地下空间与工程学报

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陈一村, 董建军, 尚鹏程, 陈志龙, 任睿

地下空间与工程学报. 2020, 16(3): 637-646.

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预防货物运输导致的环境恶化和交通拥堵正成为城市交通规划领域亟需解决的问题。采用地下物流系统在城市范围内运输货物,是突破交通网络运输能力瓶颈、改善城市环境和提高城市物流服务质量的有效方式。但地下物流系统前期建设周期长,投资巨大,因此,依托城市地铁的富余运能,结合地下物流系统实现协同运输,可以解决地铁沿线地区货物运输问题。笔者针对地铁与地下物流系统协同运输的可行性进行分析,提出了协同运输的3种可行方式。考虑地铁客运特征、地下货物运输特征和城市货物需求3个因素,提出运用K-means聚类和Dijkstra算法来定量化分析3种协同运输系统对城市地铁客运和地面物流配送的影响,为未来城市地铁和地下物流的规划建设提供支撑。

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运用空间叙事营造场景的地下空间研究

刘皆谊, 杨陈婷

地下空间与工程学报. 2020, 16(3): 647-655.

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空间叙事体系藉由时空空间梳理、叙事框架的建构、主题的表达,能让空间形成秩序与逻辑,并强化用户对于空间的认知。本文以我国台湾地区大安森林公园站的地下空间开发项目为例,分析其如何从空间叙事主题构建、叙事要素选取、核心区的场景塑造、空间叙事的场景分布、叙事路径组织、延伸至外部的叙事强化等6个方面将空间叙事应用在地下空间的场景营造。同时,归纳出此方式能让大安森林公园站具有主题更为明确突出、形成与其他空间的逻辑与联系性、形成与城市要素的一体化发展等三方面与其他轨道站不同的优势,并能提供生活圈一个全天候活动的公共空间。最后指出,空间叙事营造场景会是我国地下空间设计的一种新选项。

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城市地下空间综合管理关键问题研究

刘荆, 邹亮, 羊娅萍

地下空间与工程学报. 2020, 16(3): 656-664.

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地下空间利用对提高土地利用率,缓解城市病具有重要作用,国内一线城市均高度重视地下空间资源,部分城市出台了地方性法规和政府规章,指导地下空间综合管理工作,但法规的实施效果并不理想。通过梳理国内城市地下空间管理相关法规的主要编制内容,分析其无法解决地下空间管理实际问题的痛点,提出应破解的关键问题。地下空间管理应以管理体制为前提,权属管理为核心,规划管理为条件,维护管理为品质,安全管理为保障,信息管理为基础来制定细则,建立综合的管理体系。各地出台的综合法规和配套法规应抓住痛点,不断修订和完善,为建设高品质的地上地下一体化空间提供保障。

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卸荷路径下花岗岩变形与破坏特征试验研究

孙雪, 李二兵, 韩阳, 段建立, 濮仕坤

地下空间与工程学报. 2020, 16(3): 665-679.

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为深入研究花岗岩在卸荷路径作用下各变形阶段的应力特征值、变形参数和破裂前兆信息,选取甘肃北山花岗岩为研究对象,在不同初始围压下进行三轴卸荷试验。试验结果表明:(1) 随初始围压的增大,岩石特征应力值逐渐增大,受力模式由横向张拉作用转为张剪联合作用;(2) 弹性模量受初始围压大小的影响不大,泊松比随围压卸载而增大,弹性模量随围压的卸载而降低,均不是连续介质意义上的变形特征参数;(3) 在路径1作用下,因岩石侧向扩容剧烈,从而粘聚力较小;而路径2作用下岩石受张性破裂影响,导致破裂面粗糙,因此内摩擦角较高;(4)能量累计数随时间由缓慢增长转为加速增长的时间转折点可作为岩石在卸荷作用下出现宏观裂隙、导致完全破坏的监测参量。

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花岗岩高温疲劳效应研究

田振兴, 苏培东, 孙强

地下空间与工程学报. 2020, 16(3): 680-690.

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我国花岗岩分布十分广泛,花岗岩岩体稳定性直接关系到其上部或内部构筑物的安全。目前,关于花岗岩在高温循环作用后物理力学性质变化规律研究较少,为研究高温循环作用对花岗岩岩体物理力学性质的影响,在对花岗岩进行高温—淬火循环(100~700 ℃,循环1~7次)处理后,对花岗岩岩样进行单轴压缩试验,分析其抗压强度与弹性模量变化规律;对花岗岩岩样进行巴西劈裂试验,分析其抗拉强度变化规律。结果表明:(1)在100~700 ℃范围内,随温度升高抗拉强度、抗压强度、弹性模量变化均呈现下降趋势,其中抗拉强度降幅不断加大、弹性模量和抗压强度降幅呈现由大到小再增大的趋势;(2)在循环1~7次范围内,随循环次数增加,抗拉强度、抗压强度、弹性模量均呈现下降趋势,变化幅度在10％以内;(3)抗压强度与弹性模量变幅波动均为V字形,且V字开口方向相同,其中,随温度升高V字开口向下、随循环次数增加V字开口向上。

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水对微波辐射下硬岩劣化效果的影响试验研究

戴俊, 王羽亮, 黄斌斌, 王苑朴, 李慧

地下空间与工程学报. 2020, 16(3): 691-696.

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在微波辅助破岩中,水是影响岩石劣化的重要因素。为了研究在微波辐射下,水对岩石劣化的影响规律,以湖北花岗岩为研究对象,岩石孔隙率、超声波波速、抗拉强度作为参考指标,通过试验法测得水在微波辐射下对岩石劣化的影响规律。结果表明:水是造成岩石劣化的关键因素,微波辐射后浸水冷却能够对岩石产生更大的破坏效果;岩石的损伤程度受试件初始含水率影响显著,饱和试件较干燥试件而言在微波辐射后破坏效果更明显;采用初始含水率为饱和状态、冷却方式为浸水冷却的条件时,微波辐射对岩石强度的折减效果达到峰值。因此,在微波辐射前后充分利用水分这一影响因素能够更好地造成岩石的劣化,降低岩石破碎时能量的消耗,对微波辅助破岩技术的发展具有重要意义。

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围压影响的盐岩压缩力学特性及非线性本构模型

张华宾, 张顷顷, 王来贵, 冉莉娜

地下空间与工程学报. 2020, 16(3): 697-703.

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为了更准确地描述盐岩的力学特性,对盐岩开展多组单轴、三轴压缩试验。根据试验结果,多组试验数据得到的莫尔包络线具有非线性特征,并且盐岩力学特征对围压有很强的相关性。单轴及低于5 MPa围压时盐岩应力应变关系曲线表现弹性、应变硬化、软化3个过程,而当高于5MPa围压时盐岩延性特征显著,应力应变曲线硬化阶段比例加大,扩容点前移,而软化过程有一定程度的减弱。基于Hoek-Brown准则的软化模型将应力应变曲线峰前阶段改进为弹性非线性弹性模型,得到一种新的非线性本构模型。结果表明这种非线性本构模型可以很好地吻合不同围压作用的盐岩应力应变曲线。

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干湿循环作用下硫酸盐渍土强度特性试验研究

马君泽, 张卫兵, 张笑

地下空间与工程学报. 2020, 16(3): 704-713.

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宁夏地区硫酸盐渍土在夏季的多雨高温时节经历干湿循环过程,土体强度劣化。为探究干湿频次、含盐量对土体强度的影响,采用不固结不排水三轴剪切试验测定配置试样的黏聚力с和内摩擦角φ,探究其变化规律,结合扫描电子显微镜技术分析试样强度劣化机理。试验结果表明:硫酸盐渍土试样的应力应变曲线随干湿次数、围压及含盐量的增加,由应变软化型逐步向应变硬化型过渡;试样的内摩擦角均随干湿次数和含盐量的增加而减小,且含盐量越高,经历的干湿循环次数越多,内摩擦角降幅越大;干湿循环初期(1～3次),黏聚力随含盐量增加而增大。干湿循环后期,含盐量在0%～2%区间,黏聚力随含盐量的增加而减小;而在2%～5%区间,黏聚力随含盐量的增加而增大。随含盐量的增大,干湿循环作用下硫酸盐渍土整体强度逐渐降低,且含盐量越高,特征越明显。

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岩石破坏瞬间压机-岩石系统振荡特性研究

董京楠, 金衍, 陈勉

地下空间与工程学报. 2020, 16(3): 714-721.

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岩石的单轴压缩实验是获得岩石力学特性的通用方法。虽然单轴压缩实验在岩石力学测试中被广泛引用,但始终缺少对岩石和仪器所组成系统的动态响应的认识。本文通过对川南龙马溪组高脆性页岩的单轴压缩实验,研究了破坏瞬间岩石与压机的动态相互作用。通过提取动态破坏瞬间的实验数据,分析了压机和岩石对动态破坏的响应,建立了压机岩石的全系统振荡模型,并对模型进行了求解。同时对压机岩石系统进行颗粒流建模,得到了岩石破坏瞬间的全系统声发射响应。结果表明,离散元数值模拟方法得到的压机岩石系统对岩石破坏的动态响应与实验测得的声发射动态响应相吻合,脆性岩石破坏瞬间整个系统进行横向和纵向高频阻尼振动,压机岩石系统在岩石峰值破坏时的动态声发射响应主要来自类似拨弦振动的横向振动,振动的频域特性取决于压机岩石系统的尺寸以及力学特性。

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结构物标准砂界面剪切机理试验研究

郭聚坤, 雷胜友, 王瑞, 寇海磊, 荣文涛

地下空间与工程学报. 2020, 16(3): 722-733.

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桩基表面粗糙程度与砂粒径大小对砂土层桩侧摩阻力有显著影响。本文利用改装的室内直剪仪开展了不同粗糙界面的木板、钢板、混凝土板与北京标准砂间的直剪试验,研究界面剪切应力剪切位移关系、界面抗剪强度构成和界面摩擦角变化规律。结果表明:剪切应力位移关系可用对数幂函数模型拟合,硬化阶段采用对数模型,软化阶段采用幂函数模型,模型峰值剪切应力与试验峰值剪切应力的比值集中在0.92～1.02之间;峰值剪切应力与平均灌砂深度呈正相关关系,其从未刻纹路的界面Ⅰ到刻有纹路的界面Ⅱ增加值最大;刻有纹路的界面抗剪强度由未刻纹路区域、纹路棱角和纹路内的砂三部分提供,未刻纹路区域提供的抗剪强度最大,纹路棱角次之,纹路内的砂最小;木、钢和混凝土与标准砂的界面摩擦角分别集中在11°～23°、14°～23°和22°～27°范围内。研究成果可为砂土层桩侧摩阻力估计提供试验参考。

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考虑冲刷深度变化的桩基小型振动台试验研究

黄显彬, 侯松, 刘晨阳, 梅玉娇, 郭子红

地下空间与工程学报. 2020, 16(3): 734-740.

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岷江3号桥遭遇2008年“5.12”8级强烈地震,又面临令人震撼的严重冲刷。为了弄清楚该桥实际工况,按照实际桥梁墩桩的1:20模型,采用小型振动台试验的方法,分析在不同冲刷深度、不同地震波作用下桥梁墩桩的抗震性能。试验结果表明:模型桩基冲刷深度在15 cm(相当于桩长1/8)左右时,桩顶弯矩、轴力达到最大值;随着冲刷深度的加大桩身弯矩也随之增大,桩身最大弯矩位置(即最不利位置)随之下移,墩顶弯矩不变而墩底弯矩逐渐减小。岷江3号桥存在继续加剧冲刷的趋势,桩基承载力将继续下降,抗震性能将逐渐降低,需要进行墩桩加固。研究可为强震区受严重冲刷桥梁的抗震设计与加固提供参考依据,对类似工程有较强的借鉴意义。

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非开挖水平定向钻钻杆全尺寸疲劳试验研究

李志杰, 曾聪, 杨善, 董顺

地下空间与工程学报. 2020, 16(3): 741-748.

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水平定向钻进是一种不开挖地表面铺设管道或电缆的一种非开挖工法。水平定向钻施工过程中扭矩、推力和拉力都通过钻杆进行传递,钻杆失效或断裂将导致整个工程的失败。钻杆失效的原因包括粘扣、胀扣和疲劳破坏,目前通过小尺寸试样的S-N曲线对于水平定向钻钻杆在弯扭阻力状态下的疲劳破坏进行研究,全尺寸的疲劳破坏实验研究非常有限。本论文根据水平定向钻施工特点,选择常用水平定向钻杆作为研究对象,进行了全尺寸水平定向钻钻杆疲劳破坏试验。本论文首先介绍了基于裂纹扩展预测方法推导的钻杆疲劳寿命计算公式,然后设计研发了水平定向钻钻杆疲劳测试系统,并对64 mm×3000 mm水平定向钻杆在弯扭复合应力作用下的疲劳破坏过程进行了实验研究。研究结果表明,提出的基于裂纹扩展预测方法的计算结果与试验结果基本一致,该疲劳破坏计算方法具有一定的准确性与安全性。

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基坑双排桩支护的桩间土等效计算模型研究

曹净, 钱国伟, 高越, 左怀西

地下空间与工程学报. 2020, 16(3): 749-757.

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随着基坑向场地复杂和变形控制严格的趋势发展,因各种应用较少的基坑双排桩支护又重新受到了重视,工程应用逐渐增多,但现有基坑双排桩计算模型中桩间土等效问题仍有待完善。在现行的行业规程计算模型的基础上,从3个不同的角度对桩间土等效模型做出尝试与探讨,提出了3个基坑双排桩改进计算模型。而在对3个改进计算模型进行总结后,通过引入了等效桁架模型,进一步对桩间土等效模型进行改进,并提出基于等效桁架模型的基坑双排桩结构计算模型。结合具体的算例,对4个改进计算模型的合理性加以验证,通过4个计算模型之间的对比分析,得出基于等效桁架模型的基坑双排桩结构计算模型更加合理。最后,将基于等效桁架模型的改进计算模型应用到昆明地区一个实际工程案例中,通过工况和桩间土压缩特性的分析,对双排桩支护结构的受力和变形特性进行了探讨,旨在能为基坑双排桩支护的理论研究及工程应用提供一定的参考。

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含交叉裂隙岩体力学性质数值模拟研究

张梅丽, 梁正召, 高敏, 武娜

地下空间与工程学报. 2020, 16(3): 758-769.

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岩体中裂隙的起裂、扩展及贯通是岩体破坏的重要原因,交叉裂隙是一种最为典型的基本裂隙网络组成单元,其在复杂应力场条件下的扩展贯通规律目前还缺乏深入的研究。本文采用RFPA2D对含交叉裂隙岩体破坏过程进行研究,探讨主裂纹与加载方向夹角变化、主裂纹与次裂纹的夹角变化对试件破坏模式及破坏力学性质的影响。模拟结果表明,主裂隙与加载方向垂直或者平行时,试件主要沿次裂隙发生剪切破坏;主裂隙与次裂隙夹角较小时,试件主要沿主裂隙发生剪切破坏。主裂隙角度一致时,大部分含交叉裂隙岩体的峰值强度低于含单一裂隙的岩体强度,主裂隙与加载方向夹角为45°时,岩体强度最低;岩体强度最高一般为主次裂隙夹角为0°或90°时;围压条件下,裂纹扩展方式较单轴压缩时更为复杂,很少出现由单条裂隙控制的破裂面,主要破裂面为主次裂隙首先贯通,且裂纹扩展时易产生较多的次生裂隙。数值模拟研究可以避免物理试验中的离散性,获得更为系统性的裂隙扩展贯通规律,对于解释岩体力学物理试验和解决工程问题都有重要的参考价值。

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混合型缓冲材料水分迁移及干缩开裂规律研究

刘平, 潘东玥, 焦大丁, 赵亮, 杨鸿锐

地下空间与工程学报. 2020, 16(3): 770-779.

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膨润土砂混合物在高放射性废弃物地下填埋处置工程中有着广泛的应用,其在养护过程中对结构完整性、裂隙数量和变形尺寸都有着很高要求。为了研究掺砂率和厚度对混合型膨润土在干缩过程中的含水率变化及开裂规律的影响,本研究制备了不同掺砂率、厚度的试样进行室内恒温干燥试验,并对整个过程含水量进行连续监测。试验结果表明,增大试样厚度及适当提高掺砂率均有助于抑制膨润土收缩变形和开裂行为,试验得到试样最小裂隙率时的掺砂率范围为20%~30%;干燥过程中试样蒸发率受到进气值和土颗粒间气液接触面积变化的影响;试样干燥过程随厚度的增大而延长,而残余含水率随掺砂率的增大而降低;引入干燥系数k并对其研究发现,水分迁移速率与试样厚度呈负相关,与试样掺砂率呈正相关。

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密实砂土中竖向受压PCC桩端阻力计算方法研究

陈亚东, 于艳, 陆凡, 蔡江东, 王旭东

地下空间与工程学报. 2020, 16(3): 780-786.

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采用基于可视化摄影测量技术的室内试验和理论分析方法,对密实砂土中竖向受压现浇混凝土大直径管桩(PCC桩)桩端土体变形破坏规律及其端阻力估算方法进行研究。结果表明:PCC桩桩端周围土体在极限荷载阶段形成楔形竖向压缩区和侧向剪切变形区,桩端土体竖向位移在相同深度处始终高于等直径实心桩,呈现冲压破坏特征。在此基础上,利用普朗德尔地基理论,构建了考虑地基滑动面角度变化的PCC桩桩端土体破坏模型,给出了桩端阻力的理论计算方法,并通过承载力系数分析以及理论与试验结果的对比,初步验证了计算方法的合理性,为进一步完善与发展PCC桩设计计算理论提供了科学依据。

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局部周期性应力波作用下地下结构动力响应

张裕, 刘元雪, 高屹, 谢凌, 谭仪忠

地下空间与工程学报. 2020, 16(3): 787-795.

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通过一种独特的阵列式消能振子构造,可将爆炸冲击波转换为具有初始升压段的地下局部周期性应力波,以降低爆炸冲击波峰值压力及破坏效应。为考虑消能振子作用,在距地下结构一定距离处施加具有初始升压段的不同波长地下局部周期性应力波,得到稳定振动阶段及非稳定振动阶段地下结构各部位加速度、速度、最大主应力及最小主应力的变化规律,结果表明:若将具有初始升压段的地下局部周期性应力波波长控制在一定范围,则可充分利用衍射效应让应力波绕过结构物继续传播,以降低结构动力响应。计算结果可为阵列式消能振子的参数优化设计提供参考。

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冲击荷载下浅埋框架结构上的动载计算分析

刘付威, 余沛, 张煊铭, 高素芹, 张伟

地下空间与工程学报. 2020, 16(3): 796-803.

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城市化建设不断加快,爆破拆除引起的建(构)筑物塌落冲击效应,对浅层地下结构安全影响已成为关系到城市可持续发展的重大问题。基于强夯动应力理论,提出了建筑物塌落冲击自由场动应力计算模型,并与试验结果进行对比验证,表明模型计算结果最大误差在8%左右,而且能较好地表示动应力随深度的衰减规律。基于该模型并考虑土与结构的相互作用,推导了地表冲击下浅埋框架结构上动载的计算公式,并分析了结构柔度对刚性地基上浅埋结构动载的影响。分析结果表明,适当增加地下结构的柔度可降低结构所受到的动力荷载。

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理想砂井地基径向弹黏塑性固结分析

刘忠玉, 朱新牧, 夏洋洋, 张家超

地下空间与工程学报. 2020, 16(3): 804-811.

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饱和黏土变形的非线性和流变特性已被人们所逐渐认识。为进一步探讨该特性对砂井地基固结过程的影响,引入考虑时间效应的统一硬化(UH)本构模型描述土体骨架弹黏塑性变形关系,在Barron砂井固结理论的基础上,重新推导砂井径向固结方程,并给出方程的隐式有限差分格式。通过与Berry基于压缩指数的显式数值解对比,验证本文计算方法的有效性。探讨了UH模型参数和渗透指数对砂井径向固结的影响。数值结果表明:黏性土的粘滞性使得固结前期砂井地基内部出现了孔压升高现象,并延缓了固结中后期砂井地基内孔隙水压力的整体消散。同时,随着初始超固结参数R₀、回弹指数C_s的增大或渗透指数C_k的减小,此现象变得更加明显。

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锚杆与围岩共同作用的围岩特性曲线修正分析

谭鑫, 金宇轩, 赵明华

地下空间与工程学报. 2020, 16(3): 812-819.

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基于收敛约束法原理,推导了考虑锚杆与围岩共同作用的圆形隧道围岩特性曲线弹性响应函数。并与数值模拟方法获得的不同锚杆布置情况下的围岩特性曲线进行比较,验证了解析方法的合理性。考虑锚杆支护与围岩共同作用后的围岩收敛特性曲线与原始围岩有较大区别,并与原始围岩刚度以及锚杆布置密度密切相关。根据解析结果与数值计算结果的进一步对比分析,对推导的解析函数进行了修正。修正后的解析公式,能反映锚杆布置密度对围岩特性曲线的影响。特别对于软岩隧道(V级围岩),在不同锚杆支护密度范围内,等效围岩刚度能够大致提高15%~35%,考虑锚杆与围岩共同作用对围岩刚度的影响不可忽略。本文提出的修正收敛特征曲线对指导隧道设计施工有一定的理论与工程意义。

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下伏空洞岩石地基极限承载力计算方法研究

雷勇, 邓加政, 刘一新

地下空间与工程学报. 2020, 16(3): 820-826.

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针对岩溶区下伏空洞嵌岩桩桩端岩石地基极限承载力问题,进行了下伏空洞桩端岩石地基的破坏模式分析。基于Hoek-Brown强度准则剪应力形式,理论推导出不同顶板厚度下下伏空洞岩石地基及完整岩石地基极限承载力计算方法。当顶板厚度为1~3倍桩径时,采用极限分析上限原理推导了冲切破坏模式下泛函形式的下伏空洞岩石地基极限承载力表达式。运用变分原理得到冲切破坏线方程,进一步利用偏导求得了下伏空洞岩石地基极限承载力计算公式。当顶板厚度大于5倍桩径时,采用特征线法推导出塑性破坏模式下完整岩石地基极限承载力计算公式。当顶板厚度为4倍桩径时,利用完整岩石地基极限承载力与承载比理论,采用S型生长曲线拟合出冲切剪压复合破坏模式下的极限承载力值。通过与1~5倍厚径比条件下的下伏空洞岩石地基极限承载力室内模型试验结果对比,计算值与实验所得数据吻合良好。

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运用等效应力法建立压剪型危岩破坏判据的研究

陈洪凯, 张金浩

地下空间与工程学报. 2020, 16(3): 827-834.

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基于断裂力学理论,构建压剪型危岩断裂力学模型。模型考虑了主控结构面的贯通段有水压和无水压两种情况,建立了两种情况下主控结构面的非贯通段等效应力场,结合D-P理论,建立了压剪型危岩的破坏判据。算例分析的结果表明:当贯通段无水压作用时,将有关参数代入破坏判据式,即可判定该危岩体是否失稳;当贯通段有水压作用时,危岩体的失稳破坏与水压应力在裂缝尖端产生的应力场距离r有关,只要求得r的具体值,就可以利用破坏判据式判断该危岩体是否失稳破坏。

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宽级配粗粒土的内部侵蚀试验及其稳定性判别

梁莉, 田大浪, 宁越, 王雄

地下空间与工程学报. 2020, 16(3): 835-843.

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强降雨入渗条件下宽级配粗粒土中的细颗粒会由于孔隙流体的作用发生内部侵蚀。细颗粒的运移改变了土体的微观结构,土体的水力、力学性质随之变化。利用自行研发的刚性壁渗流侵蚀实验装置,对颗粒粒径介于0.002～10 mm的9种间断及连续颗粒级配粗粒土试样进行渗流侵蚀试验,提出一种新的基于试验的内部稳定性判别标准。实验结果表明:对于宽级配粗颗粒土,内部侵蚀改变了土体的渗透系数,最终导致渗透系数下降;粗颗粒的缺失导致内部稳定性降低,渗流作用下,连续颗粒级配土也可能是内部不稳定土;侵蚀土颗粒累计质量可以度量土体内部稳定性,在容许水力梯度范围内侵蚀量超过总质量5%的土体可划分为内部不稳定土;Kezdi几何标准更适用于评价宽级配粗粒土的内部稳定性。

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新型煤岩体加固注浆料制备及应用分析

王晓蕾

地下空间与工程学报. 2020, 16(3): 844-851.

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煤层回采过程中受采动影响,巷道煤岩体必然发生破坏,严重威胁工人安全。而注浆加固是解决破碎煤岩体的有效手段,注浆材料用量动辄数万吨。在充分了解破碎煤岩体注浆技术的基础上,研发了一种适用于破碎煤岩注浆加固的新型无机注浆材料,并对该材料进行了性能分析及应用研究。研究结果表明:(1)制备的新型无机注浆材料其力学性能与微观结构良好,组分最优配比为:硫铝酸盐水泥熟料50%,石膏43.75%,生石灰6.25%;(2)强度和凝结时间随水灰比变化空间大,满足对于不同凝结时间需要的工程;(3)试件干缩率和泌水率最高值均小于5%,材料具有很好的稳定性;(4)新型注浆材料注浆后,巷道变形量大幅度降低,不影响巷道的正常使用。

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喷射混凝土力学时空特性在中东抽蓄中的应用

徐全, 吴家耀, 褚卫江, 曹爱武, 刘加进

地下空间与工程学报. 2020, 16(3): 852-862.

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通过对喷射混凝土的实际受力机制以及隧洞施工过程响应特征的研究,发现喷混凝土的施工和受力过程具有非常复杂的时间和空间效应。研究表明:喷混凝土支护结构的受力会随着隧洞掌子面的推进而越来越大;喷混凝土从初喷到复喷,直至达到设计强度,其变形和强度的力学特性是随着时间而逐渐变化的,即混凝土的起强过程;喷混凝土与围岩间接触面的力学性质也随时间发生变化;支护结构设计分析中,若不考虑喷混凝土施工和力学特性的时间和空间效应,将会高估喷混凝土的实际受力状态。通过以色列Kokhav Hayarden抽蓄电站施工支洞喷混凝土设计的实际应用,证明了隧洞喷混凝土支护设计计算中考虑其时间和空间效应是必要的,否则将会高估其实际受力。

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地铁隧道横向变形的激光扫描检测方法及应用

吴昌睿, 黄宏伟, 邵华

地下空间与工程学报. 2020, 16(3): 863-872.

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随着城市轨道交通运营里程数的快速增长,作为一种典型病害的地铁盾构隧道结构横向变形亟需快速精准的检测方法。传统检测方法大多采用人工操作全站仪的方式进行检测,具有成本高、效率低等不足。移动激光扫描是一种通过快速采集高精度、高密度的点云数据来检测盾构隧道结构变形的新型技术,与传统检测方法相比具有显著优势。基于该技术,本文提出一种针对地铁盾构隧道横向变形的快速检测方法。该方法通过圆柱拟合与空间投影提取横断面,建立修正强度模型并进行噪声剔除,实现隧道横向变形的计算和统计。研究表明:该方法能有效地提取隧道横断面数据,准确地剔除管道、支架等干扰物噪声;与传统检测结果相比,该方法的误差在2 mm以内,验证了该方法在地铁隧道衬砌结构的横向变形检测中具备较高的准确性及可靠性,能够满足实际工程需要。

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基于激光扫描的盾构隧道断面提取与变形研究

谢雄耀, 黄炎, 赵铭睿

地下空间与工程学报. 2020, 16(3): 873-881.

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将三维激光扫描技术应用于盾构隧道变形监测中,提出了一种盾构隧道断面连续提取以及变形分析的方法。首先对拼接完成的点云数据利用随机采样一致性算法提取隧道局部中轴线,基于中轴线对隧道姿态进行调整以截取隧道断面,然后通过聚类去噪算法,基于点到中轴线的距离和灰度值对断面点云进行去噪处理,最后对批量预处理后的点云数据采用椭圆拟合算法获取隧道相对变形信息,提取各断面收敛变形信息,同时基于断面各点变形值生成三维变形云图。采用徕卡Scanstation c10获取上海地铁10号线隧道点云数据,实验证明本文所提出的方法在隧道断面变形监测方面具有实践意义,变形监测精度满足工程需求。

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电磁辐射法在某水电站岩爆监测中的工程应用

周春华, 李云安, 尹健民, 崔志刚, 汪洋

地下空间与工程学报. 2020, 16(3): 882-890.

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黑龙江某抽水蓄能电站现场岩爆时滞性特征显著,诱发滞后的时间最长可达1年以上,给现场岩爆监测工作带来较大困难。针对该现象,首次将电磁辐射法应用到水电工程领域,并对地下厂房周边排水廊道及重点部位潜在岩爆的前兆信息进行了监测和分析。通过采用“区域静态”与“局部连续动态”相结合的不同时空层次综合监测方法,对上、中、下3层排水廊道和f34断层影响带的电磁辐射信息进行分析,结果表明:前者电磁辐射强度和脉冲数在空间上呈现“上、下层低,中层高”的分布规律,其中施工扰动和地质构造是主要影响因素;后者电磁辐射强度在空间上分区现象显著,脉冲数在时间上呈“M”型波动的特征,断层裂隙带脉冲数峰值平均降低幅度高达76%,局部应力场调整周期约为8 d,调整方向由厂房中心向厂房右端安装间过渡,与现场施工情况一致。研究结果中电磁辐射强度在空间上的分布规律可为岩爆重点监测范围的圈定提供依据,脉冲数在监测期内所具有的波动周期及幅度则可为现场岩爆监测预警提供判据,进而说明了电磁辐射法在水电工程领域岩爆监测的可行性。后期深入研究与其它监测手段的联合应用,将有助于提高现场岩爆监测预警水平。

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埋地平行铁质管线磁异常模拟与探测识别

赵丹丹, 杜坚, 郭智勇, 徐伟, 刘忠祥

地下空间与工程学报. 2020, 16(3): 891-896.

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磁法管线探测是磁法勘探技术在工程领域的应用拓展,地下铁质管线在地磁场的磁化下会产生磁化场,从而影响原地磁场的分布形成磁异常,通过对探测磁异常信号的采集和解释分析可以进行管线定位。基于麦克斯韦方程组的静磁场理论,利用COMSOL建立了地下平行管线的磁异常正演模型,分析了平行管线不同轴间距、管线长度、管线埋深对探测面和中心测线磁异常分布规律的影响。搭建了可调节导轨、直流减速电机、三轴磁通门传感器、数采与显示器的可移动试验平台,通过平行管试验测量了类似条件下测线的磁异常分布,验证了仿真得到的平行管线磁异常分布的正确性,为磁法非开挖管线的定位研究奠定了基础。

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杆式多点位移计监测资料可靠性分析

陈菲, 邓建辉, 魏进兵, 高春玉

地下空间与工程学报. 2020, 16(3): 897-902.

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可靠的监测数据是工程安全评价的基础。多点位移计是监测岩体内部变形的主要仪器,其资料可靠性是一个重要,而又重视不足的问题。本文通过对多个水电站安全监测资料的系统分析,总结了多点位移计监测资料分析中的常见问题,并结合现场施工和管理,分析了其产生原因,提出了改进措施。常见问题包括数据无规律震荡、数据对施工过程没响应、数据规律不正常、显著的压缩变形、数据突变、数据连续性或完整性差等。这些问题的产生或多或少与监测仪器质量或安装维护质量有关,包括传感器防水性和耐久性能欠佳、传递杆接头松脱、保护管漏浆、钻孔孔径不足引起的安装基座无法固定、锚头未固定、接线错误、电缆未加接或保护措施不力等。因此,安全监测工作需要严格把关传感器及其配件的选型与质量验收,避免使用防水性和耐久性差的传感器和不合格的配件;安装维护应该提高钻孔、接线和灌浆质量,加强电缆保护;资料分析需要加强异常数据的复核,确保监测数据可靠性。

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地面出入式盾构隧道施工对周边地层扰动研究

高守栋, 刘超, 张子新, 刘海

地下空间与工程学报. 2020, 16(3): 903-914.

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传统盾构法隧道施工前需进行工作井的开挖,在人口密集的都市区开挖工作井对地面交通和周边建筑物有较大影响。地面出入式盾构法(GPST)避开了工作井大开挖施工,从理论上可以有效减小隧道施工的地层扰动,但由于该工法施工工艺特点,在盾构机穿越土层过程中需经过不同覆土厚度的地层,因此对控制施工参数有很大要求。本文以南京南站—禄口机场站GPST盾构隧道示范工程为背景,基于非线性有限元方法分析隧道穿越负覆土、零覆土、浅覆土段几种不同工况下地层位移以及孔隙水压力的变化,并与监测数据进行对比分析。基于Peck公式与双线叠加原理基础之上探究施工参数对双线隧道地表沉降的影响。研究成果对未来该工法的推广应用具有一定的借鉴意义。

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基坑围护结构侧向变形引起的坑外土体变形研究

杨庆光, 梁凌川, 柳雄, 杨治飞, 邓方根

地下空间与工程学报. 2020, 16(3): 915-920.

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基坑围护结构侧向变形引起的土体侧移和沉降,会对坑外桩基的水平和竖向承载性状造成影响。基于影像源法,在综合考虑围护结构变形、地表沉降以及围护结构变形方向对坑外土体位移影响的基础上,对基坑围护结构侧向变形引起的坑外土体侧移和沉降计算方法展开了研究。首先,采用分段法,分别研究了围护结构变形和地表沉降作用下坑外土体侧移及深层沉降;然后,基于叠加原理,针对坑外任意点位置土体侧移和沉降,推导出了适用于不同基坑围护结构变形模式的相关计算公式;最后,将采用本文方法得到的坑外土体侧移及沉降计算结果同实测结果及现有理论方法的计算结果进行对比分析。结果表明,采用本文方法得到的坑外土体侧移及深层沉降与现场实测结果吻合度更高,从而验证了本文方法的可行性。

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悬挂式止水帷幕基坑降水控制措施研究

李光明, 李明生

地下空间与工程学报. 2020, 16(3): 921-932.

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为了优化深基坑降水控制技术,以天津某地铁换乘站基坑降水为背景,利用有限差分软件Visual Modflow,对基坑开挖降水引起的基坑内外地下水水位变化进行数值模拟计算,模拟计算结果与监测数据基本吻合。同时,在此模拟计算基础上对止水帷幕插入深度、降水井的抽水速率、滤水管插入承压含水层深度及降水时间等几种控制措施在降水控制中所发挥的作用进行深入研究。结果表明,降水过程中止水帷幕深度插入比宜达到1:0.9～1:1之间,滤水管插入承压含水层深度宜控制在0.5～0.7倍含水层厚度区间范围内,降水井抽水速率的大小需根据以上两种措施确定后再进行优化。此研究结果不但能有效减少基坑降水对周围环境的影响,还能保护地下水资源,节约工程造价。

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深厚软土地区大型沉井突沉行为分析

张治成, 邓燕羚, 郑锋利, 王金昌

地下空间与工程学报. 2020, 16(3): 933-943.

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为了研究深厚软土地区某大型沉井的突沉行为,结合现场监测数据对沉井的下沉过程及受力特性进行分析,推测了沉井发生大幅度突沉的机理;基于ABAQUS/Explicit有限元软件,将显式动态求解方法应用于沉井下沉的拟静力过程分析,揭示了沉井突沉过程中土体的扰动损伤行为。分析结果表明,由于局部土体损伤失效带动周围大面积土体的不稳定损伤演化从而引发沉井快速下沉,土体损伤耗散能的大小可表征相应的沉井区域的下沉量;采用扩展的Drucker-Prager模型并结合损伤因子演化方程用来模拟土体扰动损伤特性的方法,能够定量分析评价沉井周边软土在受力变形后的扰动度和相应的沉井突沉行为。

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单洞双向公路隧道火灾人员疏散救援研究

王星, 屈建荣, 夏永旭, 王蕾, 郑云辉

地下空间与工程学报. 2020, 16(3): 944-954.

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为了研究单洞双向公路隧道在发生火灾时隧道内部人员的逃生问题,首先结合PHOENICS计算软件建立了某特长单洞双向隧道的计算模型,其次参考实际情况选取了5 MW、20 MW及30 MW下的共计27种火灾计算工况,通过计算得出了火灾的烟雾场、温度场、CO、能见度以及控制风速的情况。进一步结合以上研究成果,并借助于Pathfinder人员疏散软件,以Crane修正模型及FED死亡模型为基础,同时以“高温CO”叠加伤害为原则,进一步从上述27种工况中选取10种典型计算工况对人员的疏散逃生情况进行了分析研究。研究得出:对于火灾规模为20 MW时,在交通堵塞的情况下人员能够在613.5 s内安全疏散,且无人员死亡;当火灾规模为30 MW时,在交通堵塞的情况下,主隧道纵向通风风速为1.0 m/s和2.0 m/s时,人员不能安全疏散,主隧道纵向通风风速为3 m/s时,人员能安全疏散,但疏散速度最慢的人员安全性难以保证,故建议30 MW火灾下主隧道的纵向通风风速应大于3 m/s。

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