地下空间与工程学报

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何静, 周圆心, 郑桂森, 王继明, 刘予

地下空间与工程学报. 2020, 16(4): 955-966.

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城市地下空间资源开发利用受到多种地质条件的综合影响,在现有技术条件下进行开发、利用以及运营时不可避免产生一定风险,为规避风险,要对地下空间资源开发利用的适宜性开展评价。本文以地下空间资源利用地质适宜性为评价对象,在北京市地下空间资源调查评价研究成果的基础上,建立了基于基础条件和约束条件相结合的地下空间资源开发利用地质适宜性评价指标体系,确定了各因子指标量化取值标准,建立了综合评价模型,划分了3个评价等级,通过模糊数学法和层次分析法,对北京市某地区地下空间资源开发利用地质适宜性进行了综合评价,取得了高度符合地质条件的优良成果。

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不动产地下空间权利界限确定方法

周沛, 熊文华

地下空间与工程学报. 2020, 16(4): 967-974.

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立体化城市开发是今后城市空间利用的重要方向,现大部分城市使用的二维登记方法难以满足不动产地下空间的登记需要。文章结合既有法律法规及相关政策,对建设用地使用权进行细化,提出三维空间下的不动产地下空间权利体系;利用界址点、界址线、界址面三大类不动产空间元素提出确定不动产实体地下空间权利的方法,并在此基础上研究是否有用地红线、不同类型空间实体形态以及与其他地下空间实体之间不同位置关系的不动产地下空间实体权利界址确定与登记方法。目前,该方法已应用于广州地铁石壁站7号线站体的不动产登记工作并办理不动产权证书,实践可行且可推广使用。

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膨润土-砂混合物缓冲层热传导性试验研究

刘平, 赵亮, 焦大丁, 杨鸿锐, 潘东玥

地下空间与工程学报. 2020, 16(4): 975-985.

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由于高放废物长期衰变放热,因此缓冲材料的热性能参数对处置库的稳定和安全运营具有重要意义。膨润土-砂混合物中石英砂的掺入可有效改善其热传导性能。本研究采用中粒石英砂作辅料,利用Hot Disk TPS2500s热常数分析仪对不同干密度、掺砂率和含水率试样进行测量,分析不同参数对导热性能的影响;采用自行设计的装置对按比例缩小后的试样进行不同热源温度下的热传导模拟试验,并对缓冲层热-力耦合过程进行数值模拟分析,得到了缓冲层温度、应力和位移的变化及分布情况,对比分析不同热源幅值对其分布影响的敏感程度。研究结果表明,导热系数随着干密度、掺砂率增大而增大,且含水率越高增幅越明显;热源温度越高,缓冲层温度、应力及位移的变化越大,且热-力耦合条件下,径向比轴向变化相对较大。热源温度较低时处置库更为稳定。

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软土地区竹节桩复合地基承载特性试验研究

郦亮, 叶俊能, 周晔, 刘干斌, 朱瑶宏

地下空间与工程学报. 2020, 16(4): 986-992.

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结合东钱湖车辆基地软基处理工程,开展了桩间距分别为1.8 m、2.0 m和2.2 m,桩长20 m、22 m和24 m,正方形布置(4×4)的竹节桩复合地基承载变形特性试验研究。对3个试验工况的竹节桩复合地基进行了单桩、单桩复合地基静载荷试验,测定了桩土应力比及群桩复合地基的沉降,结果表明:本场地3个工况竹节复合地基的单桩抗压承载力和复合地基承载力均满足120 kPa的设计要求;各工况单桩静载试验测试的桩土应力比主要分布在4.0~6.0间,群桩静载试验测试的桩土应力比差异较大,随桩间距的增大而减小。竹节桩复合地基在宁波软土地区具有较好的适用性。

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昆明泥炭土工程性质原生各向异性试验研究

桂跃, 方超, 徐其福, 缪宁, 杨松

地下空间与工程学报. 2020, 16(4): 993-1003.

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基于一系列室内试验结果,系统分析了昆明泥炭土原生各向异性对固结变形、抗剪强度和渗透性质的影响,并从分析泥炭土特殊组分入手,探讨了其工程性质原生各向异性的产生机制。试验结果表明:高分解度泥炭土水平向与垂直向表现出来的变形特性差异不大,θ=45°方向土样在固结压力p较小时压缩模量E_s及固结系数C_v较小,但当p增大到一定程度时,3个方向的变形特性趋于一致;分解度低的泥炭土更多呈现变形各向同性。抗剪强度方面,不含或含微量残余纤维的高分解度泥炭土抗剪强度原生各向异性程度较弱,主要体现在粘聚力上,内摩擦角的差异较小,且抗剪强度各向异性程度随着腐殖质含量增多而减弱;残余纤维含量多对泥炭土的强度各向异性能起增强作用。渗透特性方面,渗透系数k随切样角度θ增大而增大,即泥炭土水平方向的渗透性比垂直方向的强。泥炭土的各向异性机制复杂,在导致各向异性效应方面,矿质土颗粒、腐殖质及残余纤维产生了不同的效果。

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湿陷性黄土场地孔内深层超强夯挤密桩试验研究

赵治海, 徐张建, 燕建龙, 盛云鸥, 刘学峰

地下空间与工程学报. 2020, 16(4): 1004-1011.

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为消除黄土地基湿陷性并提高承载力,常用挤密桩法处理黄土地基,孔内深层超强夯挤密桩是对孔内深层强夯挤密桩的发展。本文结合西安田家湾粮库湿陷性黄土地基处理项目,对桩身填料灰土和渣土的孔内深层超强夯挤密桩进行试验,对两种填料的挤密桩承载力、挤密系数、湿陷性等进行研究。结果表明,两种填料挤密桩均能消除黄土湿陷性,灰土挤密桩处理效果优于渣土挤密桩,渣土挤密桩桩身挤密系数离散性较大。桩间土的承载能力均得到很大改善,并提高了桩间土承载力和复合地基承载力,灰土挤密桩桩体承载力平均值约为渣土桩的2倍,桩间土平均承载能力为处理前1.6倍,不同桩身填料对桩间土承载力影响不明显。

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能源地下连续墙温度应力的离心模型试验研究

李淑勇, 夏才初, 朱建龙, 程晓辉

地下空间与工程学报. 2020, 16(4): 1012-1020.

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为研究能源地下连续墙在换热过程中温度应力的变化及其对结构物的影响,通过离心机模型模拟地下连续墙在砂土地基中的换热过程。在50g的离心加速场内模拟地下连续墙对砂土地基的传热升温,并对砂土地基中的温度场及地下连续墙体应变进行了监测,计算得到墙体所受温度应力。试验结果表明:能源地下连续墙的砂土地基温度场分布与空间有关,温度的差异是能源地下连续墙上温度应力产生的主要原因。随着埋深的增加,模型受到的约束作用越强,其温度应力也越大,即实际中埋深越深的地下连续墙受到的温度应力越大。在温差相近的条件下,地下连续墙开挖侧的温度应力沿埋深方向上的增幅明显大于未开挖侧。

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聚丙烯纤维气泡混合轻质土抗压力学性能研究

王宗建, 孙志城, 卢谅, 李金博

地下空间与工程学报. 2020, 16(4): 1021-1029.

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通过聚丙烯纤维气泡混合轻质土标准试件无侧限抗压试验来探究聚丙烯纤维含量及纤维长度对气泡混合轻质土抗压强度的影响。试验结果表明:气泡混合轻质土的抗压强度随着聚丙烯纤维含量的增加而提高,且龄期越长,其强度增长效果越显著;当抗压强度达到峰值后,随着聚丙烯纤维长度的增加,气泡混合轻质土的抗压强度曲线呈降低趋势,且存在纤维长度最优值。结合材料应力-应变曲线,采用坐标无量纲化处理及分段式受压曲线方程理论,初步建立了聚丙烯纤维气泡混合轻质土单轴受压全曲线函数方程,并采用离散数据数值分析方法对应力-应变曲线下降段的理论函数方程进行修正,给出了具有明确物理意义的聚丙烯纤维气泡混合轻质土单轴受压全曲线分段函数方程。

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钢管后压浆预压托换桩竖向承载力性能分析

白苗苗, 唐丽云, 张淑云, 杨更社, 申艳军

地下空间与工程学报. 2020, 16(4): 1030-1039.

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由于复杂杂填土地基发生不均匀沉降引起某住宅楼裙房结构发生破坏,根据结构破坏特点,提出了适用于地基土质较差的新型钢管后压浆预压桩托换法。本文根据新型桩体桩侧注浆扩散范围,对桩体受力机理进行分析,并提出钢管预压托换桩承载力修正公式,结合现场单桩静载荷试验得到的荷载-沉降曲线,研究分析钢筋混凝土托换桩、钢管托换桩及钢管后注浆预压托换桩的承载性能,结果发现该新型桩改善了桩土接触界面,增强了土体刚度,减小桩体沉降量,提高了桩体的单桩承载力,可较好地对土性较差的地基基础进行加固,并有效阻止上部结构的持续破坏,保证上部建筑结构的安全使用。

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天津地铁1.2 m管片环间榫式接头抗剪性能分析

张稳军, 张琪, 张高乐, 宋传辉

地下空间与工程学报. 2020, 16(4): 1040-1047.

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采用有限元模拟的方法,结合能够反映管片开裂全过程的塑性损伤本构,建立了混凝土管片结构的三维精细化数值计算模型,针对地铁盾构隧道通用楔形管片榫式接头抗剪性能展开详细的分析,明确得到了隧道衬砌结构环缝受剪的全过程,系统地研究了管片环间榫式结构受剪时的损伤范围及损伤高度、环缝极限剪切承载力以及环缝抗剪刚度。最后,通过建立30组模型详细分析了不同榫槽尺寸对接头抗剪性能的影响,提出了环缝极限剪切承载力和损伤高度的经验公式。研究结果表明:管片损伤主要分布在接头凹槽部位,以受拉损伤为主,内剪情况下凹槽内弧面损伤破坏是左环间接头失去抗剪能力的主要原因。环缝极限剪切承载力和损伤高度均随榫槽角度的增大而减小,随榫槽深度的增大而增大。研究结果为进一步探讨隧道管片凹凸榫槽接头的力学性能提供参考。

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单向循环荷载下超固结软黏土的永久变形特性

孙磊

地下空间与工程学报. 2020, 16(4): 1048-1055.

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为研究超固结饱和软黏土在单向循环荷载作用下的永久变形特性,采用GDS动三轴,对不同超固结度的温州饱和软黏土试样进行了一系列单向循环加载试验,分析了循环动应力水平以及超固结比对饱和软黏土永久轴向应变的影响。试验结果表明:在单向循环加载作用下,超固结饱和黏土存在循环动应力阈值,通过几何作图法综合确定温州饱和软黏土的循环动应力阈值为0.59~0.68,可作为软土路基沉降控制的标准。基于试验结果并结合指数模型,构建了可以综合考虑循环动应力水平、超固结比以及循环次数的饱和软黏土永久轴向应变显式计算模型,适合饱和软黏土地基在交通循环荷载下的累积变形分析。

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钻孔埋入式后压浆管桩水平承载特性研究

杨之俊, 方晴, 吕布, 梅灿, 傅旭东

地下空间与工程学报. 2020, 16(4): 1056-1061.

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针对大直径管桩不便于山区输电线路杆塔基础中推广应用等问题,提出了一种钻孔埋入式后压浆管桩技术,通过4根桩的水平静载试验及有限元模拟,对该新型桩的水平承载特性进行了研究。结果表明:(1)试桩的水平承载力极限值和特征值的平均值分别为542.3 kN和345.7 kN,高于同直径打入桩的水平承载力;(2)水平承载力特征值随着灌浆层厚度增大近似线性增大,灌浆层厚度为50～200 mm时,较等直径打入桩提高15.3%～62.4%;(3)桩身弯矩随灌浆层厚度增大而减小,50～200 mm厚灌浆层可减小桩身弯矩32.9%～60.8%;(4)桩身水平位移对土体水平位移的影响区域近似为倒锥形,水平位移影响区域范围随灌浆层厚度增大而增大,但其形状基本不变;(5)灌浆层与管桩间未出现脱离现象,两者始终作为一个整体共同承担水平荷载。本文研究成果对该桩型的研究及推广具有一定的参考价值。

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不同包裹角度下GFRP复合桩水平承载特性研究

张建伟, 尹海峰, 李荣翔, 张鹏翔, 娄蒙凡

地下空间与工程学报. 2020, 16(4): 1062-1068.

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玻璃纤维增强复合材料(Glass Fiber Reinforced Polymer)是由玻璃纤维和基体材料按照一定比例混合而成的高性能材料,具有轻质高强、耐腐蚀和抗疲劳的优点。GFRP复合桩是利用GFRP筋代替钢筋,并且在桩身包裹GFRP布的一种新型桩基形式。为了研究在桩身表面粘贴不同角度的GFRP单向布对GFRP复合桩水平承载性能的影响。通过室内模型试验,研究了在桩身表面分别按照30°、45°和60°包裹GFRP单向布,对单桩的水平承载力和抗弯刚度的影响。利用ABAQUS有限元软件建立模型,对不同包裹角度GFRP复合桩的水平承载力进行数值模拟。试验结果表明:随着包裹角度的增加,单桩的水平承载力和抗弯刚度随之增加,桩身的弯矩则减小少。在桩顶承受2 000 N的水平荷载作用时,GFRP布按60°包裹的GFRP复合桩的水平位移比按30°包裹减小了21.8%,桩身截面的最大弯矩减小了16.7%。增大GFRP单向布在桩身的包裹角度,可以提高GFRP复合桩的水平承载力。

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几种高硬度透明材料与砂土接触面力学特性研究

邓衍博, 陆勇, 祁文, 姜雨

地下空间与工程学报. 2020, 16(4): 1069-1077.

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模型试验是研究砂土类相关工程问题的必要研究手段,然而试验过程中可视化窗口的边界条件对结果的影响不容忽视。调研选取6种高硬度透明材料,开展其与ISO标准砂在5种不同法向应力下的接触剪切试验,获得每种透明材料与砂土接触面的剪应力-切向位移关系以及剪切破坏强度。通过分析接触面力学特性,为平面应变试验仪器可视窗的选材提供参考。同时,通过理论研究对适合两者接触面的双曲线本构模型进行了拟合,本构模型与试验数据拟合情况较好,验证了本构模型选取的正确性,能够在砂土的受荷破坏模型数值试验的中考虑可视窗的边界条件提供接触本构。

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承台刚度对受荷群桩基础承载性状的影响研究

单华峰, 王春凌, 夏唐代, 卢玉华, 陶海冰

地下空间与工程学报. 2020, 16(4): 1078-1087.

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既有建筑下挖增层改造将引起群桩基础产生附加沉降。笔者引入双曲线模型来模拟桩端和桩侧阻力的发挥机理;考虑到群桩基础之间存在复杂的桩-桩、桩-土相互作用,结合剪切位移法导得双曲线模型参数的计算方法;通过荷载传递法建立群桩基础刚性承台条件下的控制方程,并结合Plaxis 3D数值分析软件验证了该计算方法的可行性。最后,研究了既有建筑下挖增层改造对刚性和柔性承台群桩基础承载性状的影响因素。结果显示:刚性和柔性承台顶部沉降比随着开挖深度的增加大致呈线性增加;在同一开挖深度时,沉降比随着顶部荷载的增加而有所增大,且柔性承台的沉降比大于刚性承台的沉降比;群桩基础中的桩间距对承台顶部沉降比会有一定的影响;在既有建筑下挖增层改造过程中,群桩基础承台应做成刚性承台。

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海相软土热力学本构模型研究

刘鹏, 黄容聘

地下空间与工程学报. 2020, 16(4): 1088-1095.

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从热力学基本理论出发,研究了海相软土受力变形过程中的能量耗散。研究中区分了海相软土中弹塑性变形引起的能量损失,与因土体内部胶结结构破坏引起的能量损失,引出了结构性胶结损伤耗能的概念。在Collins 的热力学土体模型的基础上,针对其不能考虑土体结构性的不足加以改进,构造了海相软土的能量耗散函数。结构性土体弹塑性模型的屈服轨迹、塑性流动、硬化规律及弹性规律均可通过能量耗散函数推导得到。这种本构模型的构造方法掘弃了以德鲁克公设为基础的传统塑性理论,自动满足热力学定律,具有较为严密的数学和力学理论基础。将本文提出模型的计算结果与人工制备海相软土的三轴试验结果进行了对比,初步验证了模型的适应性与有效性。

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考虑下卧弹性基岩的地下结构抗震分析模型

杨喻声, 禹海涛, 袁勇

地下空间与工程学报. 2020, 16(4): 1096-1101.

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针对广泛采用的振动方法仅能考虑下卧刚性基岩条件的问题,基于等效节点荷载地震动输入方法和等位移边界,提出了可以考虑下卧弹性基岩恢复力和反射/透射地震波向地层深处逸散效应的地下结构抗震实用分析模型。介绍了等效节点荷载输入原理,通过数值算例验证了等位移边界的适用性。通过均质和成层场地算例,验证了分析模型正确性。以上海场地为例,对比分析振动方法与本文分析模型,地表位移和隧道结构内力响应初期相近,而后期差异显著,体现了下卧刚性基岩和弹性基岩不同场地条件的区别。下卧弹性基岩场地条件地下结构抗震分析,采用本文模型更符合实际情况。

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基于桩土相互作用的嵌岩能源桩传热计算

黄庆伟, 刘齐建, 高文华

地下空间与工程学报. 2020, 16(4): 1102-1107.

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针对螺旋地埋管嵌岩能源桩传热,提出一种新的计算模型,可考虑基岩温度、大气-地面对流换热、桩顶处绝热处理、流体速度和流体热量损耗对其传热影响。首先求解土体温度自由场;接着考虑桩体运行时系统传热相互作用的影响,得到桩体温度场;然后将土体温度场问题转化为一系列未知系数求解;最后通过边界条件得到土体附加温度场。分析表明:在桩顶和桩底两倍桩径范围内,土的附加温度变化幅度最大;桩土传热系数对能源桩传热性能影响最大,减小桩土传热系数可显著提高能源桩传热性能;流体导热系数及流速对桩的传热效果影响不可忽略;土的导热系数及大气-地面对流传热系数对其传热性能影响很小。

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基于数据融合的山岭隧道围岩稳定性评价方法

谢欣, 吕波, 王利宁, 薛亚东, 黄宏伟

地下空间与工程学报. 2020, 16(4): 1108-1115.

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随着隧道信息化设计和施工的发展,如何利用隧道施工过程中的现场监测值对隧道安全进行准确合理的评价成为一项亟待解决的技术问题。本文针对新奥法隧道施工过程,提出了一种基于监测数据的施工安全评价方法,该方法通过将不同的监测数据相融合(如拱顶下沉和水平收敛),并结合数值计算方法,对隧道围岩的稳定性进行综合性评价。本文用折减节点力来模拟隧道初期支护前后的围岩应力释放过程,并计算出围岩稳定极限状态下的隧道变形值,作为围岩稳定性评价的重要依据。最后,将该方法应用到营盘山隧道的围岩稳定性评价中,根据隧道各断面水平收敛与拱顶下沉数据,计算隧道围岩稳定性安全系数,为施工决策提供理论参考。

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木寨岭隧道大变形分级标准与支护时机研究

王永刚, 丁文其, 刘志强, 王者超, 李崴

地下空间与工程学报. 2020, 16(4): 1116-1122.

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依托兰渝铁路木寨岭隧道工程,对建设过程中大量监控量测数据的统计分析,获得了木寨岭隧道最大水平收敛变形、沉降变形以及挤压大变形的分布规律。基于现场监控量测数据和现场施工过程调查,从有利于应力释放、支护变形可控及降低二衬挤压形变压力的角度,建立了炭质板岩隧道支护位移管理基准和挤压大变形分级标准,这些标准对于炭质板岩等挤压大变形地层中隧道的建设管理具有重要指导意义。最后,基于监控量测得到的初期支护收敛速率与大变形分级标准,开展了炭质板岩隧道二衬施作时机研究,结合工程经验类比,得到了大变形地层二衬施作时机的变形控制基准。这些基准在木寨岭隧道等其他隧道工程中得到了广泛的应用。

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缓冲材料热-水-力耦合模型试验研究

曹胜飞, 刘月妙, 谢敬礼, 马利科, 高玉峰

地下空间与工程学报. 2020, 16(4): 1123-1129.

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高放废物深地质处置采用多重屏障设计体系,缓冲材料是位于废物罐和围岩之间的一道重要的人工屏障。在放射性衰变热、地下水入侵和围岩应力等作用下,缓冲材料经历复杂的热-水-力耦合过程,评价其长期性能对高放废物地质处置库的稳定运行至关重要。缓冲材料模型试验是研究膨润土在多场耦合环境下性能变化的重要途径。中型实验台架是大型实验台架(China-Mock-up)的重要补充,用来模拟与大型实验台架边界相同的环境下,即热量和水分别从缓冲材料的不同侧向另一侧传递和渗透的条件下膨润土的行为特征。通过实时监测缓冲材料在长期加热和加水条件下的温度、相对湿度、力学等特征参数,揭示了在热-水-力耦合条件下缓冲材料的性能变化规律,同时对台架进行了拆解,对拆解样品的含水量、干密度和微观结构等进行了分析测试,研究结果可为高放废物处置库缓冲材料的工程设计提供参数支持。

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裂隙岩体质量三维精细分级S-RMR_mbi方法及可视化

陈庆发, 刘恩江, 高飞红, 尹庭昌, 高远

地下空间与工程学报. 2020, 16(4): 1130-1141.

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传统岩体质量分级方法级别较少,其评分标准常呈阶梯状,应用于裂隙岩体质量评价时,其精度无法满足岩体质量出现复杂多变情况时的评级要求,使得同级别岩体质量可能出现显著差异,因此有必要将岩体质量级别做进一步精细分级处理,并为评价岩体工程稳定性和制定支护方案提供依据。基于前期开展的岩体质量RMR_mbi分级方法和结构均质区三维分显研究工作,以广西铜坑矿锌多金属矿体3^#矿块为试验区,进行RMR_mbi质量评级;结合综合模糊判别理论,提出岩体质量精细分级S-RMR_mbi方法,对试验区分级结果做进一步细化;并以均质区三维分显模型为载体,借助3DMine可视化功能,构建岩体质量精细分级可视化模型;从定性以及定量两方面对RMR_mbi和S-RMR_mbi法进行对比分析后,进一步提出与精细分级后的岩体相对应的支护方案。研究结果表明:(1)质量5级分档对凸显裂隙岩体质量层次性效果不够理想,基于综合模糊判别理论的岩体质量精细分级S-RMR_mbi方法有效细化了岩体质量分级结果;(2)赋有S-RMR_mbi分级属性值的各均质区及重组模型展示了岩体质量的空间分布特征;(3)S-RMR_mbi和RMR_mbi两分级结果模型显示其岩体质量分布状况大体一致,基于相似度的两方法λ12值为0.999 2,验证了S-RMR_mbi分级方法的合理性;(4)精细化分级后的岩体可采取更为细致、有效的支护手段。研究成果对于提升裂隙岩体质量评价精度与制定具体施工方案具有重要的指导作用。

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长大双洞公路隧道联络通道间距设置研究

王星, 任博, 王永东, 夏永旭

地下空间与工程学报. 2020, 16(4): 1142-1152.

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为了更有效且经济地对双洞单向公路隧道联络通道的设置间距进行确定,本研究首先结合PHOENICS计算软件建立了某特长双洞单向公路隧道的计算模型,并对隧道内的火灾烟雾场及温度场进行了模拟研究;进而以修正的Crane模型及FED死亡模型为基础,以“高温-CO”叠加伤害为原则,通过微元积分的手段对火灾温度及CO浓度进行了进一步的修正,从而推导出了人员逃生过程中的生命损失值模型;再以荷兰学者在Benelux隧道内所进行的火灾人员疏散实验研究为基础,结合蒙特卡洛法给出了逃生人员的疏散时间及疏散速度的分布情况,最终将以上所得研究结果进行联立,得出了“联络通道间距—人员死亡概率”关系曲线。研究表明:双洞单向公路隧道发生火灾时,其通风风速超过临界风速时才会有利于下游温度及CO浓度的控制,否则通风将会对下游人员的逃生形成负作用。当环境风速为0 m/s且逃生距离为200 m时,人员逃生失败概率为1.008 65%;当环境风速为2.0 m/s且逃生距离为400 m时,人员逃生失败概率最大,其大小为3.319 91%。最终结合风险评价等级得出了长大双洞隧道联络通道间距应小于320 m为宜。

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基于损伤预测的粘土围岩深地质处置库硐距分析

梁海安, 胡清波, 杨婷, 刘平辉, 刘晓东

地下空间与工程学报. 2020, 16(4): 1153-1162.

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粘土岩作为我国高放废物深地质处置库建设的预选围岩类型之一,其地下处置库硐距的优化对处置库的设计施工及核素迁移安全具有重大意义。本文基于塔木素粘土岩高放废物深地质处置预选地区天然地应力现场测量及室内岩石力学试验结果,采用弹性力学柯西问题理论分析与有限差分数值模拟相结合的方法,对处置库硐室开挖过程形成的损伤区范围进行预测。通过对比单硐与双硐开挖时不同硐室间距下开挖所形成的损伤区影响范围,来进行处置库硐距的优化,通过对比不同硐距下开挖损伤区的变化,分析当前应力水平下,硐室开挖后重分布应力随与中间岩柱中心点距离的变化趋势。结果表明,d=8~10 m是粘土围岩高放废物处置库的合理的硐距,此时开挖后的相邻硐室间损伤区没有产生明显交圈效应,当硐距大于10 m后,相邻硐室间的影响将逐渐减小,接近单硐开挖情况。该方案可为粘土岩预选区建造高放废物处置库提供参考依据。

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基于GA-SVM岩土参数反演的改进PBA工法研究

孙明志, 戴文亭, 孙思博, 曹耀兮

地下空间与工程学报. 2020, 16(4): 1163-1171.

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拆除初支施做顶拱二衬阶段是保障PBA工法整体施工安全的关键施工步。为了更好地控制该阶段沉降,降低受力转换,提高施工安全性,本文依托长春地铁2号线解放大路车站建设项目,采用现场实测与数值模拟相结合的方法,提出一种改进的PBA工法初支扣拱阶段施工方案,并从开挖方法、施工顺序、支护措施、受力情况及工程量等多个方面比较改进前后的施工方案,以及从安全、质量、进度、效益、受力情况和可操作性等角度阐述了改进方案的优劣。此外,为了提高数值模拟的准确性,采用高度还原施工现场岩土力学特性的基于遗传算法优化支持向量机(GA-SVM)的位移反分析法获取相应岩土力学参数。主要结论有:反演得到的岩土参数结果与实地勘测值的相对误差均小于5%,证明了该方法的可行性;改进方案在工程量、安全、质量、进度和可操作性等方面均好于原方案,但改进方案的受力情况更为复杂;改进方案的最大受力位置发生了改变,改进方案施工过程中的最大应力更大,但都小于混凝土结构的设计强度,符合施工要求;改进方案的总地表沉降量比原方案减少4.3%,初支扣拱和施做二次衬砌阶段的沉降比原方案减少38.5%,可见顶拱下方洞室开挖净空的减小对于控制拱顶沉降效果显著。

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城市市区地下空间暗挖工法适应性研究

袁贝, 陈卫忠

地下空间与工程学报. 2020, 16(4): 1172-1182.

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随着城市现代化的推进,地下空间资源的开发利用强度与日俱增。面对越来越多的城市市区地下空间暗挖工程事故的发生,从源头出发,选取适宜的施工工法能达到重大防范和降低事故概率效果。最优的暗挖工法的选择在地下空间开发利用中至关重要。运用层次分析法(AHP),将地层条件、线路条件、环境与工期条件、成本造价与安全作为一级指标,将软土地层、砂卵石地层、复合地层、地下水、长度、断面、埋深、沉降、工程期限、成本造价、安全控制作为二级指标,选取了具有代表意义的土压平衡盾构法、泥水平衡盾构法、顶管法、浅埋暗挖法、管幕法、浅埋暗挖法5种暗挖工法进行了适应性和优先级的分析。将权重系数值作为暗挖工法选取的优先级判别标准。同时,基于MATLAB平台编制了层次分析法(AHP)算法和开发出工法决策软件,并结合具体工程案例验证了该分析方法和软件算法的正确性与可靠性。该暗挖工法的适应性研究实现了从定性分析向定量分析的转变。对暗挖工法适应性的研究具有重大指导意义。

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上海运营地铁盾构隧道收敛变形规律研究

邵华, 黄宏伟, 王如路

地下空间与工程学报. 2020, 16(4): 1183-1191.

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以上海运营地铁盾构隧道为研究背景,建立了包括收敛变形、结构型式、赋存地层、隧道埋深以及运营时间等关键样本元素在内的上海地铁盾构隧道收敛变形数据库,样本总数超过58 000个。分析了不同样本元素对于盾构隧道收敛变形的影响规律,在相同条件下,单圆错缝盾构隧道收敛变形小于单圆通缝隧道,当隧道同样赋存于淤泥质粘性土中时,该特征相对明显。此外,赋存于砂性土单圆通缝盾构隧道的收敛变形相对小于粘性土,2-3地层样本隧道收敛状况明显好于44地层样本,砂性土地层有助于控制盾构隧道收敛变形;根据2011年至2015年长期收敛变形监测数据统计,盾构隧道收敛逐年存在微幅增加的现象。

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基坑可拆卸双肢BFW活络端现场应用与试验验证

张明聚, 杨萌, 李鹏飞, 陈金刚

地下空间与工程学报. 2020, 16(4): 1192-1201.

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内撑式基坑中,常用的钢楔式活络端有偏心受力、整体性差、品控水平低等缺点,成为装配式钢支撑体系的薄弱环节,影响着整体性能与安全,成为事故诱因之一。笔者阐述了可拆卸双肢BFW活络端的结构构造与工作原理,计算了设计承载力和刚度;加工3组足尺试件进行现场应用试验,得到其工作性能及安装技术措施;之后回收试件,进行了轴压承载力试验,获取荷载-位移曲线和螺栓荷载-应变曲线。结果表明:(1)D-BFW活络端承载性能好、结构设计合理,计算得设计承载能力为2 551 kN,刚度为297 kN/mm;(2)具备良好的施工可行性与广泛的适用性;(3)力学性能试验得出屈服强度为3 065 kN,设计承载力为2 600 kN,刚度为300 kN/mm。D-BFW性能稳定,品控好,试验结果验证了设计计算的可靠性。

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交通荷载下城市路面塌陷问题的试验研究

时刚, 王宇虓, 武天仪, 刘忠玉

地下空间与工程学报. 2020, 16(4): 1202-1209.

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地下管线渗漏与交通荷载是引起城市道路塌陷的重要原因。本文采用8组室内缩尺模型试验,考虑了荷载类型、管线埋深、管线与流失通道间距、管线与流失通道相对位置和流失通道形成时间等因素,研究了管线渗漏引起的路面坍塌问题。试验结果表明:当流失通道形成较晚时下伏侵蚀空洞呈球形,其余情况下侵蚀空洞形状皆为漏斗形;仅有静荷载作用时,达到最终破坏的时间比仅有动荷载作用时要长;较小的动荷载,能增加渗漏管线上方土体的稳定性,而较大的动荷载则加快了路面塌陷过程;随着流失通道形成时间的增加,形成侵蚀空洞尺寸就越大,地表越容易塌陷;随着流失通道与管线的间距增加,最终路面破坏时长也增加;位于管线上方的土层厚度越大,地下空洞尺寸和地表沉降就越小。

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地下水开采引起的地面沉降计算方法及分析

李静伟, 许成顺, 罗文林, 钟紫蓝

地下空间与工程学报. 2020, 16(4): 1210-1218.

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在Terzaghi一维固结理论的基础上结合修正的Kozeny-Carman方程,提出了适用于实际地层的、可考虑地下水类型和疏干情况及渗透系数随沉降发生变化的一维沉降计算方法。通过Fortran编写计算程序,分析了北京东南部区域的地面沉降量并与实测结果进行对比。结果表明:研究区域内在过去5年间,监测点的沉降计算结果与实测结果趋势基本一致,证明了该方法的合理性;地下水超采导致的地面沉降约占总沉降的80%;地下水类型和渗透系数均对沉降计算有影响,但地下水类型对承压水含水砂层分布较多且厚度较大的计算点的沉降计算影响较大,渗透系数对黏性土层分布较多且厚度较大的计算点的沉降计算影响较大。

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下伏软弱夹层路基堆载对桩基影响及处治方法

董芸秀, 冯忠居, 冯凯, 文军强, 何静斌

地下空间与工程学报. 2020, 16(4): 1219-1229.

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依托马里河II桥实体工程,采用现场监测和数值模拟方法,研究了高填路基邻近桥梁桩基受力及变位规律,分析了主动削方减载和增设抗滑桩前后该桥1号和3号桥墩桩基础受力特性,提出了相应的工程处治方法。研究结果表明:在台背路基堆载填土作用下,软弱夹层侧向挤压作用对邻近桥梁的墩顶位移、桩身位移、桩周土抗力均有显著影响;卸载后1号墩的墩顶位移减少94.90%~95.09%,桩顶位移减少94.74%~94.66%,桩周最大土抗力减少86.89%~94.88%;设置抗滑桩后3号墩的墩顶位移减少75.05%~80.04%,桩顶位移减少71.75%~81.38%,桩周最大土抗力减少39.99%~40.03%;台背填方对中间桩的影响较小,对边侧桩的影响较大,设计时可适当提高边侧桩的承载性能。

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隧道中硫化氢有毒气体分级防护体系

唐协, 李世琦, 周雄华, 王俊, 石锦岩

地下空间与工程学报. 2020, 16(4): 1230-1237.

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为解决目前隧道中硫化氢有毒气体防护无规范标准可依、防护措施单一(通风稀释)或过度防护等问题,针对隧道空间较封闭和不能长时间停工等特点,依据隧道最大通风风速和其他行业硫化氢作业环境浓度,首次提出了隧道内硫化氢按绝对涌出量为指标的分级防护体系,并在米仓山隧道中得到成功运用。当隧道内硫化氢气体绝对涌出量每分钟小于25 L时为Ⅰ级防护,采取通风稀释、超前钻孔探测、硫化氢检测和结构封堵等措施;当隧道内硫化氢气体绝对涌出量每分钟在25 L和78 L之间时为Ⅱ级防护,在Ⅰ级防护的基础上增加个体防护措施,必要时可在含硫化氢气体地层中钻孔预排放和注入碱液吸收;当隧道内硫化氢气体绝对涌出量每分钟大于78 L时为Ⅲ级防护,须短暂停工躲避,工人向含硫化氢气体地层中注入碱液和增加钻孔排放时应佩戴全面罩携气式或供气式空气呼吸器。研究成果为今后含硫化氢气体隧道的修建和制订行业规范提供技术支撑。

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施工环境对膨胀土基坑支护变形影响的模拟分析

康景文, 任新红, 刘永红, 李可一, 王岩

地下空间与工程学报. 2020, 16(4): 1238-1247.

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膨胀土场地基坑工程变形控制是基坑工程设计和施工所关注的主要问题,其中基坑开挖过程中开挖卸荷、膨胀力作用、振动施工作业等环境条件对基坑支护结构变形影响程度尚缺少深入的研究。本文以经现场实测资料验证的模拟模型为基础,通过模拟计算与实测结果对比,分析了施工过程中开挖卸荷、降雨后膨胀力、锚索施工振动和重载车持续作业及其组合作用等工况对基坑支护桩水平位移的影响程度。结果表明,开挖卸荷的影响最小,占比约为15.45%;降雨后膨胀力和重载车辆持续作业的影响较小,占比分别约为23.81%和23.24%;锚索施工振动的影响最大,占比约为37.50%。

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超大直径泥水盾构施工对相邻单桩位移影响研究

廖晨, 刘超, 张子新, 刘海

地下空间与工程学报. 2020, 16(4): 1248-1257.

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上海长江西路越江工程规模为双线盾构法隧道,采用一台超大直径泥水平衡盾构机(外径15.43 m)进行掘进施工,该隧道在上海浦西需近距离往返2次穿越逸仙路高架及地铁 3 号线高架桩基。为了更好地指导后续盾构隧道施工,在浦东段进行了试验桩基的近距离穿越及相关监测。以此工程为背景,采用有限元数值分析,研究了穿越过程中相邻单桩的位移影响,并将有限元计算结果与实测数据进行了对比。研究表明:(1)桩与隧道间净距对桩土竖向位移比值变化规律没有太大影响,但桩的埋深对其有影响;(2)桩的埋深不同桩身横向位移发展模式不同;(3)较大的泥水压力会造成较大的桩基竖向位移和横向位移;(4)桩身最大横向位移随地层损失率增大而减小。本研究对相似工程的影响评估具有参考意义。

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松软煤层托顶煤巷道煤柱宽度优化及控制技术

陈川, 马振乾, 官瑞冲, 梁旭超, 宋文献

地下空间与工程学报. 2020, 16(4): 1258-1264.

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以芦沟煤矿32081工作面为工程背景,采用数值模拟和现场实测等方法,研究了松软煤层沿空掘巷托顶煤巷道的变形特征及控制技术。结果表明:不同煤柱宽度下,巷道变形量的变化幅度由大到小的顺序是煤柱帮(498 mm)、顶板(260 mm)、实体煤帮(135 mm)、底板(105 mm)。以6 m煤柱宽度围岩变形最为理想,在沿空掘巷中顶底板变形和两帮变形都是巷道变形的主要方面,而在两帮变形中,小煤柱帮变形量占76%左右,在顶底板变形中,顶板变形占80%左右,得出巷道顶煤和煤柱帮是支护的关键部位。据此,提出了高强度锚网保证围岩完整,长锚索控制顶板稳定、在帮角布置加强锚杆的帮顶协同控制综合技术。通过现场实测表明,该支护方案对于此类巷道的围岩变形量有较好的控制效果,对于类似巷道的支护技术也提供了参考和借鉴。

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基桩下伏矩形溶洞稳定性分析

杨博铭, 赵明华, 肖尧, 赵衡

地下空间与工程学报. 2020, 16(4): 1265-1272.

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为给出桩端荷载作用下矩形溶洞稳定性分析方法,首先,提出了符合岩溶区桩基承载特性的简化计算模型;其次,基于复变函数理论,给出了任意矩形溶洞映射函数的确定方法,并求得了任意矩形溶洞在重力作用下的地层应力,同时依据Mindlin解答求得了桩端荷载作用下的地层应力;然后,将矩形溶洞在重力作用下的应力场与桩端荷载作用下的应力场进行叠加,得到了桩端荷载作用在含矩形溶洞地层中的应力场,在此基础上,以Hoek-Brown破坏准则为判别依据,对桩端荷载作用下矩形溶洞稳定性进行分析;最后,通过数值方法及工程实例对本文计算方法进行验算。结果表明:理论计算结果与数值结果、工程实际情况均吻合良好,对岩溶区嵌岩桩的设计计算有一定的参考价值。

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