地下空间与工程学报

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黄慷

地下空间与工程学报. 2020, 16(5): 1273-1285.

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结合杭州亚运村片区的开发建设,全面介绍了基于RBD功能的CAZ城市片区地下空间总体布局方案。同时,依托上位规划的功能定位及开发条件,重点分析了地下空间规划的关键技术问题并提出针对性解决途径,论述了片区地下空间开发的必要性和紧迫性,归纳了亚运村片区地下空间开发的目标原则及总体思路。在对地下空间的功能、规模进行全面研究的基础上,打造了城市CAZ高品质片区立体化交通集约型地下空间的典范布局。探索了界定地下空间要素的控规编制原则,并对地下空间开发及管理模式提出了建议。本专项规划具有中国新时代城市建设特色,可为地下空间开发类似工程提供参考。

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宁波老城区中小学校园操场地下空间利用研究

赵圣洁, 牛牧

地下空间与工程学报. 2020, 16(5): 1286-1293.

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随着我国城市化的迅速发展,机动车保有量快速增加,老城区、老旧小区停车位供需矛盾十分突出,所以科学、高效、合理地发掘老城区中小学校园地下空间资源意义重大。通过对国内外各大城市中小学地下空间开发案例、政策的研究,从地下空间特点、技术层面、项目投资管理和经济效益以及相关政策支持等层面对老城区中小学校园地下空间利用进行了可行性分析,总结了学校地下空间项目实施急需解决的问题,并结合宁波市海曙老城区中小学地下空间利用现状调研,探讨性地提出了校园地下空间合理化、可实施的开发建议,以期为政府解决民生问题提供建筑学角度的参考。

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编制导则与需求导向视角下的地下空间规划探索

刘君, 易伟全

地下空间与工程学报. 2020, 16(5): 1294-1303.

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党的十九大以后,城市发展模式进入一个新的历史时期,发展方式由外延增长式向内涵提升型逐步转变,地下空间的开发利用成为城市转型升级的重要路径之一。国内一些较大的城市已相继开展了地下空间规划工作,并摸索出适宜本地特色的规划思路与方法,而大量的中、小型城市地下空间规划还处于起步阶段。本文选取典型的中、小城市射洪县作为研究对象,分别从“编制导则”和“需求导向”两个角度出发,详细的论述了两种方法在地下空间专项规划中的应用。通过对比分析发现两种规划方法各有利弊,建议射洪县宜采用“编制导则”和“需求导向”相结合的规划编制方法,同时对具体规划内容提出若干建议,为其他中、小城市地下空间专项规划提供参考。

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省会试点城市综合管廊规划设计与方法探究

崔海婕

地下空间与工程学报. 2020, 16(5): 1304-1311.

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合肥市是国家第二批综合管廊试点城市,本文结合国家政策和市政工程专业发展趋势,探索省会城市综合管廊规划设计方法,在规划方法、规划手段、技术发展上创造多个首次。首次采用能源廊道法及因素叠加法开展综合管廊规划,也是首次在满足《城市地下综合管廊工程规划编制指引》的前提下增加规划管控图则,便于规划的实施和管理。通过规划成果《合肥市地下综合管廊专项规划》(2016—2030)确定合肥市综合管廊建设规模目标与宏观布局,并作为建设实施依据,目前合肥市管廊建设总里程已达到58.32 km,试点工作稳步推进,可为其他省会乃至全国城市提供规划方法借鉴。

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地下空间出让价格评估方法分析与案例探讨

张金娟

地下空间与工程学报. 2020, 16(5): 1312-1320.

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目前,我国城市地下空间使用权出让工作仍处于探索阶段。为了完善城市地下空间使用权出让价格的评估体系,采用定性分析法和个案研究法,分析总结了地下空间使用权出让价格评估的基本方法。虽然各地普遍采用比例调整法,但在参考地价和比例系数的确定方面差异较大;随着市场资料的不断丰富,直接评估法得到越来越多的采用。借助代表性案例阐述了采用直接评估法进行地下空间使用权出让价格评估的技术思路,着重对评估方法选择、参数确定以及政策性补贴对评估的影响等方面进行了分析。长远来看,必须不断加强立体地价体系的研究和积累地下空间开发利用的相关基础数据,才能更加合理地确定地下空间使用权的出让价格。

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酸化前后碳酸盐岩微细观组构及力学性能研究

刘厚彬, 崔帅, 孟英峰, 朱达江, 李玉飞

地下空间与工程学报. 2020, 16(5): 1321-1327.

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针对栖霞组储层裸眼酸压完井后发生的井壁出砂等情况,开展了栖霞组碳酸盐岩酸化前后微细观组构及力学性能的实验研究。研究结果表明:栖霞组储层主要以白云石、方解石为主;酸化作用对碳酸盐岩声波速度影响明显,裂缝发育加快酸液对测试岩样的腐蚀速度;酸化作用对岩心的孔渗参数影响明显,初期孔隙度增加快,后期增加速度降低,不同酸化阶段岩石渗透率变化规律存在差异;酸化作用对碳酸盐岩微细观结构影响明显,酸蚀作用主要集中在2 h以内导致岩体孔洞、裂缝尺寸明显增大;酸化效应对力学性能参数影响明显,岩样浸泡2 h其力学参数降低幅度最大,后期力学参数降低幅度变小,泊松比整体变化规律不明显。

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粗糙度对接触面处土石混合体剪切特性的影响

陈美婷, 赵光思, 雪青华, 任明辉, 沙汝晨

地下空间与工程学报. 2020, 16(5): 1328-1337.

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对于土与结构接触面相互作用的研究基本上是对于一般粘土或者砂土,而对于土石混合体结构接触面的相互作用研究较少。利用德国研制的ADS-500/HL-200大型直剪试验仪探究接触面粗糙度对土石混合体与结构接触面力学特性的影响以及在特定粗糙度下,通过下移结构面法探究剪切带的特性。试验结果表明:随着接触面粗糙度的增大,接触面的内摩擦角略有增大,粘聚力不断增大;在不同的粗糙度下,法向压力从200 kPa增加到600 kPa,剪切过程中的竖向位移逐渐减小,但当法向压力从600 kPa增大到800 kPa时,土石混合体在剪切过程中的竖向位移增大;在法向压力为200 kPa、400 kPa、600 kPa时,土石混合体的剪切带厚度为L₁cm(6 cm≤L₁≤8 cm),在法向压力为800 kPa下,土石混合体的剪切带厚度为L₂ cm(4 cm≤L₂≤6 cm)。

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沉井基础设置根键及压浆后处理原位试验分析

何春林, 龚成中, 潘鹏超, 陈东旭

地下空间与工程学报. 2020, 16(5): 1338-1344.

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研究设置根键及注浆对沉井基础承载特性的影响,采用自平衡原位试验的方法对某一沉井基础设置根键前后及压浆处理进行现场测试与分析。整个测试过程分普通沉井承载力测试、顶入根键后承载力测试、压浆后测试3个阶段进行。根据测试结果,分析了沉井基础在3种不同情况下的荷载与位移关系曲线(Q-s)、轴力的分布情况及侧摩阻力分布规律。研究结果表明:沉井基础在设置根键的情况下,通过根键的挤密、叠加及扩散作用,大大改善了沉井基础与土体的相互作用,使得沉井基础承载能力得到极大提高,提高幅度达到50%,且通过井壁后压浆处理可进一步提高其承载能力;从承载力的分担比例来看,根键的设置使得沉井基础的侧摩阻力所占比重明显增大。与普通沉井相比,设置根键后,沉井基础的侧摩阻力占总的极限承载力的比例提高了28.7%,通过后压浆的处理可进一步增加4%;从轴力分布的规律来看,设置根键及后压浆处理的沉井,两者轴力分布曲线都较为平缓,这对发挥沉井基础材料本身力学性能较为有利,达到了充分利用材料的目的。

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砂性土层大直径浅埋隧道掘进试验及离散元模拟

张志华, 张谢东, 吴飞翔

地下空间与工程学报. 2020, 16(5): 1345-1351.

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隧道断面的增大致使盾构施工的风险增大,尤其是高水压砂性土层,大直径浅埋隧道盾构对周边岩土体的扰动以及土层变形的影响是目前需要研究的新课题。本文以武汉地铁7号线大直径越江隧道段为工程背景,建立了大直径浅埋隧道盾构掘进室内缩尺试验模型,采用螺旋出土盾构设备(包含螺旋杆、螺旋出土器及套筒),以恒定的推进速率进行了隧道掘进,并且对地表沉降进行了监控。同时,本文建立了同尺寸的浅埋隧道盾构掘进离散元模型,对盾构掘进过程中地表沉降、开挖面前方土层中颗粒配位数以及黏结破裂区域进行了分析研究,并与室内试验结果进行了对比分析。结果表明:地表竖向位移与室内试验结果吻合度较高,盾构掘进地表各点处的沉降均随着掘进距离的增大而增大;盾构掘进影响区域主要分布在隧道顶部至地表、一定范围内的周边土体以及开挖面前方一定范围内的盾构区域;颗粒接触点处的黏结破裂区域主要分布在盾构区域和隧道顶部区域。

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静动载下筋材变化对加筋土挡墙性能影响分析

王家全, 侯森磊, 唐滢, 唐毅

地下空间与工程学报. 2020, 16(5): 1352-1361.

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为了研究动静荷载下,加筋长度及筋材类型变化对加筋土挡墙工作性能的影响,进行了7种工况下的加筋土挡墙模型试验,对比分析了加筋土挡墙的水平土压力、水平土压力系数、墙面水平位移和加载板竖向沉降及筋材应变等参数的发展规律。试验结果表明:动载下加筋土挡墙筋材应变随着加载时间的增长、加筋长度的减小、位置高度的增加而增大,且顶层筋材应变远远大于其他层;加筋长度及筋材横肋的减少明显降低挡墙的承载性能,格栅横肋减少导致挡墙极限承载力降低18% ,加筋长度减少使面板水平位移最大增大了2.2倍;与静载作用下相比,动载下土工格栅的侧向约束作用及网兜效应能够得到更好地发挥。

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原状与重塑黄土抗拉强度差异性研究

吴旭阳, 梁庆国, 罗从双, 李春清, 王丽丽

地下空间与工程学报. 2020, 16(5): 1362-1370.

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轴向压裂法是一种间接测定土体抗拉强度的试验方法,本文通过该法分析了原状黄土抗拉变形破坏的一般规律以及试样破坏类型。探讨了原状与重塑黄土的劈裂角以及在强度参数比方面(无侧限抗压强度与抗拉强度比以及粘聚力与抗拉强度比)的差异性。结果表明:原状黄土根据抗拉应力-贯入深度曲线走势将变形破坏模式分为3类:弹性变形破坏无残余应力、弹性破坏有残余应力、塑性破坏;原状与重塑黄土在强度参数比方面也存在较大差异。另外,原状黄土劈裂角(α)略小于重塑黄土且均与内摩擦角(φ)呈互补关系;抗拉强度计算公式中的系数K=tan(2α+φ)对于原状黄土建议取值为1.5,对重塑黄土建议取值为2.0。

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煤岩本构关系与冲击倾向指标的力学分析

丁鑫, 肖晓春, 潘一山, 吕祥锋, 吴迪

地下空间与工程学报. 2020, 16(5): 1371-1382.

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深入研究不同冲击倾向煤岩力学行为演化机制对认识和防治冲击地压具有重要的科学意义与工程价值。以弹塑性力学、岩石力学相关理论为基础,综合分析现有研究成果认为煤岩对外载荷的弹、塑性力学响应是其具有冲击倾向特征的本质原因,将煤岩峰值前塑性应变与弹性应变的比值定义为峰前损伤系数(K),以Scott模型为基础建立了煤岩本构关系,揭示了煤岩具有不同冲击倾向性的深层原因是损伤形成在受载过程的分布差异。推导了弹性能指数、冲击能量指数、峰后切线应力降模量和平均应力降模量的理论表达,随K值越小煤岩峰后盈余能越大,其冲击倾向特征越明显;将实测结果与理论值对比,弹性能指数理论值与实测结果吻合程度较高,而冲击能指数相对较低,但理论值对煤岩冲倾向性分类结果与实测值基本一致,总体上能对煤岩冲击倾向特征较好的描述。

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含黏粒砂土动力特性试验研究

宋晓丽, 张瑾, 张鹏, 凌贤长

地下空间与工程学报. 2020, 16(5): 1383-1390.

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为研究含黏粒砂土的动力特性,使用GDS共振柱试验仪器,以青岛地区典型含黏粒砂土为原型,利用福建标准砂和马来西亚高岭土配置试样,进行饱和排水试验,分析动剪切模量、阻尼比随动应变的变化规律及其影响因素。实验结果表明:含黏粒砂土G-γ曲线、D-γ曲线形状与无黏粒砂土类似,动剪切模量随动应变的增加而减小,阻尼比随动应变的增加而增加。对比发现,相同干密度条件下,对应同一动应变,含黏粒砂土围压越大,动剪切模量越大,阻尼比越大;无黏粒砂土围压越大,动剪切模量越大,阻尼比越小。相同围压及干密度条件下,含黏粒砂土的动剪切模量要小于无黏粒砂土,阻尼比要大于无黏粒砂土。

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PAC改进真空预压法加固软土地基试验研究

庞毅玲, 胡岱文

地下空间与工程学报. 2020, 16(5): 1391-1396.

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选取广西吹填造陆场区土样,测试了土样基本物理特性指标,开展了不同聚合氯化铝(以下简称“PAC”)添加量条件下真空预压室内模型试验。通过监测真空预压过程中真空度传递和超静孔隙水压力消散的情况,得到了排水量、超静孔隙水压力消散、真空度随时间变化规律以及不同添加量下的排水稳定时间;通过十字板剪切强度测试得到了十字板剪切强度随深度增加逐渐减小的规律;分析了聚合氯化铝改进真空预压法的加固性能。研究结果表明:聚合氯化铝的存在可以提高真空预压的加固效率,缩短加固周期10%~35%;超静孔隙水压力消散值相比较未掺加组提高了20%~30%;真空压力损失比未掺加组试样最高可降低11%,真空加载稳定所需耗时降低了约20%~50%,有效降低真空压力达到稳定的时间,实现了快速稳定真空加载的目的;加固后十字板强度提高了20%~30%;聚合氯化铝添加量存在较优掺加配比,当掺加比为0.3‰时具有较好的应用价值。

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地铁车站一次扣拱暗挖逆作体系模型试验研究

康富中, 李翔宇, 宫剑飞, 高文生, 杨秀仁

地下空间与工程学报. 2020, 16(5): 1397-1404.

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基于地铁暗挖车站一次扣拱逆作结构的1∶20三跨的较大比例模型实验,通过严格按照实际开挖过程模拟,对围岩与结构的关键部位进行力学和变形连续测试,包括初期支护、二次衬砌、中柱、地层应力及地中和地表位移。实验表明:拱顶位移均受到各自导洞的开挖影响最大,约占其全部位移的一半;地表位移受导洞开挖影响最大,且随导洞增多而变大,当两侧的4个导洞都开挖完后,其位移大约为总位移的一半多;初衬应力有拉有压,表现为随测试部位的不同而有差异,初衬的临时竖向支撑和仰拱为压应力,拱腰部位为拉应力,在导洞开挖过程中,初衬基本表现为压应力,随着拆除中间支撑,初衬的力学性状转换为拉应力,直到二衬施工完毕后,拉应力变小;钢管柱是传递和承受荷载的主要部件。实验结果完善了设计理论,有利于促进该工法的进一步推广应用。

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冻融对固化钻井泥浆强度及重金属浸出量影响

程寅, 于浩, 李钦栋, 陈景, 李亚非

地下空间与工程学报. 2020, 16(5): 1405-1411.

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在石油钻井过程中会产生大量含重金属废弃钻井泥浆,对环境污染很大,需进行无害化处理。本研究采用水泥和工业废渣固化废弃钻井泥浆,经过不同次数的冻融循环后,测试固化土强度、固化土中Pb²⁺离子和Cr⁶⁺离子的浸出量以及固化土中的孔隙变化规律,探讨工业废渣固化废弃钻井泥浆的抗冻性能。结果表明:固化土试件的强度均随着冻融循环次数的增加而下降;固化剂组分中工业废渣的掺量增加,特别是磷石膏掺量增加能够有效的减弱固化土在冻融循环作用下的强度损失。工业废渣能够有效的稳定固化土中的Pb²⁺离子和Cr⁶⁺离子,浸出量比水泥固化土降低70%~80%。对固化土孔隙的测试结果证实由工业废渣固化的固化土试件的密实度大于仅由水泥固化的试件。

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考虑地层变异的浅基础承载力分析

张东明, 代鉷锋, 王慧, 黄宏伟, 胡群芳

地下空间与工程学报. 2020, 16(5): 1412-1419.

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地层变异性在实际中广泛存在,而地层分布的复杂性、钻孔资料的稀缺性和地勘工作的缺陷,使得对地层剖面分布的预测比较困难,大多对岩土结构响应的研究没有考虑地层变异性的影响。利用基于一种随机地层模拟方法,对研究区域的地层分布进行模拟,将地层随机场映射至FLAC3D中建立数值模型,进行Monte-Carlo有限差分计算,得到浅基础承载力的计算结果,并与不考虑地层变异的确定性计算结果进行对比,结果表明:在本例中,承载力的确定性解在考虑地层变异的随机解中位于中间偏小的位置,对7钻孔方案,低于确定性解的随机解占总体的90%,随机分析方法能够把握承载力的可能变化范围,且当钻孔数增加至7时获得了较好的收敛效果,继续增加钻孔只带来相当有限的提升。

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洞室岩体质量的多维联系云评价模型

汪明武, 龙静云, 王霄, 金菊良

地下空间与工程学报. 2020, 16(5): 1420-1425.

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洞室岩体质量评价具有重要意义,岩体质量评价受分布在有限区间的、相互联系和相互作用的模糊和随机不确定性因素影响,应用传统正态云模型虽可统一描述洞室岩体质量评价指标的随机性和模糊性,但在云模型数字特征确定方面存在主观性与假设指标为正态分布的局限性。为更客观准确评价洞室岩体质量等级,探讨了基于熵权的洞室岩体质量多维联系云评价模型,以实现统一定量表征洞室岩体质量评价指标的多重随机模糊性、相互作用及实际分布特征。实例应用及与一维传统云模型和其他方法对比结果表明,该模型应用于洞室岩体质量等级评价是有效可行的,且具有计算过程清晰和快捷的优点,并可综合考虑各评价因素间相互作用与刻画指标的有限区间内随机模糊分布特征。

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GSI围岩评级系统下围岩新型统计损伤模型

张树光, 刘文博

地下空间与工程学报. 2020, 16(5): 1426-1434.

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为了得到受采动干扰、具有一定结构面的巷道围岩的变形破坏机理,采用GSI围岩评级系统对Hoek-Brown准则进行修正来描述岩石微元的强度,通过组成岩石力学性能参数变量的随机性与复杂性,假设岩石材料的力学性能满足对数分布,结合统计损伤力学理论和有效应力原理,建立不同围压作用下的岩石新型统计损伤模型,对岩石的损伤演化规律和应力-应变关系进行研究。结果表明:通过GSI围岩评级系统改进后的破坏准则与试验数据有更好的一致性、更加符合实际;不同种类岩石在不同围压作用下的模型曲线与试验数据拟合程度较高,也说明该本构模型的合理性与正确性;不同围压作用下岩石的损伤演化规律基本呈现S形变化,可以与围岩应力-应变曲线各阶段的破坏变形进行较好地对应与划分,且描述岩石的损伤演化规律与实际围岩的破坏过程基本一致,对实际工程具有指导意义。

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基于改进Harris函数的黏土分数阶统计损伤模型

任鹏, 王鹏, 唐印

地下空间与工程学报. 2020, 16(5): 1435-1441.

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以成都黏土背景,展开三轴剪切试验,结果表明:黏土应力-应变关系为应变硬化型。以分数阶微积分理论为基础,考虑黏土加载初期土体性质的增强,及加载过程中的结构损伤问题,建立了基于应变硬化的分数阶损伤模型。考虑黏土损伤贯通变形全过程,引入改进的Harris函数,并假设损伤系数服从该函数的概率密度分布,黏土微元体服从DP3准则,构建了描述黏土应变硬化全过程的分数阶统计损伤模型。通过成都黏土和红黏土的试验数据,对本文模型进行拟合验证,发现数据与模型的拟合度高,拟合参数规律明确;通过对模型参数规律的分析,明确了各参数的工程意义及取值范围,表明了本文模型的科学合理性及先进性。

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锚固围岩流变特性与隧道衬砌压力演化规律研究

邵珠山, 吴奎, 秦溯

地下空间与工程学报. 2020, 16(5): 1442-1450.

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安装锚杆是解决软岩隧道大变形的有效手段之一。为进一步探讨锚杆对隧道的支护效用,本文基于Burgers模型,建立了可描述锚固岩体流变特征的宏观力学模型。以围岩-锚杆耦合模型为基础,推导了在锚杆支护作用下隧道位移和衬砌压力的解析解。并利用数值模拟,验证了理论解答的可靠性。通过对锚杆参数的分析表明:锚杆的安装能有效地减小由于围岩流变导致的作用在衬砌上的形变压力与隧道位移。锚杆的支护效果与锚杆的参数密切相关。在锚杆参数值处于较小水平时,随着锚杆参数的增大,衬砌受力状态的改善效果十分显著;但当参数达到一定值后,这种改善效果的加强越来越不明显。因此,在隧道支护中,锚杆的设计参数存在最优值。

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地应力对深大竖井稳定性影响研究

冷希乔, 严金秀, 韩瑀萱

地下空间与工程学报. 2020, 16(5): 1451-1458.

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长大公路隧道通风竖井通常建设在地应力作用的岩体区域,地应力状态是影响竖井工程稳定性最重要的因素之一。为探明高地应力状态对深大竖井围岩的应力演化和变形规律的影响,依托米仓山特长隧道通风竖井工程,采用数值模拟对不同应力系数的竖井施工过程进行分析,研究了不同应力条件下大断面竖井沿不同深度的围岩应力特征及径向位移规律。研究结果表明:相差较大地应力系数对围岩位移分布规律产生较大影响;围岩径向位移与围岩级别及竖井深度呈正相关性,围岩级别变差比竖井深度增大对围岩径向位移的影响更为明显;但当竖井深度超过200 m时,随地应力系数增大竖井径向位移速率急剧增大;不同围岩级别条件下随竖井深度和应力系数的增大,径向应力和切向应力都呈增大趋势,但增大趋势较平缓;研究成果可为类似竖井工程的科研、设计和施工提供参考。

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偏压荷载作用下顶管力学响应及其影响因素

童恺旻, 杨春山, 高振宇, 黄雪阳

地下空间与工程学报. 2020, 16(5): 1459-1466.

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为明确顶管偏压受荷力学特性及其影响因素,分析顶管偏压受荷的承载模式,以工程实例为依托,建立顶管偏压作用下的精细计算模型,计算分析顶管在不同偏压模式下的力学特征、破坏形态及机理,并通过模型试验验证,探讨顶管偏压受荷力学响应的影响因素,且提出了顶管偏压的控制措施。研究表明:偏压荷载作用下,(1)管道轴向偏心起拱,接头处呈现单侧挤压、对侧张开,管道接触面应力集中、应变局部化;(2)单侧偏压作用效应主要表现为轴向的压剪效应,对角偏压作用效应则为对角的拉剪效应;(3)管道表现为接头处局部先开裂甚至破碎,后逐渐向中部发展的渐进破坏;(4)管道结构拉应力与偏斜角度呈同向线性关系,当管道径长比较小时,单侧偏压诱发的结构损伤较对角偏压大,且随偏斜角度的增大越发的明显;(5)管道接触面随偏斜角度的增大,分布特征经历近梯形分布→马鞍形分布→椭圆形分布的演化过程,可基于设计偏斜角度对应的影响敏感区特征制定预防偏压措施;(6)单侧偏压受管道几何尺寸的影响很小,究其原因是尺寸的变化未改变管道承载特性;对角偏压受几何尺寸的影响明显,因为尺寸的变化改变了管道空间抵抗对角错动剪切的能力;(7)管道应力随顶进力的增大线性增大,顶进力对管道受力影响明显,结构应力集中的区域在接触面周边一定范围内;(8)两种偏压模式作用下管道承载路径分布规律不同,单侧偏压时管道沿轴向延伸为主,而在对角偏压作用下,横向扩散趋势大于轴向。

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大直径钢管复合桩承载特性研究

崔允亮, 王海峰, 王新, 魏纲, 周锋

地下空间与工程学报. 2020, 16(5): 1467-1475.

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为了研究钢管复合桩承载特性,以鱼山大桥桩基工程为背景,选取53^#桩开展自平衡试验,并将试验结果转换为传统静载试验结果,利用数值建模软件ABAQUS进行实况建模,在计算结果与实测结果吻合的基础上分析了在竖向荷载作用下钢管竖向应变沿深度的分布规律,并改变桩基钢管厚度参数,施加水平荷载,分析了钢管复合桩钢管厚度对桩基承载性能的影响。研究结果表明:自平衡转化Q-s曲线平稳无突变,单桩极限承载力为71 293.75 kN;数值模拟结果与实测值吻合,在竖向荷载作用下钢管竖向应变随深度呈“盘底”形;钢管的存在能为核心混凝土提供约束作用,并提高桩基的抗弯刚度,且钢管厚度越厚、桩基的水平极限承载力越大;钢管弯矩沿桩身先变大后变小,最大值出现在31 m附近;桩身剪力从桩顶往下缓慢减小,在钢管底部位置开始桩身剪力大幅减小,再往下传递出现负值。

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三维裂隙网络建模技术修正及其工程应用

李冬伟, 刘健, 陈亮, 成功, 李炜强

地下空间与工程学报. 2020, 16(5): 1476-1483.

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三维裂隙网络建模技术是分析地下硐室围岩中裂隙分布规律的技术手段之一,可为硐室稳定性评价提供基础模型。本文以北山坑探设施围岩为研究对象,利用地表裂隙调查结果,分析裂隙产状、直径和密度的概率密度特征,采用蒙特卡洛方法构建三维裂隙网络模型,并通过围岩楔形体分析检验模型。继而引入硐室裂隙编录数据,修正模型参数和建模方法,建立具有高可信度的三维裂隙网络模型。最后,利用修正模型实现巷道尺寸设计和危险部位预测。上述研究修正了三维裂隙网络建模技术,并提出了模型在硐室围岩稳定性评价和辅助设计领域的应用方案,为我国高放废物处置地下实验室及类似工程的研发提供了技术支撑。

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寒区隧道新型维护型防排水系统研究

邓成锋, 夏才初, 何佳

地下空间与工程学报. 2020, 16(5): 1484-1489.

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目前的寒区隧道防排水系统设计主要倾向于功能设计,而对于防排水的可维护性设计则很少。当隧道发生渗漏时,渗漏源头不易确定,处理起来难度大,费工费时。文章提出背贴充气式止水带和分贴充气式止水带,在渗漏发生时能准确判断渗漏部位,同时实现止水带与混凝土的密贴又能够防止渗水纵向流窜,并由此建立衬砌段可维护性防水的系统;提出中埋充气式止水带,解决普通止水带与混凝土粘结力差的问题,同时,该止水带在接缝发生位移错动后仍能通过再充气实现与混凝土的密贴,并由此建立接缝段可维护性防水系统;提出纵向排水井检查设计方法,解决纵向排水管因结冰或者泥砂淤积的影响,并由纵向排水井建立可维护性排水系统。

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城市新建隧道下穿既有道路影响分区研究

易立

地下空间与工程学报. 2020, 16(5): 1490-1497.

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以某城市新建轨道交通隧道下穿既有地面道路工程为研究背景,采用MIDAS/GTS-NX有限元程序对施工全过程进行了三维动态模拟,探索了影响分区参数及关于几何近接度和地质条件的影响区域划分方法,并进行了现场实时监测,进一步提出了类似工程防控工程结构产生过大变形的建议措施。研究表明:数值模拟与现场监测结果吻合较好,数值计算模型建立、参数选取、步序设置及基于此开展的影响分区研究合理可信,可用于类似工程的模拟分析;不同地质条件决定了强弱影响分区界限净距,影响级别强弱随地质条件劣化而变化显著,一级(强)和二级(弱)影响分区界限最小和最大理论净距分别为0.3705D和1.5911D,而二级(弱)和三级(无)影响分区界限最小和最大理论净距分别为1.871 7D和3.608 8D;现场监测数据显示该工程施工设计合理可靠,且建议重点考虑地层地质条件、施工工法、现场动态化监控量测、附加荷载分布及加固处理方式等影响因素,以防控工程结构变形过大而引发工程事故。

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对两个基坑支护规范有关土钉检测值的探讨

郝峰, 周瑞国

地下空间与工程学报. 2020, 16(5): 1498-1503.

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在统计分析比较现行《建筑基坑支护技术规程》、《复合土钉墙基坑支护技术规范》中有关土钉检测值规定的基础上,结合潍坊某土钉墙支护工程实际案例,从安全性、经济性、可靠性3个度量指标角度出发,对验收土钉锚固体与土层粘结抗拔检测值、工作土钉及验收土钉杆体抗拉截面配筋的设计方法和相关规定等方面存在的某种程度的欠合理性进行了理论与实践探讨,并制定了合理性评估标准,最后对如何合理确定验收土钉检测值、工作土钉和验收土钉杆体截面配筋及验收土钉临时自由段的相关设置等提出了新的方法和要求,有效地解决了土钉支护设计人员及检测人员对此检测值的困惑,对验收土钉设计和相应规范标准修订完善具有一定的参考价值。

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临时支撑阶段变截面沉管隧道力学响应特征及加固措施

杨春山, 魏立新, 莫海鸿, 陈俊生

地下空间与工程学报. 2020, 16(5): 1504-1510.

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借助有限元法建立沉管隧道施工临时支撑的精细计算模型,揭示管段采用变截面与否的力学响应特征,分析管段结构破坏机理和形态,并提出结构加固措施,优化设计方案。研究表明:在抗浮力作用下,临时垫块与剪切键支撑具有明显的支点效应,管段出现较小的下沉,且沉降主要由结构变形组成;管段结构空间受力表现为两临时支墩间横向简支、临时支墩与剪切键间的纵向简支,最大变形值出现在两临时支撑垫块中间位置,管段接头处结构变形由中墙向两侧墙逐渐增大;沉管隧道采用变截面管段与否的结构力学响应特征相近,表现为接头剪切键与管段衔接处应力集中,受到较为明显的拉剪效应,诱发局部开裂;管段结构在接头剪切键与临时支撑垫块位置出现不同程度的应力集中,控制不当易引发结构渐进破坏,需设置针对性的控制措施,以抑制管段结构裂隙的形成与发展。

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基于主动式纠偏的曲线顶管施工力学特性研究

王永东, 胡强, 张化川

地下空间与工程学报. 2020, 16(5): 1511-1520.

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曲线顶管施工技术在市政管线工程中得到越来越广泛的应用。在分析曲线顶管施工机理的基础上,提出并对比分析了3种管节纠偏方案,进而结合主动式纠偏方案的施工特点,对三维曲线顶管施工过程中管土间挤压作用力进行计算分析,并推导了管节顶进摩阻力计算公式,其后对管线平面夹角、管线半径及管径大小3个摩阻力影响因素进行单因素分析。考虑管外注浆对管土接触状态的影响,进而引入土压力作用系数对顶进摩阻力计算公式进行修正,并通过对比分析顶进摩阻力的现场实测值、规范建议值及公式计算值,给出了土压力作用系数的建议取值范围。研究表明:主动式纠偏方案在管节姿态调整、施工扰动控制及管身衬砌受力等方面优于其他两种纠偏方案;顶管施工过程中管土间的挤压作用力呈三维复杂状态,不能进行简单的叠加;管线平面夹角对管节转动摩阻力有显著影响,管线半径对侧向顶推摩阻力和管节转动摩阻力均有一定的影响,而管径大小则主要影响地层土压力摩阻力的数值;管土接触状态是真实存在的,其土压力作用系数的取值范围大致在0.2~0.6之间。

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深孔注浆条件下地铁施工地层位移预测研究

王鑫, 罗富荣, 张飞, 韩煊

地下空间与工程学报. 2020, 16(5): 1521-1528.

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以北京地铁7号线工程为研究背景,首先,利用现场实测数据对深孔注浆预加固条件下,地铁暗挖施工引起地表沉降特性及其地层损失率、沉降槽宽度系数进行了反演分析。其次对注浆加固圈厚度、加固圈等效变形模量、洞室开挖面积、开挖面地层加权变形模量、上覆土厚度、上覆土加权变形模量等参数对深孔注浆条件下地层变形的影响情况进行了因素分析,并在此基础上,提出了深孔注浆预加固条件下Peck理论方法关键参数的预测方法。另外,采用室内试验、数值试验以及理论研究相结合的方法,对深孔注浆复合体的变形和强度特性进行了系统分析,提出了注浆加固复合体等效压缩模量的数学模型,建立了注浆复合体数值计算模型参数的确定方法。以上工作可以为获得可靠的地表变形预测提供方法基础,同时可以为深孔注浆设计优化提供借鉴。

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综合管廊穿越黄土挖填方场地受力变形状态研究

段旭, 董琪, 叶万军, 门玉明, 张昌翌

地下空间与工程学报. 2020, 16(5): 1529-1537.

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以黄土高填方场地中的现浇综合管廊为原型,通过物理模型试验研究综合管廊在黄土挖填结合部位的受力与变形状态。采用石膏与铝棒材料制作1∶20的缩尺综合管廊模型,并模拟出黄土填方场地中挖填结合部位的阶梯状接坡结构。通过特制的沉降装置模拟填方场地工后沉降的发展,全程监测综合管廊的竖向变形、纵筋应变以及地基土压力变化。揭示了综合管廊在填方场地工后沉降发展过程中的受力规律与变形破坏特征。试验结果表明,随着填方区土体沉降量的增大,综合管廊与底部土体接触状态变化是导致综合管廊在挖填结合区内侧壁拉-剪裂缝的重要原因,并且综合管廊剧烈变形的范围由挖填结合区向填方区有明显的扩展。研究成果可为实际工程中综合管廊的设计和变形控制提供参考。

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基于CPTU贯入深度超前滞后效应的数值模拟研究

耿功巧, 蔡国军, 陈妍, 刘松玉

地下空间与工程学报. 2020, 16(5): 1538-1545.

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孔压静力触探技术(CPTU)是目前应用最广泛的原位测试技术之一。在岩土工程设计中,准确识别土层边界对确定地基土的工程性质指标如桩的持力层、地基承载力等具有重大意义。目前,岩土勘察中的土层分界是通过现场取样进行室内试验为主,静力触探等原位测试方法为辅。一些研究显示,CPTU测试数据的连续性使土层边界的确定更加精确。然而超前滞后深度的存在使基于CPTU土层分层的方法精度降低,影响了国内CPTU在这一方面的发展。采用ABAQUS软件通过给上下土层的弹性模量赋予不同的数值建立探头在层状土中的贯入模型,并且对探头贯入过程进行数值模拟。基于大量的现场试验数据提出在上软下硬和上硬下软地层条件下超前滞后深度的计算公式,为CPTU识别土层边界提供了有效的依据。

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地下采场爆破炮孔堵塞效应及长度研究

梁瑞, 吕亚茹, 周文海, 邓克飞, 何学良

地下空间与工程学报. 2020, 16(5): 1546-1554.

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为研究不同炮孔堵塞长度对采场爆破设计的影响,通过分析采场爆破炮孔堵塞效应,提出确定炮孔堵塞长度的条件;并对炮孔堵塞物的运动进行理论分析,结合所提出的条件推导出确定炮孔堵塞长度取值范围的函数模型,再将某工程实例相关参数代入函数模型,其中孔径120 mm,乳化炸药药条直径100 mm,采用连续装药,计算出孔底堵塞取值范围为l_w=0.7~1.3 m,孔口堵塞取值范围为l_h=0.9~1.6 m。同时利用有限元软件ANSYS/LS-DYNA建立4种不同装药结构的双孔起爆模型对炮孔堵塞长度的装药方案进行对比分析,得到在一定堵塞长度范围内漏斗深度与堵塞长度成正比;并对关键位置上单元的有效应力峰值进行分析得到本文模拟条件下采场爆破最佳堵塞长度为孔口1.6 m,孔底1.1 m,与数值计算结果基本一致。

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基于损伤过程耦合的断层空间滞后突水分析

陈坤福, 吴阳, 李帅, 冯利军

地下空间与工程学报. 2020, 16(5): 1555-1562.

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为了研究过断层破碎带空间上滞后突水问题,围岩变形破坏全过程应力-渗透耦合模型被应用于涌水及稳定性分析。试验获得的岩石渗透率-应变演化全过程曲线被进行三次样条插值平滑处理,得到不同岩性的流固耦合函数模型,并嵌入到COMSOL Multiphysics中进行计算。模拟结果表明:基于试验曲线的流固耦合模型计算得到的扰动范围更大,在断层外影响范围为25 m;巷道掘进过程中,工作面拱肩部位更易形成涌水;裂隙带对于巷道开挖过的影响范围为通过裂隙带前后40 m,过裂隙带后突水风险达到最大;滞后突水时间为1.2到2.5 d,并且与地层中应力场、渗流场分布有关。通过本文研究,利用试验曲线建立的渗流耦合模型获得了断层空间滞后突水机制,修正了滞后突水发生的可能位置和加固范围。

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地铁盾构隧道管片接缝复合型密封垫防水研究

龚国栋, 丁超, 李宏亮, 张稳军

地下空间与工程学报. 2020, 16(5): 1563-1568.

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针对盾构管片接缝密封垫单一型与复合型密封垫断面,利用非线性有限元软件ABAQUS对盾构隧道密封垫防水进行数值模拟研究,分别对单一型密封垫和复合型密封垫在不同张开量条件下的防水性能进行量化分析,并通过复合型密封垫遇水膨胀橡胶块的膨胀作用进行分析。研究表明:(1)随着接缝张开量不断增大,复合密封垫的防水性能逐渐由密封垫压缩产生的接触应力转化为遇水膨胀橡胶的膨胀作用产生的膨胀应力,对比单一型密封垫,其具有二次防水效果;(2)增大复合密封垫遇水膨胀橡胶块厚度与宽度有利于提高密封垫二次防水性能,其防水性能在允许张开量范围内和允许张开量范围外分别增长39%和117%左右,同时考虑应力松弛因素,需要对遇水膨胀橡胶块几何截面进行合理取值。

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重点排烟坡度隧道纵向机械补风量研究

姜学鹏, 王正阳, 向勇

地下空间与工程学报. 2020, 16(5): 1569-1579.

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合理的纵向机械补风量,可有效保障重点排烟隧道火灾烟气控制效果。基于有效排烟和人员疏散安全两大原则,将烟气蔓延长度、最小清晰高度处能见度以及排烟效率作为判定合理纵向机械补风量的关键性判据。采用FDS6.2对1%、3%和6%坡度隧道下不同排烟量和补风量组合下的80组工况进行模拟计算。结果表明:当隧道坡度为1%、3%和6%时,机械补风量分别占排烟量的50%～70%、70%～100%及90%～120%;坡度小于1%时,坡度隧道与水平隧道的合理补风量和排烟量间比例关系基本一致,当坡度大于1%时,两者合理比例关系随坡度的增大呈现线性增长趋势,与水平隧道时相比其坡度修正系数K_Q可取0.8+0.2λ。

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人防工程市民认知和掩蔽心理反应研究

张勣翔, 陈力新, 张凯, 许宏发

地下空间与工程学报. 2020, 16(5): 1580-1590.

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由于人防工程位于地下,相比一般的地下空间更为封闭,对掩蔽人员会产生较大的不良心理反应。为提高人防工程在战时环境下的舒适度,进行人防工程幽闭空间环境对人员造成的不良心理影响研究是十分重要的。本文运用问卷调查法,从态度认知、动机需求和情绪行为反应等角度,分析了市民对人防工程的了解程度、人防工程设施的现状评价、掩蔽期间的各种生理心理反应和需求。结果表明:多数市民对人防工程已有感性认识;对掩蔽人员而言,水、新鲜空气和及时联系亲朋好友是最迫切需求,紧张、惊恐、压抑、沉闷等为最大心理反应,拥挤、差的空气质量、指引标识不清、饮用水缺乏、缺少坐卧器具、与外界信息连通不畅等为重要心理影响因素。本文成果可为改进人防工程设计提供重要参考。

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