地下空间与工程学报

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王小林, 赵瀚

地下空间与工程学报. 2019, 15(5): 1273-1282.

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为解决传统物流带来的环境污染、能源危机以及交通拥堵等问题,以地下物流系统为基础,分析了地铁与地下物流系统结合的地铁物流系统的可能性、优势与不足,并以西安为例对地铁站的货运能力与货运相关的建筑面积进行了理论预测,同时提出了适用于地铁物流的分离式与结合式两种综合地铁站,并进行了初步可行性分析。结果表明:地铁物流相比于广义上的地下物流系统在前期投资和可参考工程数量上更具有优势,且预测显示扩建客运站的60%左右作为货运站,在2020年西安地铁就能为城市承担19%左右的非危险品物流压力,但是地铁物流存在服务范围与货物种类的限制,无法代替地下物流系统;在综合地铁站形式上,结合式地铁站能够根据客流量调整车厢布置,但是,对于依赖于列车协同运行技术解决货厢客厢共车问题而言,分离式地铁站避免了物流客流共节点,但运行依赖于协同调度管理技术以保证前后车安全距离。

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基于疏港通道交通特征的地下物流效益分析

何凌晖, 段征宇, 陈川, 杨东援, 海德俊

地下空间与工程学报. 2019, 15(5): 1283-1289.

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上海外高桥港集装箱吞吐量保持了30多年的持续增长,这对货运疏港通道带来了巨大的挑战。目前外高桥港主要通过公路集疏运,导致了城市道路交通拥堵和环境恶化。建设地下物流系统被认为是一种新兴的、缓解交通拥堵的工程技术手段。本文首先分析了上海外高桥港疏港通道的现状和交通特征,用以确定效益分析中部分参数取值;其次,根据历史疏港通道交通流数据,使用回归分析的方法预测其交通量增长;最后,根据现状交通特征和未来交通量分析建设地下物流系统对疏港通道的效益,计算其可释放的道路通行能力以及可减少的气体排放量。研究表明,地下物流系统在相当程度上可降低道路交通量,缓解货运交通对疏港通道的压力,减少有害气体的排放,改善城市环境。

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基于专家-层次分析法的地下空间适宜性评价

江思义, 王启耀, 李春玲, 黄栋声, 李海良

地下空间与工程学报. 2019, 15(5): 1290-1299.

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对环境地质调查成果的转化进行了研究,提出基于MapGIS利用地质环境要素对城市地下空间开发适宜性评价的方法。首先通过专家打分法选择合适的评价因子,利用地质环境调查成果,按各因子的地质环境条件对研究区进行分区,再利用层次分析法确定各评价因子的权数,最后通过MapGIS空间分析功能,将各因子的分区图按因子的权重进行叠加,得到适宜性分区图,实现可视化,并作出适宜性评价,实现成果转化。并以南宁市西津幅的环境地质调查成果为例,通过所列的评价指标体系和评价方法对研究区进行了评价,其成果可为南宁城市规划区地下空间开发利用的整体规划提供指导和借鉴。

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城市中心区地下步行系统规划研究

阮东俊, 童本勤

地下空间与工程学报. 2019, 15(5): 1300-1305.

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城市中心区的地下空间通过彼此建立联系以提高使用效率,从而达到一定的经济效益和社会效益。在中心区地下步行系统规划中,不但需要顶层设计考虑系统的完整性,还要因掣肘于某一段连通工程实际施工难度,去更多地考虑协调产权、突破工程技术、消减施工社会影响等因素。因此,本文引入城市道路交通评价中的“连通度”指标。它既反映了整个地下步行系统的网络化程度,也能反映某一段连通工程在整个系统连通中的价值,去支撑高成本高难度的地下空间发展决策。探索地下步行系统中的连通度计算方法。文章通过收集北京、深圳、南京、杭州的中心区地下步行系统规划方案作为算例研究,希望能为其他城市地下步行系统规划提供思路和方法参考。

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商业中心区地下空间发展机制及城市设计方法

唐由海, 袁红

地下空间与工程学报. 2019, 15(5): 1306-1315.

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商业中心区功能高度复合、空间高度集聚,其发展要求建立舒适的全步行系统、空间垂直发展。地下空间的立体化发展机制是利用地下交通空间带动“地下商业、休闲、娱乐”功能发展,增强城市空间之间的联系使之达到功能混合、空间集聚、交通网络化的目的。商业中心区地下空间城市设计的关键在TOD模式导向下以轨道交通为“发展轴”,与其他区域或中心联系;以轨道站点为“发展源”、地下步行网络为“发展流”、地下车库为“发展块”,将机动车交通全部放入地下,构建片区化、网络化、立体化、简洁化的地下空间形态,建立轨道影响区内的全步行系统及立体步道网络串联公共空间、娱乐空间、商业空间,促进商业中心区的立体集约化发展。

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水化学作用对砂岩力学性质影响试验研究

骆韬, 郭保华, 焦峰, 郭金宝

地下空间与工程学报. 2019, 15(5): 1316-1322.

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水化学作用对岩体工程稳定性具有重要影响。本文简要综述了水化学作用对砂岩单轴、三轴、直剪试验力学参数的影响和对砂岩破裂及裂纹扩展过程的影响。综合分析表明:不同水化学溶液对砂岩力学参数影响程度顺序如下:pH值1~3的酸性溶液> pH值11~13的碱性溶液> pH值4~6的酸性溶液> pH值8~10的碱性溶液>中性溶液>蒸馏水;经过不同水化学作用后,砂岩的单轴抗压强度下降程度均在24%以上,蒸馏水对砂岩弹性模量的影响要大于碱性溶液;随着围压增大,水化学作用下砂岩三轴抗压强度下降程度呈减小趋势;水化学作用下,通过三轴压缩试验得到的砂岩粘聚力下降范围为8.96%~38.05%,内摩擦角的下降范围为1.26%~6.51%,直剪试验得到的砂岩粘聚力下降范围为9.52%~17.23%,内摩擦角的下降范围为3.52%~14.90%;水化学作用提高了裂纹的扩展速度并使其扩展方式趋于复杂化。

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膏岩三轴压缩声发射特征及损伤演化研究

张强星, 刘建锋, 曾寅, 李志成, 吴池

地下空间与工程学报. 2019, 15(5): 1323-1330.

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利用MTS 815岩石力学测试系统对膏岩进行不同围压下的三轴压缩试验,配合AE系统进行全过程声发射监测,展开了膏岩变形破坏过程的力学特性及声发射特征进行研究,并进一步探讨膏岩变形破坏过程损伤演化规律。试验结果表明:(1)膏岩是一种致密低渗岩石,气体孔隙度在1.30%~3.50%之间;(2)三轴加载条件下,膏岩的力学性质与声发射参数对围压的响应效果强烈,50 MPa围压较5 MPa围压下膏岩强度提高110.67%。高围压下声发射信号表现出明显的“滞后”效应,声发射集中分布区不断向后推移;(3)膏岩的临界围压为20 MPa。低围压下膏岩呈脆性破坏,破坏后形成宏观剪切面;临界围压下呈塑性破坏,破坏后形成共轭Y型剪切;高围压下呈延性破坏,破坏形态为鼓胀破坏;(4)膏岩损伤演化过程可分为初始损伤期、损伤快速发展阶期与损伤平稳期,能够与膏岩变形破坏阶段对应;损伤快速发展期为膏岩内部裂隙发展、贯通的主要阶段。

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单轴压缩下饱水裂隙砂岩体积效应的试验研究

王超, 刘长武, 刘德峰

地下空间与工程学报. 2019, 15(5): 1331-1340.

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为研究水和岩样体积对砂岩物理力学及变形特性的影响,采用MTS815型岩石力学测试系统,对干燥和饱水状态下的3种不同体积(高径比2∶ 1)完整和裂隙砂岩进行单轴压缩试验。结果表明:完整和裂隙砂岩的孔隙率与饱和吸水率与岩样体积成正比;干燥和饱水的完整与裂隙砂岩单轴抗压强度均随体积增大而小幅降低;砂岩弹性模量和变形模量与岩样体积呈负相关,且水降低了砂岩的弹性模量与变形模量;干燥砂岩的泊松比随岩样体积增加而增大,而饱水砂岩则随岩样体积先增加,后稳定;干燥的完整和裂隙砂岩的宏观破坏形式由小尺寸的轴向多劈裂面破坏逐渐转变为大尺寸的单一剪切破坏,水的存在对岩样单轴压缩破坏形态没有明显影响。

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不同围压下煤岩强度及变形特征研究

刘晓辉, 余洁, 康家辉, 郝齐钧

地下空间与工程学报. 2019, 15(5): 1341-1352.

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利用MTS815对煤岩展开单轴和8、16、25 MPa三轴压缩试验,探讨不同围压下煤岩的强度及变形特征。研究结果表明:煤岩应力-应变曲线经历线弹性、屈服、破坏3个阶段,延性特征随围压升高愈发明显;随着围压的升高,煤岩峰值应变增大,弹性模量呈二次函数增长趋势;煤岩在单轴压缩下多发生脆性破坏,随着围压升高,煤岩出现明显的主导破坏面,并且破碎体中大体积煤块所占比重增大;平均块度、分形维数与围压存在一定的相关性;不同围压下,煤岩强度变形特征满足Coulomb强度准则,残余强度及达到峰值应力的时间与围压呈线性关系,峰值强度对围压的敏感性高于残余强度,残余内摩擦角及粘聚力均小于峰值强度对应的值,在引入强度衰减系数后,发现其变化特征与煤岩变形破坏过程表现的性质吻合,煤岩对围压的敏感性较强。

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页岩填料MICP-格栅灌浆胶结体超声波速分布特征

贵晓, 张瑾璇, 许凯, 黄明, 龚豪

地下空间与工程学报. 2019, 15(5): 1353-1361.

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将MICP(微生物诱导碳酸钙沉淀)技术应用于崩解性页岩残积土填筑体的加固,可有效提高页岩弃渣承载力从而解决填方路基的不均匀沉降、沉陷坍塌及路面开裂等问题。为模拟实际路基工程中空土工格栅的灌浆过程,设计了一种具有多层多孔灌浆管道系统的MICP-格栅灌浆模型箱,首先结合超声波技术对MICP灌浆加固过程中模型内部页岩残积土进行波速监测,再通过对土体进行单元划分并对其波速进行精细化分级,对灌浆过程中灌浆胶结体的超声波速等级的面积、体积分布特征,各级等势面特征及发展规律进行探究,最后对固化前后土体波速等级转换方式进行分析,掌握了模型土体波速等级的区域演化规律。研究成果可为微生物灌浆加固岩土体的效果检测提供理论基础。

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不可采煤层CO₂封存断层活化机制分析

周军平, 田时锋, 鲜学福, 龙莉, 刘木晗

地下空间与工程学报. 2019, 15(5): 1362-1369.

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基于断裂力学和莫尔-库伦准则,建立了不同初始应力状态下CO₂注入煤层后储层、盖层岩石破裂准则以及断层活化失稳判据,对封存系统地层稳定性进行了分析,提出了确定CO₂临界注入压力的解析方法,并对影响CO₂封存安全性的参数(S_hmin/S_v、储层盖层岩石弹模、泊松比、断层倾角等)进行了敏感性分析。结果表明:在进行地层稳定性预测时,应充分考虑煤层初始应力状态、吸附引起的差异性膨胀效应以及储层岩石力学性质的影响。煤岩泊松比越小,储层滑动倾向性越小;当S_hmin/S_v(最小水平主应力与垂直应力之比)接近于1时,断层滑动的风险大为降低。研究成果可以为不可采煤层CO₂封存工程储层压力控制以及安全评价提供科学依据。

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土体应力状态下主动土压力分布研究

宋征

地下空间与工程学报. 2019, 15(5): 1370-1374.

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土压力问题一直是支挡结构设计的重要依据之一,经典土压力理论的假设条件会对实际工程的设计造成误差。在经典理论的基础上,分析了墙后土体的应力状态,推导了考虑墙背摩擦情况的侧土压力系数和土压力应力分布计算表达式,通过与Tsagareli砂性土模型试验实测土压力分布对比,说明了本文方法的合理性,并结合算例分别计算了平面破裂面假定和圆弧破裂面假定情况下土压力及其分布。计算结果表明,取库伦搜索真实破裂面的平面假定时,侧土压力系数为常数,土压力与库伦理论结果一致,为线性分布。取最危险圆弧滑动面的曲面假定时,侧土压力系数呈先增大后减小的变化特点,土压力为非线性分布。

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结构性黄土湿压屈服损伤特性试验研究

褚峰, 张宏刚, 邵生俊

地下空间与工程学报. 2019, 15(5): 1375-1383.

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通过侧限压缩试验系统研究了原状黄土在湿压条件下的结构屈服特性及结构损伤演化过程。针对利用饱和重塑土模拟正常固结土性质的不足,介绍一种制备正常固结土的方法。结合原状黄土及正常固结黄土压缩曲线提出一种确定原状黄土结构屈服压力的新方法,该方法具有作图简便、精度较高等特点;并指出原状黄土结构屈服压力随着含水量的增大而降低,其与含水量的关系可以近似用幂函数进行拟合。同时确定出原状黄土结构屈服临界点,并指出原状黄土结构稳态线(SSL)的相对位置。最后,根据原状黄土压缩曲线、结构稳态压缩线(SSL)及正常固结线(NCL)的相对位置,结合损伤力学思想,提出原状黄土结构变形损伤比的表达式,为评价黄土地基的湿陷变形量提供一条较为可行的途径。

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泥炭土的固结特性试验

冯瑞玲, 吴立坚, 张益铭

地下空间与工程学报. 2019, 15(5): 1384-1392.

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沉降量大且沉降持续时间长是修建在泥炭土地基上的工程所面临的主要问题,而目前国内外学者对泥炭土固结特性的研究结果不尽一致。鉴于此,本文以云南某高速公路泥炭土路段为依托,参照一般土体的室内土工试验方法,对不同有机质含量的泥炭土进行了基本性质试验和一维蠕变试验。结果表明:有机质含量越高,泥炭土的次固结变形量越大。强泥炭质土和泥炭在不同压力下主固结完成时间较短,且基本不受固结压力的影响,这与淤泥质土的相应规律有较大差别。此外,先期固结压力对强泥炭质土和泥炭的次固结沉降速率有很大的影响,而且当荷载大于先期固结压力时,按照一般土体的试验方法进行一维固结试验所得强泥炭质土、泥炭的e-lgt曲线未出现反弯点。弱泥炭质土可参照一般软粘土的方法用e-lgt曲线确定次固结系数,其次固结系数随压力的变化规律与一般软土的变化规律一致,即次固结系数随固结压力先增大后减小。

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红黏土在卸荷状态下的力学特性试验研究

陈筠, 高彬, 白文胜, 史文兵, 张银峰

地下空间与工程学报. 2019, 15(5): 1393-1401.

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选取工程中常见的3种应力路径,进行不同稠度状态的原状及重塑红黏土的力学特性试验,以研究在不同稠度状态下结构性红黏土在侧向卸荷条件下的变形破坏特性。通过将卸荷比的概念应用于贵州红黏土进行红黏土在卸荷开挖状态下其卸荷比与变形关系的研究,研究结果表明:初始卸荷比可以很好地描述红黏土剖面在不同应力路径下的变形破坏特征。不同含水率、不同应力路径和不同固结围压下红黏土的初始卸荷比有很大的规律性及差异性,其与红黏土的变形具有密切的联系,可以用来作为一种研究手段建立和描述红黏土在工程中的受力变形破坏规律。

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基于分数阶流变模型的饱和软土一维流变固结

时刚, 李永辉, 刘忠玉

地下空间与工程学报. 2019, 15(5): 1402-1409.

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在太沙基一维固结理论的基础上,引入分数阶导数Merchant流变模型来描述土体的变形特性,通过对微分型流变方程和一维固结方程进行Laplace变换,推导得到了Laplace变换域内饱和软黏土的一维流变固结方程,采用FlexPDE软件对方程进行求解,并通过Durbin反Laplace变换获得了平均固结度的时域解答。在此基础上,研究了分数阶导数流变模型的微积分阶数和流变模型参数对饱和软土一维流变固结特性的影响规律。计算结果表明:基于整数阶和基于分数阶导数流变模型的流变固结理论在固结前期基本相同,但在固结后期两者差异显著,基于分数阶导数流变模型的软黏土U_p要高于整数阶的情况,而U_s的规律则截然相反。此外,微分阶数β对两种定义的平均固结度均有较大影响,β越大,U_p越小而U_s就越大,软黏土的流变效应越显著。随着流变模型参数F的逐渐增大,同一时刻软黏土的U_p逐渐减小,而U_s则逐渐增大;随着参数β₁的逐渐增大,同一时刻软黏土的U_p和U_s均随之减小。

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基于Hoke-Brown准则的深埋圆形透水隧洞弹塑性分析

欧阳宇峰, 刘成学

地下空间与工程学报. 2019, 15(5): 1410-1416.

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针对深埋圆形隧洞轴对称问题,将Hoke-Brown准则方程代入考虑渗透体积力影响的平衡微分方程进行求解,得到关于塑性区洞周应力的隐式方程,通过求解超越方程得到塑性区洞周应力数值解;再考虑应力重分布影响,利用塑性区半径处应力连续条件得到弹性区岩体应力数值解。将该解答与基于Mohr-Coulomb准则的解答进行了比较。结果表明,两种准则条件下岩体应力分布规律相似。采用Hoke-Brown准则计算时,塑性区较小,径向应力绝对值较大,塑性区环向应力也较大;采用Mohr-Coulomb准则准则计算时,塑性区较大,径向应力绝对值较小,塑性区环向应力也较小。在内外水头比值较小时,按Mohr-Coulomb准则求得的峰值应力较按Hoke-Brown准则求得值大,当水头比较大时则相反。

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剪切波作用下直墙拱形巷道围岩破坏特征研究

刘书贤, 王伟, 路沙沙, 麻凤海

地下空间与工程学报. 2019, 15(5): 1417-1424.

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直墙拱形巷道围岩在剪切波作用下会发生不同程度的破坏,通过直墙拱形巷道围岩的相似材料模型振动台实验与数值计算方法,共同研究了直墙拱形巷道围岩在剪切波作用下的受力及破坏规律。研究表明:剪切波作用下,直墙拱形巷道围岩在墙角处形成应力集中现象,直墙拱形巷道围岩的墙角底板和拱帮位置最容易积累损伤,直墙拱形巷道容易发生墙角处开裂破坏和直墙局部塌落破坏,且墙角处的的裂缝位置和方向对其他部位裂缝位置有着明显的影响,即直墙拱形巷道墙角处的裂缝由剪切波作用产生,巷道其他部位的裂缝的出现受到墙角处的裂缝和剪切波共同作用产生。

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地连墙影响下多排管冻结壁平均温度计算方法

刘健鹏, 沈阳, 杨平, 刘增光

地下空间与工程学报. 2019, 15(5): 1425-1433.

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地铁隧道盾构始发接收端头常使用垂直冻结法加固,冻结壁平均温度是评价其地铁隧道端头冻结加固效果的重要指标。基于南京地铁盾构端头垂直冻结法加固工程,考虑地连墙热辐射作用,给出了积极冻结期结束时直线双排管和多排管冻结壁平均温度计算经验公式。采用数值模拟的方法,拟合得到平均温度计算经验公式,发现靠近地下连续墙一侧冻结壁温度比土体内侧高0.8 ℃,故已有平均温度公式计算结果偏于危险。将推导的双排管平均温度经验公式的计算值与巴霍尔金解析解比较,结果表明两者相对误差小于2.8％;在此基础上,把双排管计算公式分段组合,得到了适合多排管的平均温度计算公式,经验证该公式与数值模拟结果的相对误差小于1.7％,两个公式均具有足够的精度,满足工程应用要求。

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乌东德坝基岩体变形模量与波速相关性及应用

许琦, 王吉亮, 郝文忠, 魏雨军, 周炳强

地下空间与工程学报. 2019, 15(5): 1434-1441.

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坝基岩体变形模量是拱坝设计最重要的参数之一,实际中由于受到资金、时间、尺寸效应等限制,承压板试验不可能大量开展,工程常采用岩体变形模量与波速之间的相关关系来估算坝基岩体变形模量以评价其工程地质特性是否满足建坝要求。在乌东德水电站坝基边坡开挖工程中,开展了钻孔变形模量和声波测试。乌东德坝基为典型层状岩体,左岸坝基及河床岩体测试孔方向与层面走向近平行,右岸坝基岩体测试方向与层面近垂直,分析表明坝基岩体中有明显充填特征层面对岩体变形模量值和声波值具有不对称影响。结合测试钻孔高清电视选择合理数据,建立了坝基岩体变形模量与单孔声波二者之间的相关关系。通过与坝基岩体的承压板试验成果对比验证,所建立的相关关系是符合实际地质条件的。将该方法应用于大坝坝基深部岩体变形参数估算及坝基表层松弛岩体灌浆处理效果评价工作中,证明是可行的有效方法。本文的研究成果为坝基岩体变形特征的评价提供科学依据,对高拱坝坝基工程勘测设计具有重要的理论和实践意义。

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机场高填方边坡填筑过程的变形演化规律分析

涂义亮, 刘新荣, 钟祖良, 吴祖松

地下空间与工程学报. 2019, 15(5): 1442-1450.

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利用有限元强度折减原理,基于非线性弹塑性本构模型推导了土石混合料高填方边坡安全系数的定义方法,即同时折减tan φ和tan φ_f,折减后的极限状态线、临界状态线和屈服面均往内收缩;采用FLAC^3D有限差分法对西南山区某机场高填方边坡填筑过程的变形和稳定性演化规律展开了研究,结果表明:随着填筑高度的升高,高填方边坡的水平位移和竖向沉降都逐渐增大,但其分布规律并非一成不变,最大分别可达95 cm和20 cm;通过在台阶上预留足够宽的马道或平台能够有效降低后续填筑层所带来的不利影响,提高填方体的整体稳定性;随着填筑高度的升高,高填方边坡的安全系数表现为“下降”-“平稳”-“下降”的变化规律,相应的潜在滑体从下台阶的仅一个增加到上、下台阶各一个,滑体体积呈增大趋势。

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环脊式PDC钻头破岩机理实验研究

杨迎新, 胡浩然, 黄奎林, 谢宗亮, 于洪波

地下空间与工程学报. 2019, 15(5): 1451-1460.

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环脊式PDC钻头是一种采用不连续布齿原理在井底形成易破碎岩石环脊的钻头技术新思想。在不同岩性、不同岩脊尺寸等条件下,开展了针对岩脊的牙轮牙齿的单齿静压和PDC齿刮切破岩单元实验,以及针对平整表面岩石的对比实验;设计制造了全尺寸可变参数实验钻头,并进行了环脊式PDC钻头与常规PDC钻头的室内钻岩对比实验。实验研究结果表明:与平整岩样的实验相比,牙轮牙齿和PDC齿在岩脊上的切削破碎载荷和破碎比功均显著降低;在全尺寸钻头钻岩实验中,与同等布齿密度条件下的常规PDC钻头相比,环脊式钻头的破岩比功显著降低,破岩效率明显提高;环脊式PDC钻头在钻进过程中有明显的体积性破碎现象,岩屑的尺寸或粒度显著增大,有利于地质录井。

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地连墙换热对其土压力影响的离心模型试验

李淑勇, 夏才初, 朱建龙, 程晓辉

地下空间与工程学报. 2019, 15(5): 1461-1467.

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以地铁车站以及围护结构中常用的地下连续墙作为研究对象,对砂土地基中地下连续墙的热响应进行离心机模型试验,探究在温度变化条件下周围土体压力的变化情况。在50g离心加速场内模拟地埋管换热升温,对模型中的温度和土压力进行了监测,得到了温度和土压力随时间变化的关系曲线,并由此分析得到了在地源热泵系统运行时由于温度的变化对地下连续墙周围土体压力带来的影响。试验结果表明:模型在升温状态下,土压力值有着明显增大的趋势,并且被动土压力的增量明显大于主动土压力的增量。在温差相近的情况下,土压力的增量沿深度方向呈增长的趋势。

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基于非饱和黏性土桩土界面剪切特性试验研究

王永洪, 张明义, 刘俊伟, 白晓宇

地下空间与工程学报. 2019, 15(5): 1468-1474.

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通过自制的大型恒刚度直剪仪对非饱和黏性土进行桩土界面剪切试验,探讨了非饱和黏性土桩土界面剪切特性及受黏性土饱和度的影响规律。试验和研究结果表明:在分析了非饱和黏性土桩土界面土压力和孔隙水压力的变化规律后,得到桩土界面剪应力峰值和剪切破坏位移随黏性土饱和度的增大而降低的结论,同时还受界面粗糙度和法向应力的影响,界面粗糙度和法向应力越大,桩土界面剪应力峰值和剪切破坏位移越大,在法向应力不同时最大剪切破坏位移相差9.81~12.23 mm;桩土界面黏聚力在饱和度80%~90%时最大,摩擦角随着饱和度的增大呈衰减趋势,因此在桩基设计中需要考虑黏性土饱和度对桩土界面抗剪强度参数的影响,否则会使设计结果过于安全。

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微生物珊瑚砂桩单桩复合地基承载特性研究

陈适, 方祥位, 刘汉龙, 申春妮, 黄涛

地下空间与工程学报. 2019, 15(5): 1475-1481.

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通过微生物珊瑚砂桩单桩复合地基模型试验,研究了褥垫层厚度和桩间珊瑚砂相对密实度对微生物珊瑚砂桩单桩复合地基承载特性的影响。试验结果表明:褥垫层厚度从1 cm增加到5 cm,复合地基承载力在桩间珊瑚砂相对密实度分别为44%、56%、70%时分别提高了91.8%、45.6%、31.0%,土压力分布均匀性等也得到了改善;桩间砂相对密实度从44%增加到70%,褥垫层厚度分别为1 cm、3 cm、5 cm时复合地基承载力分别提高了121.8%、97.4%、51.5%;微生物珊瑚砂桩侧摩阻力随相对密实度增大而略有增大;微生物珊瑚砂桩侧摩阻力随深度先增大后减小,最大侧摩阻力出现在试验桩桩深10~20 cm之间;建议微生物珊瑚砂桩复合地基褥垫层厚度为0.6倍桩径。试验结果可为微生物珊瑚砂桩复合地基的工程运用提供参考。

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矩形顶管施工引起土体分层变形计算方法研究

李辉, 杨贵阳, 宋战平, 牛泽林, 郝凯杰

地下空间与工程学报. 2019, 15(5): 1482-1489.

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随着矩形顶管在大城市地下通道建设中的广泛应用,建立矩形顶管施工引起周围地层变形的计算预测模型已成为当前顶管施工必须加以重视的问题。矩形顶管施工引起周围土体变形的主导因素为摩擦力、开挖面附加应力、土体损失,理论分析必须考虑这几个主导因素。针对以上主导因素,提出考虑三者共同作用下的矩形顶管施工地层位移计算方法。用Mindlin位移解对应力作用面积分析顶进过程中开挖面附加应力及摩擦力引起的地层变形;以随机介质理论分析建筑缝隙引起的土体损失产生的地层变形。考虑到各影响因素的相对独立性,将各因素引起的地层变形叠加,从而得到主导因素影响下的地层变形预测模型。通过理论计算,开挖面附加应力、摩擦力主导隆起区地层变形,土体损失主导沉降区地层变形,地层埋深越大此现象越明显。将理论计算值与实测结果对比,两者在变化趋势及变化量上趋于吻合,因此,所提公式可作为类似工程工前地层变形预测计算公式。

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结合结构面统计的侧向岩石压力计算方法

王桂林, 何晓樟, 方舟

地下空间与工程学报. 2019, 15(5): 1490-1497.

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岩体抗剪强度取决于结构面分布及其性质,侧向岩石压力的计算常用岩体等效内摩擦角参数,而边坡规范中岩体等效内摩擦角的取值难以反映实际岩体结构面分布及其性质的影响。为确定合理的支挡结构侧向岩石压力值,提出对现场岩体结构面性质包括产状、隙宽、迹长、间距、粗糙度进行统计,进而结合现场结构面统计的蒙特卡洛随机模拟结果和RMR地质评价系统,对岩体结构面进行定量评价。利用评价结果和Hoek-Brown准则拟合得到岩体等效摩尔库伦强度参数,由此计算侧向岩石压力。通过与现有方法进行对比发现,采用本方法得到的岩体等效内摩擦角计算所得的侧向压力更符合实际。

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既有交通线路贯穿基坑的设计技术研究

黄俊光, 林祖锴

地下空间与工程学报. 2019, 15(5): 1498-1503.

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为既有地铁隧道、市政道路所贯穿的基坑工程是设计行业亟待解决的工程难题,依托广州市珠江新城地下空间金穗路北区建设项目基坑工程,总结了几点设计关键技术:(1) 下穿基坑的地铁隧道采用密排挖孔桩+密肋梁的门式框架结构约束隧道变形,结合时空效应合理安排施工顺序,保证隧道在基坑施工期间正常运营;(2) 下穿基坑的地铁隧道与基坑边线交接部处理应灵活使用各种支护形式;(3) 市政道路横跨基坑时,基坑采用内支撑支护体系,内支撑下方土体正常开挖,同时在内支撑上覆钢便桥保证道路正常通行,并利用钢便桥作为管线原位保护的悬吊结构;(4) 综合运用岩土、结构、隧道、道路等专业知识,采用灵活的支护形式,实现基坑施工期间交通线路正常运行。

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大倾角煤层旋采巷道围岩破坏机理与支护技术

池小楼, 杨科

地下空间与工程学报. 2019, 15(5): 1504-1510.

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为解决大倾角煤层旋采巷道围岩变形控制难题,以潘北矿12124大倾角煤层回采巷道为工程背景,采用现场试验、理论分析与数值模拟相结合的方法,研究了旋采巷道破坏规律及上采空区支承压力对巷道的影响,分析得出大倾角煤层旋采巷道围岩破坏机理。结果表明:(1)旋采巷道拐点处断面较大,且受到上采空区及超前支承压力影响,巷道应力值增大,支护体压缩破坏失稳;(2)旋采至拐点前10 m处采空区煤柱应力与采动应力贯通,同时大倾角下巷道受到上覆岩层剪切应力影响,巷道变形增大。通过分析及工程实践,提出并实施了巷道卧底扩刷、锚网索联合支护方式,有效控制巷道变形,取得较好的社会效益。

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岩石地基柱下独立基础抗剪设计研究

张元臻, 阴可, 黄继辉, 刘远松, 李存存

地下空间与工程学报. 2019, 15(5): 1511-1518.

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岩石地基上的柱下独立基础在我国西南地区山地城镇建设中有着广泛的应用,但目前其设计理论和计算方法不够完善,主要采用土质地基上的研究成果,尤其是抗剪设计导致基础高度偏大,造成了材料浪费,同时增加了基础施工难度。本文通过现场试验和数值模拟,分析了岩石地基上的柱下独立基础抗剪承载力的影响因素,提出了一种考虑基础宽高比和岩石与基础相对刚度的抗剪设计方法,此方法对岩石地基上的柱下独立基础的合理设计有参考价值。

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特大型圆筒式尾水调压室穹顶施工通风技术

孙会想, 汪海平

地下空间与工程学报. 2019, 15(5): 1519-1527.

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施工通风是影响地下洞室开挖施工安全和设备效率的重要因素。白鹤滩水电站特大型圆筒式尾水调压室规模大,埋深深,无通风竖井,穹顶施工通风十分困难。为确定穹顶施工通风关键因素,制定针对性的通风方案,采用流体数值软件构建了地下洞室三维非稳态湍流模型,分析了压入、压出和混合式通风的特点,提出了一套适用于穹顶施工期的高效循环置换通风技术;研究了穹顶开挖爆破污染物时空分布特点和逸散规律,并进行了现场污染物测试。数值计算和测试结果证明:洞室群内气流组织顺畅,污染物能及时排至排风洞内,通风10 min后污染物浓度可达到规范要求,循环置换通风技术高效可行。

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基坑施工邻域隧道围土应力路径演变规律研究

闫旭丽, 姚爱军, 周一君, 宋晓凤, 郭彦非

地下空间与工程学报. 2019, 15(5): 1528-1540.

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为研究基坑开挖过程中邻域既有隧道周围土体应力路径演变规律,采用Mindlin经典理论,求解基坑底部和四周侧壁卸荷效应在隧道围土各点引起的附加应力场,并与初始应力场相叠加可得各点的现有应力场与应力路径,选用Mohr-Coulomb强度准则作为土体破坏控制标准以判断隧道围土各方向土体安全度。研究表明 :(1)随基坑开挖深度增加,隧道围土各点应力路径呈现靠近主应力破坏线K_f的演变趋势,其中隧道顶部与靠近基坑侧土体处于易破坏状态,隧道底部与远离基坑侧土体处于较安全状态。(2)沿隧道轴向,基坑开挖对邻域既有隧道围土应力场影响以一倍、二倍基坑开挖宽度为界线。一倍基坑宽度内为强影响区,一倍至二倍基坑开挖宽度内为过渡区,二倍基坑宽度外为弱影响区。(3)基坑与隧道净距越大,基坑开挖对隧道顶部和靠近基坑侧土体应力路径影响越小,该方向计算点处土体应力路径演变规律越趋于相似和稳定。

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超大直径盾构下穿棚户区沉降控制技术研究

张哲

地下空间与工程学报. 2019, 15(5): 1541-1548.

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超大直径盾构下穿老旧棚户区微扰动施工控制是地下工程实践中面临的重要难题。本文以武汉地铁8号线黄浦路站—徐家棚站区间盾构下穿棚户区项目为工程背景,首先对提出全断面粉细砂层注浆加固工艺并进行浆液配比实验给出最佳浆液配比,并对盾构施工过程进行实时监测监控,根据工程具体情况对盾构机下穿掘进参数进行分析,最后提出超大直径泥水盾构穿越棚户区施工的控制措施。研究结果表明:袖阀管注浆加固工艺对超大直径盾构下穿的老旧棚户区具有较好的保护作用,现场试验确定最佳水灰配比为0.8∶ 1;盾构穿越过程中地表沉降纵向变化呈近似U型分布,横向变形出现明显沉降槽,加固棚户区老旧结构基础最大隆起值为15 mm,建筑结构整体先隆起后减弱,且沉降值控制在15 mm以内;盾构机总推力和刀盘扭矩、盾构机总推力和土舱压力、出土率和土舱压力具有变化规律一致性。研究结果为揭示超大直径盾构下穿老旧棚户区施工过程对地层和地面建筑结构的影响规律提供参考和依据。

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双护盾TBM施工综合超前地质预报技术探讨

姚林林, 张世殊, 崔中涛, 彭仕雄

地下空间与工程学报. 2019, 15(5): 1549-1556.

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为了提高双护盾TBM隧道施工中超前地质预报的准确性,本文以西藏某公路隧道为例介绍了以“前期地质工作是基础,物探工作是手段,地质分析是主线”为思路的地质预报综合技术。该综合预报技术首先分析前期地质资料进行整体预测并提出预报工作的重点和关键,其次利用沿线EH4等地表物探成果对全线的地质条件和不良地质问题提出分段整体预测成果,然后结合双护盾TBM施工工艺和可能遭遇的关键工程地质问题选择适应性良好的物探手段进行施工期中长距离测试,最后进行综合地质分析做出预报结论。该综合预报技术的应用成功对某处不良地质洞段进行了超前预报,该技术可供同类工程借鉴与参考。

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相邻深大基坑安全距离理论分析与数值模拟

陈小雨, 袁静, 胡敏云, 张勇

地下空间与工程学报. 2019, 15(5): 1557-1564.

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以两相邻深基坑为工程背景,采用极限平衡理论和平面滑裂面假定,对坑间有限土体建立了土压力计算模型。推导出考虑桩土摩擦、土质参数、坑间超载、基坑间距、邻近基坑支撑轴力等因素的主动土压力计算公式,给出了土压力保持不变时的基坑间距,即安全距离b的表达式。参数分析表明:安全间距b随两相邻基坑的开挖深度、桩土摩擦系数的增加而增大,随土体内摩擦角的增大而减小。接着采用PLAXIS有限元软件选取HS本构模型建立两相邻基坑数值模型,对安全距离的各影响因素开展了规律性研究,分析了不同基坑间距下土压力的数值解与本文理论解沿挖深的分布规律,发现二者有较好的吻合性,进一步验证了本文理论的合理性。

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改进的Monte Carlo法应用于基坑可靠性分析

曹净, 高越, 刘海明

地下空间与工程学报. 2019, 15(5): 1565-1572.

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随着深基坑在城市建设中的发展,越来越多的学者关注基坑工程的可靠度问题,其中Monte Carlo法常被用于基坑可靠性分析,但传统的Monte Carlo法难以考虑各失效模式间的相关关系,且无法考虑随机变量间的互相关性。引入Sklar提出的Copula理论,其特点在于可以将任意一个联合分布函数分解为一个边缘分布函数和一个Copula函数,以此来描述变量间的相关关系。本文首先通过引入Copula理论描述各失效模式的相关关系,通过对算例的分析证明该方法比传统的Monte Carlo法更稳定高效;进一步使用Copula理论描述土的抗剪强度指标c,φ之间的相关关系,生成有相关关系的随机变量代替传统Monte Carlo法中的独立变量,使可靠性分析结果更加准确,通过工程实例证明考虑c,φ相关关系的基坑失效概率大幅降低,说明变量间的相关关系对可靠度分析的影响很大。

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动载诱发巷道底板冲击失稳机制及防控技术

肖治民, 刘军, 王贺, 孙磊, 周浩

地下空间与工程学报. 2019, 15(5): 1573-1581.

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针对巷道底板冲击地压的特点,基于材料力学理论与能量原理,建立了巷道底板冲击失稳力学模型,推导出了巷道底板发生冲击失稳的能量判据。通过数值模拟方法,分析了深埋巷道底板水平应力和弹性应变能密度演化规律,得出巷道底板水平应力是底板冲击主要诱发因素,且当巷道埋深一定时,动载强度越大,则水平应力对底板动压显现的控制作用越显著。基于理论与数值模拟分析结果,提出了深埋巷道底板大直径钻孔卸压方法,并进行了现场测试,结果表明大直径钻孔底板卸压有效地解除了底板冲击,保障了巷道安全高效掘进,可为类似矿井巷道底板冲击地压防治提供参考。

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下穿黄河隧道盾构施工风险分析与评估

贾剑青, 闫博, 肖春春, 赖远明, 郭一兴

地下空间与工程学报. 2019, 15(5): 1582-1590.

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迎门滩—马滩隧道是黄土地区第一条下穿黄河的城市轨道交通隧道,也是兰州轨道交通1号线的重点及难点工程之一;该工程采用盾构法施工。该隧道工程地质条件极其复杂,周边环境极为特殊,在工程施工过程中存在极大的不确定性及安全风险。为降低隧道施工风险,确保工程施工安全,在相关资料统计分析及专家咨询的基础上,主要考虑了机械风险、人工操作风险、工程地质风险、施工环境风险、自然环境风险以及人文与社会环境风险,建立了下穿黄河隧道盾构施工的风险指标体系;在此基础上,采用层次分析法及多级模糊综合评价法,对迎门滩—马滩下穿黄河隧道盾构施工风险进行评价研究;评价结果与工程现场基本吻合。

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