的最优配方。试验结果表明:当外加剂掺量生物酶为0.5%、水泥为15%、石灰为9%时,淤泥软土抗剪强度提升效果最优,同时该种生物酶在24 h时所起到的强度提升效果并不明显,而到达7 d时,生物酶则能发挥较大的提升抗剪强度的作用。对于深基坑建设中,改良这类湖相淤泥质软土地层的工程性质提供了新的理论依据和方法。

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原状泥岩膨胀变形试验及计算模型研究

薛彦瑾, 王起才, 马丽娜, 张唐瑜, 李佳敏

地下空间与工程学报. 2019, 15(4): 1041-1047.

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高铁无砟轨道对路基上拱要求极为严格,泥岩地基遇水后将导致路基上拱,进而影响到高速铁路行车的安全性。以兰新高铁一典型路基上拱地段地基泥岩为研究对象,开展了2 cm、4 cm和6 cm共3种不同高度,10 kPa、20 kPa、30 kPa、40 kPa和50 kPa共5种上覆荷载,以及5.5%、7.5%、9.5%、11.5%和13.5%共5种含水率下的膨胀变形试验。试验结果表明:原状泥岩膨胀量随吸水率增大而增大;上覆荷载对膨胀量起抑制作用,当荷载较小时,抑制作用较弱,荷载较大时抑制作用较强;原状泥岩高度越大,膨胀量越大,且膨胀量与高度不成比例增加;建立了综合考虑泥岩上覆荷载、含水率和高度耦合作用下膨胀量计算模型,模型计算结果与实测数据吻合较好,具有一定推广性。

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盾构隧道管片衬砌壳-弹簧计算模型研究

孙金山, 郭鸿俊

地下空间与工程学报. 2019, 15(4): 1048-1054.

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针对现有盾构隧道管片衬砌计算模型存在的问题,对管片接头的力学特性进行了分析。认为管片的接头实际应包括管片接缝和对应手孔间的管片部分,采用点弹簧模拟管片接头力学特性实际上是夸大了端部管片的刚度。提出了基于壳-弹簧模式的管片结构的整体环-纵向非连续计算模型,改进了接头的模拟方法。该模型将管片接缝以及对应手孔间管片部分视为一个受力整体,其宽度约为对应手孔之间的弧长,并提出了该接头抗弯刚度的定义方式。由于该模型考虑了管片接头的整体性,计算得到的内力值比梁-弹簧模型计算结果更加准确,且可反映管片结构纵向的受力特征。

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废轮胎颗粒-砂混合物双轴压缩力学特性细观机理研究

刘方成, 吴孟桃, 王海东

地下空间与工程学报. 2019, 15(4): 1055-1065.

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轮胎颗粒-砂混合物(简称橡胶砂)是一种典型的二元散体混合材料,关于其细观变形机制的研究还很少。基于颗粒流理论和PFC^2D程序,建立橡胶砂的双轴压缩试验数值模型。通过与室内橡胶砂三轴CD剪切试验的对照,标定橡胶颗粒和砂颗粒细观参数。以砂的体积百分比为配比参数,分析不同配比橡胶砂的偏应力-轴向应变曲线,基于对混合物试样颗粒旋转、力链结构和能量耗散规律的讨论,研究橡胶砂的细观变形机理。结果表明:1)橡胶砂的细观变形机制可归结为具有良好变形能力的橡胶颗粒对砂颗粒的粒间相对错动、翻滚等位移的延缓和抑制作用;2)当橡胶颗粒体积含量在30%~40%之间时,橡胶砂的强力链随着应变的增大而持续增大,其受荷-变形能力关系最为稳定,是橡胶砂的最佳配比。同时,本文对橡胶砂力学特性的参数敏感性研究表明,砂细观泊松比、细观剪切模量、颗粒摩擦系数对橡胶砂应力-应变特性的影响程度大小依次增大,但随着橡胶颗粒含量的增加,三个参数的影响程度均降低。

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隧道穿越非饱和黄土场地浸水试验初探

苗贺朝, 邵生俊, 李骏, 鹿忠刚

地下空间与工程学报. 2019, 15(4): 1066-1072.

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为了揭示隧道穿越的非饱和黄土场地及隧道地基的湿陷变形特性,在隧道上部进行原位试坑浸水试验,分别在试坑的不同位置、深度布置TDR水分计和沉降标点来实测水分的入渗情况和土体的湿陷变形。研究表明:(1)水在非饱和黄土中渗透时优先向大孔隙通道运移,然后逐步扩大至饱和区,具体表现为前一点尚未饱和,下一点已有水分到达;(2)利用TDR水分计可以实时测量水分在土体空间中的运移扩散情况,也可以估算出水在非饱和黄土中的扩散速率,同时由测量所得体积含水率变化曲线可以判定黄土是否发生湿陷变形;(3)黄土场地中的分层湿陷量、湿陷速率随着土层深度的增加而减小,湿陷性黄土的浅层处比深层处具有更大的敏感性和危害性;(4)该试验场地处约15 m以上土层性质比较接近,土体密实度相对较小,水分入渗较快,易于产生湿陷变形,而15 m以下土体较密实,工程性质相对稳定。

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临近荷载对砂土地层支护结构影响的试验研究

李涛, 韩伟治, 霍九坤, 王岩, 任宏伟

地下空间与工程学报. 2019, 15(4): 1073-1080.

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地面荷载的大小与分布形式对地下工程支护结构的安全建设影响显著。以北京地铁6号线轨排井工程为例,通过物理模拟研究竖向荷载、力-桩距和嵌固深度比等因素对支护桩体变形与内力的影响,并将物理模拟结果与现场实测结果进行对比分析。结果表明:地表竖向应力对支护桩体的受力变形有较大影响,桩顶水平位移随竖向应力的增大呈现出初始增长、快速增长和缓慢增长3个阶段;获得了砂土地层桩顶水平位移的经验公式,与实际工程对比表明了其工程适用性。

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逐级加载下浅埋软岩隧道动力破坏振动台试验

郭子红, 罗茹月, 李堂勇, 邹高强, 杨涛

地下空间与工程学报. 2019, 15(4): 1081-1090.

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浅埋隧道围岩的质量普遍较低,整体稳定性差,隧道震害表明强震作用下浅埋隧道极易发生震动破坏。通过开展V级围岩条件下浅埋隧道在小震下的震动响应和逐级加载下的震动垮塌振动台试验,研究了小震作用下围岩加速度沿地层的分布、衬砌结构的内力变化和围岩内部的水平位移变化规律,强震作用下衬砌结构裂缝开展和围岩震动垮塌。结果表明:围岩加速度随距地表距离的减小而增加,地表加速度约为拱顶处加速度的1.63倍,相同高度平面内靠近隧道的围岩振动具有一定的加强;隧道拱顶围岩内部的水平位移大约是拱腰围岩内部的1.23倍,围岩内部位移随着远离隧道而逐渐减小,随着震动烈度的增加而不断增加;隧道拱顶上方垮塌区形状近似漏斗,震动引起隧道衬砌结构拱脚处的轴力和弯矩变化最大,且拱肩和拱脚处裂缝分布最多,应加强拱肩和拱脚处结构的抗震性能。

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冲击荷载下棚洞抗冲切性能研究

雷平, 周天跃, 王星, 郑卓琦, 寇有振

地下空间与工程学报. 2019, 15(4): 1091-1097.

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本文对落石冲击下棚洞钢筋混凝土顶板的破坏形式进行了研究,并按整体抗力相等的原则将板内配筋等效为薄钢板,在考虑垫层缓冲作用的基础上讨论了混凝土强度、棚洞顶板厚度以及顶板内所配钢筋的配筋间距、横纵向钢筋直径等因素对提高顶板抗冲切破坏性能的影响。结果表明:即使冲击速度不大,大质量的破坏性落石仍然会导致顶板贯穿块形成;板内配筋对贯穿块的阻力随着配筋间距的增大而减小,两者成反比例关系;横、纵向钢筋直径对配筋对贯穿块的阻力有显著影响,配筋阻力与横、纵向钢筋直径的平方之和成正比;垫层对落石冲击力的分散作用使得顶板上部的加载面积变大,这可以在一定程度上提高棚洞顶板的抗冲切承载力以及板内配筋对贯穿块的阻力;棚洞顶板的剪切破坏受多种因素控制,因此,在实际工程中应对棚洞所在区域的地质情况进行综合分析以对其进行设计。

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基于UDEC岩体抗压强度尺寸效应的数值研究

栗东平, 李军, 孙荣荣

地下空间与工程学报. 2019, 15(4): 1098-1105.

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利用分形理论,结合Monte Carlo方法生成用于数值实验的节理岩体网络图,选取用于数值实验的节理岩体试件,通过离散元软件UDEC模拟不同围压、不同尺寸数值实验试件的抗压强度,对2组正交节理岩体抗压强度随围压和尺度的变化规律进行了研究。研究表明:随着围压的增大,节理岩体试件的抗压强度也随之增大,抗压强度随围压的变化规律呈线性变化趋势,可拟合为线性变化关系;围压作用下,节理岩体抗压强度仍然具有明显的尺寸效应,但随着围压的增大,尺寸效应有一定的削弱,但不明显;随着试件尺寸的增大,节理岩体试件的抗压强度随之减小,抗压强度随尺寸的变化规律呈非线性变化趋势,可拟合为负指数变化关系。并从理论上讨论了提出的数学关系的合理性。

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基于能量法的双圆盾构施工引起管线沉降计算

魏纲, 崔程虹, 许讯, 张鑫海

地下空间与工程学报. 2019, 15(4): 1106-1111.

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引入隧道与开挖面的相对位置系数α,研究双圆盾构施工在不同工况下引起的深层土体沉降计算公式,以土体沉降计算公式为基础建立能量变分方程,得到双圆盾构施工引起地下管线沉降的计算方法。通过算例对比分析4种典型工况下管线沉降的分布规律,验证公式推导结果正确性,并进一步分析了管线埋深和土体损失率等因素对管线最大沉降的影响规律。研究结果表明:本文方法计算3种正常工况下的管线沉降曲线满足正态分布,旋转工况下管线沉降分布不均匀,最大沉降向下沉隧道侧偏移,另一侧的沉降量则相对较小;土体损失率对管线的沉降有较大影响,而管线埋深对管线沉降的影响则相对较小。

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公路短隧道通透率计算方法及其影响因素

袁立, 史玲娜, 涂耘, 胡涛, 王小军

地下空间与工程学报. 2019, 15(4): 1112-1117.

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根据短隧道行车的视觉特点,分析了短隧道通透率与观察视场之间的关系,以此为基础,建立了直线短隧道和曲线短隧道的通透率与隧道结构参数之间的关系,得到了不同结构短隧道的通透率随长度和半径等参数的变化关系,并与采用图像处理法对仿真建模和实际工程的短隧道通透率进行比较验证。结果表明,采用基于隧道结构的短隧道通透率的计算方法不仅准确便捷,并且完全不受隧道建设工期影响,在隧道设计及建设之初就可得到准确的短隧道通透率,使得采用短隧道通透率进行隧道照明节能设计成为可能,可促进我国隧道照明节能与安全技术的进步。

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考虑吸应力非线性非饱和的无粘性土主动土压力模型

陈茜, 程大伟, 郭鸿

地下空间与工程学报. 2019, 15(4): 1118-1124.

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挡土墙背后的填土往往是非饱和土。在稳态流条件下,非饱和土含水量铅直分布呈现非线性变化规律。通过对库仑土压力理论基本假设进行补充,采用条分法划分土楔体,在忽略条间力的前提下,利用静力平衡条件,结合抗剪强度公式、基质吸力铅直分布公式等辅助条件,建立考虑吸力非线性分布的无粘性土主动土压力计算模型,并对模型进行检验与计算。结果表明:库仑土压力公式是将整个土楔体视为单一土条推导得到的,是本文所建立模型的一个特例;无粘性土主动土压力随比流量和地下水埋深的增大均呈现先递减后增大的变化趋势。

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节理岩体地下洞室随机块体稳定性分析研究

孙增兵

地下空间与工程学报. 2019, 15(4): 1125-1132.

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客观存在的不确定性使得节理岩体工程不可避免地存在风险,概率分析是进行节理岩体工程风险分析评价的有效方法和手段。本文考虑节理岩体的随机特性,在关键块体理论中应用概率分析方法并结合具体工程对岩体地下洞室随机块体进行稳定性分析和预测,统计分析节理裂隙的产状特征,搜索并计算随机块体的安全性并反演得到所需的锚固力,采用随机方法分析评价系统锚杆和衬砌对关键块体的支护效果。研究方法及成果具有创新性,可为类似岩体工程的分析研究提供借鉴。

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花岗岩动态压缩力学特性研究

黄银钉, 张振亚

地下空间与工程学报. 2019, 15(4): 1133-1137.

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由于岩石材料动态破坏的复杂性,理论分析和实验研究都还很不充分,岩石的动力特性越来越受到重视。本文采用霍普金森压杆对花岗岩圆柱试样进行了动态压缩试验,建立了加载速率与花岗岩冲击破坏时的弹性应变能、结构破坏能及岩石破坏形态之间的关系。试验结果表明:甘肃地区弹模在17~21 GPa的花岗岩在瞬时加载条件下,强度随着加载速率的增加而提高;动态压缩强度平均强度为240 MPa,动态模量为31.5 GPa;应变率的变化范围在81~210 s^-1,动态压缩强度随着应变率的增加有明显增大的趋势;当冲击速度增加时,岩石破坏后释放的能量显著增长,应变率越大,岩石破碎块越小。该试验结果能够评价动态荷载作用下花岗岩的强度参数,为类似区域的工程设计与施工提供依据。

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随机变量相关性对隧道二衬作用效应的研究

余永康, 刘新荣, 刘先珊, 钟祖良

地下空间与工程学报. 2019, 15(4): 1138-1143.

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地下工程中岩土层自身的随机性、模糊性及不确定性因素使得隧道工程面临着较大风险。随着隧道工程的蓬勃发展,如何提高隧道工程衬砌结构的安全度、降低工程结构风险措施的研究显得尤为重要。然而,直至目前仍然没有系统、科学的方法来降低隧道工程风险。本文以可靠度理论为基础,同时基于ANSYS软件中的PDS技术,对隧道工程中二衬结构的某些参数的相关性入手,探讨随机输入变量的相关系数对二衬结构的作用效应的影响。研究成果表明:忽略随机变量之间的相关性将对计算结果造成很大误差;二衬作用效应与计算参数的相关系数之间存在一定的线性关系;隧道设计中应当考虑计算参数间的相关性才能使工程设计更贴近真实情况。

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桩撑支护体系施工全过程桩身弯矩演化与分析

宋建学, 赵笑鹏, 王岚, 翟永亮

地下空间与工程学报. 2019, 15(4): 1144-1148.

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在基坑支护设计中,现有的计算方法很难真实地反映桩撑支护体系在实际开挖和主体结构施工过程中排桩内力的分布与演化规律。因此,依托郑州市轨道交通1号线二期河工大地铁车站实例基坑工程,通过实测基坑开挖和主体结构施工过程排桩钢筋应力,反算得到各个工况下的桩身弯矩。分析桩撑支护体系中排桩在施工全工程中弯矩的分布和演化规律,发现桩身弯矩在主体结构施工和支撑拆除阶段会发生重新分布。将支护排桩弯矩实测值与计算值进行对比,发现实测值略小于增量法计算结果,而经典法结果相差较大,说明对于桩撑支护体系增量法计算结果更为经济合理。

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大渡河桥隧道锚力学响应研究及承载力判定

颜冠峰, 王明年, 李睿峰, 范宇, 刘大刚

地下空间与工程学报. 2019, 15(4): 1149-1155.

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隧道锚作为悬索桥锚碇形式的一种,具有工程量小、承载力大和对周边环境影响小的特点。为探究大渡河特大桥雅安岸隧道锚在巨大缆力作用下的力学响应规律和预测隧道锚极限承载能力,建立了大型非线性数值模拟模型,系统、细致地监测了施加缆力前后锚塞体单元主应力,锚塞体与围岩的相对位移,以及锚塞体整体位移以及锚塞体后端面的塑性区随缆力施加的变化趋势,并提出了一种基于锚塞体整体位移和锚塞体后端面塑性区的预测隧道锚极限承载能力的分析方法。最终得出施加缆力后,锚塞体最大主应力由大变小,最小主应力绝对值由小变大的力学规律,并通过超缆力分析预测大渡河特大桥隧道锚的极限承载力为7倍缆力。

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松散富水砂卵石层注浆模拟试验及其工程应用

庞建勇, 姚韦靖

地下空间与工程学报. 2019, 15(4): 1156-1163.

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针对古交矿区斜井工程掘进过程中遭遇松散富水砂卵石层,决定采用超细水泥浆液进行超前注浆施工。自主设计了室内注浆模型试验装置,基于正交试验的方法探讨了不同地层含水率、水灰比、注浆压力等因素对扩散半径、注浆量和强度增长率的影响规律。结果表明:超细水泥浆液与砂卵石层胶结良好,对于扩散半径和注浆量,含水率、注浆压力的影响特别显著,而水灰比影响较小,但水灰比和含水率对强度增长率影响特别显著,注浆压力影响显著。通过对试验数据的回归分析得出了拟合公式,最后将其应用于注浆工程设计与施工中,同时进行了效果评价。

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MJS桩加固对上覆地铁运营隧道影响研究

张品, 钟志全, 陈仁朋, 刘源, 孙和美

地下空间与工程学报. 2019, 15(4): 1164-1171.

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以长沙地铁4号线下穿2号线运营隧道MJS水平桩加固工程为背景,对MJS水平桩施工期间周围地层孔压、2号线隧道附加应力、竖向位移进行监测分析,获得MJS水平桩施工对周围地层及运营隧道的影响规律。研究表明:MJS水平桩在钻孔期间,对周边地层孔压及隧道受力变形基本无影响;喷浆期间周围地层孔压增量随距离增加线性减小,隧道附加应力和竖向位移有明显变化,最大分别达到1.8 MPa和5.42 mm,但管片受力变形均处于允许范围内。表明MJS桩施工期间,隧道处于安全状态,研究可为类似工程提供参考。

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连拱隧道施工工序对既有建筑桩基的影响分析

巩天才, 杨强, 黄木田, 于金龙

地下空间与工程学报. 2019, 15(4): 1172-1179.

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为研究连拱隧道开挖施工对近距离既有建筑桩基的影响,结合重庆市某连拱隧道建设工程,通过数值分析和理论计算相结合的方式,分析连拱隧道在不同开挖工序下其自身的位移沉降以及对周边建筑桩基的影响,优化施工工序。结果显示,在所研究的4种典型施工工况下,隧道右洞比左洞滞后40 m开挖这一工况既不增加先行洞位移和既有桩基位移,又能比设计方案提升近一倍的开挖进度。该计算结果可以有效地优化该连拱隧道开挖设计,对于指导施工也具有一定的现实意义。

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适用于地铁线路的嵌入式轨道结构方案研究

汪力, 肖杰灵, 王冠, 王平, 钱振地

地下空间与工程学报. 2019, 15(4): 1180-1187.

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嵌入式轨道结构在缓解钢轨磨耗和减振降噪等方面表现优异,目前主要用于有轨电车线路。研究提出适用于地铁线路的连续支承无扣件嵌入式轨道结构系统,为地铁轨道结构的减振方案提供一种新选择。在总结分析嵌入式轨道结构型式基础上,结合地铁线路的特点,确定了地铁用嵌入式轨道结构的选型原则和具体要求,提出并比较分析了4种新式嵌入式轨道结构型式。类I型、类III型板式嵌入式轨道适宜于直线线路,钢槽扣结式嵌入式轨道因换轨方便更适用于曲线线路,附加槽式可用于因提高减振降噪要求而进行的既有线改造。嵌入式轨道结构应用于地铁线路具有安全可靠,平顺性高、稳定性强和修复性好等显著优点。

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公路隧道微震监测系统构建与微震特性分析

李天斌, 刘天毅, 陈国庆, 马春驰, 张航

地下空间与工程学报. 2019, 15(4): 1188-1196.

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以紫荆隧道为研究对象,结合钻爆法施工过程建立了紫荆隧道微震监测系统。通过现场仪器设备的安装布设、信号采集识别及分析处理和围岩微震特性的分析,对交通隧道钻爆法施工开挖岩体微破裂萌生、发育、扩展的全过程进行监控,实现了微震活动的全天候全时段监测,并采用RFPA2D模拟隧道开挖过程中的岩体破裂行为,建立了一套适用于隧道钻爆法施工的微震监测体系与技术方法。微震监测结果表明,隧道开挖后拱顶和右拱脚区域微震活动活跃、震级较大,其余区域零散的分散着微震事件,微震事件在拱顶区域更为集中。模拟结果显示,开挖后拱顶区域破坏事件较多,声发射能力较大,最终发生似“X”型破坏,且破坏前出现了事件数量的突增现象。

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深厚煤层开采底板变形特征的光纤监测研究

张平松, 翟恩发, 程爱民, 许时昂, 孙斌杨

地下空间与工程学报. 2019, 15(4): 1197-1203.

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煤层工作面采动会引起采场底板应力场重新分布,发生煤岩体的变形与破坏,准确掌握其时空发育特征对底板突水预测具有十分重要的意义。为了探究大埋深特厚煤层开采底板岩层裂隙场的发育规律,依托准格尔煤田某矿开采工作面,采用井孔光纤应变测试技术开展室内岩石压裂测试并实施底板监测,获得了大采高底板下不同深度岩层随工作面推进的应变变化曲线及特征。结果表明:光纤监测技术可有效捕捉深部煤炭开采底板岩层破坏特征,特别反映出在垂向分布上通过应变与岩层对应关系可得到底板裂隙场发育具有一定的分层性,其分布主要受地层结构影响,并且破坏优先发生于软弱岩层和软、硬岩层交界面附近。且通过1#、2#钻孔应变特征综合分析61101工作面受采动影响底板最大裂隙发育深度为21.5 m。

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基于最小二乘拟合的剪切带间距测量方法

王学滨, 侯文腾, 董伟, 张博闻

地下空间与工程学报. 2019, 15(4): 1204-1211.

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提出了一种基于两次最小二乘拟合的应变局部化带间距的数字图像相关测量方法,该方法的本质是对应变局部化带内应变高值点的位置进行两次线性最小二乘拟合。第一次拟合用于确定两条相邻的应变局部化带各自拟合直线的斜率。第二次拟合是在已知拟合直线平均斜率的基础上确定各自拟合直线的截距。采用平行线距离公式计算应变局部化带间距。测量了单轴压缩黏土试样剪切应变局部化带(剪切带)间距随纵向应变的演变规律,并对剪切带间距的测量结果进行了统计分析。研究发现,剪切带间距随纵向应变的演变规律可以划分为两类:平稳变化和非平稳变化,前者的比例较大;剪切带间距发生突变是由于剪切带的倾角发生了突变;剪切带间距主要分布在3~7 mm,均值为4.787 5 mm。

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盾构隧道邻域基坑施工下桩隔离效果研究

姚爱军, 郭彦非, 郭海峰, 康晓鹏, 纪茜尧

地下空间与工程学报. 2019, 15(4): 1212-1224.

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为研究隔离桩在基坑开挖卸荷-加载作用下对邻域既有地铁隧道的隔离保护效果,本文采用相似物理模型试验与数值模拟相结合的方法,分别对隔离桩的不同影响因素进行了研究。研究结果表明:在侧方中部基坑卸荷-加载作用过程中,管片发生斜向基坑内侧的移动,同时结构发生逆时针方向的扭转现象;管片初始土压力呈“葫芦形”分布,当基坑卸荷完成和加载完成后,管片左下方和右上方土压力增大,右下方和左上方土压力略微减小。施加隔离桩后,管片位移和自身扭转现象明显减弱,土压力减小但变化规律保持不变。当隔离桩在影响区以下稳定土体内具有一定长度时,适当增大桩间距和桩顶埋入深度仍可取得较好的隔离效果。

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浅埋厚煤层条带充填保水开采分析研究

白二虎, 郭文兵, 谭毅, 杨达明, 郭明杰

地下空间与工程学报. 2019, 15(4): 1225-1231.

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我国西北地区浅埋厚煤层开采对地表及潜水层造成严重破坏,而充填开采是减小地表破坏以及实现保水开采的有效途径。为研究浅埋厚煤层条带充填保水开采的安全性,以哈拉沟煤矿为研究对象,建立了“边界煤柱+条带充填体+覆岩”的力学模型,采用相似试验与现场实测相结合的方法,在周期来压步距、地表下沉及台阶裂缝等方面进行对比分析,得出了较为准确的基岩裂缝角及直接顶初次垮落步距,并通过对隔水层的稳定性分析,确定了条带充填开采的充填宽度为38 m,充填间隔为16 m。根据土工试验得到黄土层的相关力学参数,确定了下行裂缝的发育深度。结果表明:条带充填开采引起的下行裂缝未影响到主关键层,有效隔水岩组厚度满足相关规程要求,可实现安全保水开采。

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川藏铁路长大深埋隧道地应力场反演分析

张敏, 黄健, 巨能攀, 张雨露, 张广泽

地下空间与工程学报. 2019, 15(4): 1232-1238.

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西南地区山高谷深,地质条件复杂,隧道工程建设过程中面临着巨大地质灾害风险。桑珠岭隧道作为川藏铁路林芝段的主要控制性工程之一,面临着超长、超埋深诱发高地应力风险,本文通过综合分析隧道区域构造环境与现场实测数据,利用Surfer、ANSYS等软件构建隧址区三维数值模型,采用应力试算法确定模型加载的边界条件,进一步使用基于有限差分法的FLAC^3D模拟计算,获得桑珠岭隧址区范围的初始地应力场。对比分析可见地应力在方向与量值上基本吻合,且与区域构造定性分析结论基本一致。隧道轴线方向地应力场总体表现为:最大水平主应力(S_H)>垂直主应力(S_v)>最小水平主应力(S_h),最大主应力方向N30°W～N45°E。基于强度理论分析,隧道深埋段地应力较大,岩爆发生可能性较高。建议施工期间,应加强超前地质预报与监测,确保施工安全。

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熵权和集对的耦合模型评价盾构隧道健康

林永亮, 赵磊

地下空间与工程学报. 2019, 15(4): 1239-1245.

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考虑到盾构隧道健康评价的模糊性与不确定性,建立熵权与集对理论耦合的评价模型,对盾构隧道进行健康状态评价。选取了横断面收敛等7项指标作为指标体系,采用信息熵来反映指标内在重要程度的不同,并计算权重,使权重的分配具有一定的理论基础及客观性,熵权结果显示权重前三位依次为变形缝变形、纵向沉降曲率以及横断面收敛。引入集对理论来分析每个评价样本与各评价等级的集对联系度,做同异反分析,将评价过程中不确定性的因素进行分解。最后通过比较联系度特征值的大小,对评价样本健康等级进行划定。经实际工程分析,表明该方法可行,能科学客观地反映隧道健康状态。

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穿越近海破碎带隧道工程风险模糊评价和应用

于正, 杨龙才, 宫全美, 张勇, 钱康

地下空间与工程学报. 2019, 15(4): 1246-1257.

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针对矿山法隧道穿越近海破碎带的工程风险评估,通过事故调研,选取围岩失稳和突水风险的四小类影响因素和对应的9个工程风险评价指标,并确定各评价指标的分级标准,形成工程风险的四层次评价体系;采用模糊可变集合工程方法,对实际穿越点的评价指标实测值进行隶属度分析,并通过关联函数法动态赋权,加权求和确定穿越点的工程风险隶属度和特征值,建立矿山法隧道穿越近海破碎带工程风险的四层次模糊评价方法。在工程应用中,结合地质雷达等超前地质预报数据,对青岛地铁某近海区间隧道两次穿越次生构造破碎带进行工程风险评估,结果与实际施工情况一致。

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利用竖井自然通风辅助机械通风的关键参数研究

张恒, 孙建春, 刘效成, 涂鹏

地下空间与工程学报. 2019, 15(4): 1258-1266.

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为了解决长大隧道中如何有效利用竖井自然通风辅助机械通风,提高通风效果、节约能耗,以锦州地下储油洞库群和官田隧道的施工通风为依托,采用理论分析、数值模拟及现场测试对竖井自然通风效应的影响参数进行了研究。研究结果表明,在特定的气温条件下,竖井进行自然通风会对机械通风有辅助的效果;竖井的直径变化对通风的作用影响是比较有限,当竖井的深度在250 m以前时,竖井通风效应随竖井深度的增大而增强。当竖井深度达到250 m后,继续增加深度,其通风效应无显著变化。温差越大,竖井自然通风效果相对越好,冬季利用竖井出风的通风效果要好于夏季利用竖井进风的通风方式;该竖井进风方案的要点在于如何将新鲜的风引入到主洞室,在距竖井的中线5 m处布置风机比较科学合理。

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纵向通风下隧道长度对临界风速的影响分析

姜学鹏, 朱珠, 乔意峰, 王正阳

地下空间与工程学报. 2019, 15(4): 1267-1272.

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临界风速可有效控制烟气蔓延,是隧道防灾通风重要参数。为分析隧道长度对临界风速的影响,采用量纲分析法构建临界风速与隧道长度关系公式,并分别在5 MW和30 MW火源热释放速率下,对不同长度隧道的火灾进行数值模拟以量化研究隧道长度对临界风速的影响。结果表明,隧道长度对临界风速具有影响,且不同火源释放速率时影响也有所不同:无量纲火源热释放速率小于0.15时,临界风速随隧道长度增大呈现1/41次方增长关系;无量纲火源热释放速率高于0.15时,临界风速随隧道长度增大呈现1/25次方增长关系。进而建立了考虑隧道长度的无量纲临界风速计算公式。

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