地下空间与工程学报

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杨陈婷, 刘皆谊

地下空间与工程学报. 2020, 16(6): 1591-1595.

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由于地下空间开发的特殊性,现有的地下空间开发常出现与地面空间产生断裂与关联度低的情况。针对此问题,尝试探讨将空间叙事手法植入地上地下空间一体化设计的可能性,并以广州新中央商务区的天环商场为例进行深入分析,探讨了空间叙事手法的运用,怎样在布局上让地上、地下、公园三者之间的空间逻辑能有所连接;同时,归纳出天环商场如何在地上地下交会节点的处理上具备采用确立空间叙事主题、以人为主体的体验模式、营造叙事感知氛围,以及与周边街景相融合的叙事场所等方面主要策略,并因而强化了地上与地下之间的延续性。最后,指出将空间叙事手法运用于地上地下空间一体化设计既补充了城市设计层面的空间叙事研究,也不失为我国未来地下空间设计的一个新选择。

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中国地下空间学术研究发展综述

田野, 刘宏, 张智峰, 王海丰

地下空间与工程学报. 2020, 16(6): 1596-1610.

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近年来,“决战深部”促使深地资源开发被广泛关注,“城市双修”“减量发展”迫使城市再一次向地下生长,“城市病”问题仍然鞭策着城市地下空间开发不能懈怠。现代城市发展无法回避地下空间开发,城市地下空间开发建设逐步由“需求”转变为“依赖”。通过分析“十二五”以来中国地下空间学术研究成果发展态势和研究特征,探讨了地下空间学术研究层次划分,揭示了地下空间学术研究与“决战深部”、供给侧改革、“城市双修”、智慧城市等的发展关系,预测未来中国地下空间学术研究发展方向与热点,主要包括深地资源、地下物流、精细化应用技术、多领域协作技术等,并为中国地下空间学术研究的有益发展提出关于学科建设、发展方向等建议。

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城市地下空间智慧规划研究综述

宋玉香, 张诗雨, 刘勇, 张艳青, 何华飞

地下空间与工程学报. 2020, 16(6): 1611-1621.

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合理规划城市地下空间是确保其高质量发展的关键。近年来,随着大数据、云计算、人工智能等技术与实体经济的深度融合,城市地下空间正在走向“智慧化”,但针对城市地下空间智慧规划的研究还较少。文献数据分析发现,我国城市地下空间智慧规划领域起步晚、发展慢,亟需进一步研究。笔者总结了国内外现有的研究内容,将城市地下空间智慧规划所需的技术分为基础技术和智慧规划技术。基础技术包括辅助规划系统架构、数据管理、建模仿真、资源评价、规模预测、协同规划技术,智慧规划技术包括动态模拟、智能交互、CIM平台技术,分别梳理了各类技术的研究现状。最后分析了现有研究中存在的问题,提出了未来该领域可能的发展方向。

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城市地下综合管廊建设现状与存在问题

梁宁慧, 兰菲, 庄炀, 田硕, 许益华

地下空间与工程学报. 2020, 16(6): 1622-1635.

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我国城市地下管线的建设和管理存在较为混乱的现象,综合管廊的修建不仅可以解决此现象,还可以提高城市地下空间使用率,满足城市绿色发展的需要。笔者详细调研了国内外一些典型地区综合管廊项目的建设状况,从融资管理模式、项目建设、施工方法、运维管理技术4个方面研究了国内综合管廊建设现状与存在问题。研究表明:北京、上海及深圳等地区的综合管廊建设虽晚,借鉴国外已有管廊建设管理经验,形成了各自鲜明的特色;综合管廊建设存在融资经营模式不成熟、规划落后于建设、与其他地下工程建设冲突、预制管廊模具缺少统一标准规范、管理水平落后急需提升等问题。基此,提出了综合管廊建设应因地制宜、协同地下工程建设、推进综合管廊标准化智能化等建议,为后续管廊建设提供参考。

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多级循环加卸载作用下砂岩变形规律试验研究

李洪亚, 杨渝南, 刘杰, 张罗送, 司马艳

地下空间与工程学报. 2020, 16(6): 1636-1645.

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以RMT-150C岩石力学试验机为试验平台,对砂岩岩样开展低频多级循环加卸载试验,研究得到了不同频率下当加载力峰值大于破坏荷载的28%时,表观弹性模量E(t)与即时载荷f(t)呈线性关系;同时对该关系中压密系数a、变形系数b进行拟合,得出随加载力峰值增大,a值递减、b值递增的变化规律。基于该规律,提出了一种通过有限加卸载循环下的试验数据预测任意屈服前加卸载峰值下的应力―应变曲线的方法;并给出了变频变峰下岩样位移变形速率的预测公式,同时根据该公式对岩样位移速率峰值点时刻进行了预测。由该预测值与加载力峰值和实测位移变形速率峰值时刻值的对比,指出岩样循环加卸载中存在的“错峰”现象也是力―位移存在不同步性的体现。

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管道破损引发渗流侵蚀过程的模型试验

高程鹏

地下空间与工程学报. 2020, 16(6): 1646-1656.

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城市道路下方埋设的市政管道发生破损后会引发渗流侵蚀并最终导致道路沉陷。针对此问题,本文建立了模拟管道破损引发渗流侵蚀的模型试验。试验结果表明,从地表以下由浅至深,土体受侵蚀区域可分为流动区域,粗粒化区域与空洞区域,其中前两者的范围大于第三者。水流失量与砂土流失量呈对数关系;空洞区域面积与砂土流失量呈线性关系,且低水位工况下单位砂土流失量所诱发的空洞区域面积大于高水位工况。同时,受不饱和区域及粗粒化区域中流失通道堵塞的影响,变水位工况中受侵蚀区域面积及水土流失量均小于相同水头高度下的恒水位工况。受侵蚀区域的土体贯入强度大幅降低(60%~80%),且其降低幅度受流动区域及粗粒化区域影响较大,受空洞区域影响较小。

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高压脉冲等离子体碎岩的实验研究

孙西濛, 马瑞, 吕嘉, 薛启龙, 刘宝林

地下空间与工程学报. 2020, 16(6): 1657-1664.

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在传统施工过程中对岩石的破碎一般使用炸药或机械胀裂的方式,但炸药使用的不可控性和危险性,使其在工程中的使用频率逐渐降低,机械结构设备存在碎岩过程效率低,机械结构易磨损等缺点,电爆等离子脉冲碎岩的原理是高压强电场通过液体时会在液体电介质中产生等离子体通道,通道中的液体迅速汽化、膨胀,迅速膨胀的气腔在水介质中产生强大的冲击波,随着放电电流和放电时间的不同,冲击波以冲量或者冲击压力的方式作用于周围介质,可实现诸多工程应用。本文采用高压脉冲电源,放电效果仿真雷击过程10/350波形,具有较好的瞬间冲击能量。高压脉冲电源的最高放电电压为40 kV,在岩石预钻孔中充满液体电介质,将电极置于其中并采用电爆丝引弧,在高压放电过程中释放高能等离子体,液体电介质产生的冲击力能够破碎岩石。本文采用室内实验的方法对混凝土、花岗岩、玄武岩进行了成功爆破,验证了高压电爆等离子体脉冲碎岩技术的可行性。

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淤泥土与新填土接触面抗剪强度试验研究

李星, 王红雨, 孙晓荣, 杨佩瑶, 麦文慧

地下空间与工程学报. 2020, 16(6): 1665-1671.

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在坝前淤泥面加坝中,淤泥坝基和新填筑坝体的接触面是整个加坝体的薄弱部位。以宁夏南部山区西吉县南川水库坝前淤泥面加坝工程为研究对象,在参考该工程勘察报告和施工组织设计的基础上,通过改进常规应变式直剪仪测定了在不同工况下淤泥土和新填土接触界面的抗剪强度参数,分析了淤泥土的含水率和压实度对接触面的抗剪强度、黏聚力和内摩擦角的影响。试验结果表明:淤泥―新填土接触面剪切特性受淤泥土的含水率和压实度共同影响;压实度相同时,随着淤泥含水率的增加,接触面抗剪强度先小幅度减小再快速减小,黏聚力先增大再快速减小,接触界面内摩擦角小幅度减小;含水率相同时,随着压实度的增加,界面抗剪强度增大,内摩擦角增大,黏聚力先缓慢增加,再快速增加,具有明显阶段性。

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预制裂隙类岩石材料的分步卸载试验研究

余明坤, 许国伟, 唐国栋, 范文臣

地下空间与工程学报. 2020, 16(6): 1672-1681.

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采用聚乳酸(PLA)树脂材料预先充填开挖卸载区域、预埋云母片的方法制作类岩石裂隙试件,利用聚乳酸的热熔特性进行了分步开挖卸载试验研究。结合微裂纹扩展过程、发育形态、破坏面受力特征以及卸载破坏的应力应变关系,分析了预制裂隙在分步卸载下的起裂、扩展及贯通破坏机制。研究结果表明,靠近开挖断面的预制裂隙尖端最初起裂有拉伸裂纹和剪切裂纹,且极易与开挖断面贯通,而远离开挖断面的尖端最初起裂均为拉伸型翼裂纹。法向应力较低时,裂纹扩展所需的卸载步较多,更易引起裂隙尖端拉伸裂纹的扩展;法向应力较高时,裂纹扩展所需的卸载步较少,更易引起剪切裂纹的萌生与扩展。翼裂纹拉伸贯通与次生倾斜裂纹拉剪复合贯通的速率较慢,表现出明显的塑性屈服特性,而次生共面裂纹的剪切贯通速率较快。

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兰州地区黄土冻胀特性和水平冻胀力试验研究

张正, 马学宁

地下空间与工程学报. 2020, 16(6): 1682-1688.

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为研究不同含水率黄土在一维冻结条件下温度场、冻胀量和水平冻胀力的变化特征规律及冻胀力与冻结温度之间的动态关系,选取兰州地区黄土进行了封闭系统下的一维冻胀试验。研究结果表明:土体的降温过程分为3个阶段,降温冻结初期各深度土体的温度下降速率较快;土体温度下降到0 ℃时降温曲线出现转折点,土层各深度降温速率曲线出现近乎平行于横坐标的平稳段;冻结后期各深度土体的温度下降速率较慢。冻胀量变化曲线按照变化趋势分为3个阶段: 轻微冻缩阶段,快速发展阶段,拟稳定阶段,不同含水率的土体经历各阶段的时间有所不同。冻胀量随着土体含水率的增加而增大,本试验中含水率14%和20%的土体最终冻胀量分别为3.52 mm和 8.23 mm。在相同土质和温度条件下冻胀力发展的起始温度相同,约为0.60 ℃,含水率不同的土体出现最大水平冻胀力的温度不同。最大水平冻胀力沿土体深度先增大后减小,最大值出现在相对深度0.6~0.8处。

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单向压缩状态下滇池泥炭土的蠕变特性研究

王竟宇, 王志良, 申林方, 瞿嘉安, 丁祖德

地下空间与工程学报. 2020, 16(6): 1689-1695.

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为探究不同埋深和扰动状态对滇池泥炭土固结蠕变特性的影响,采用分级加载方式分别对埋深17 m、34 m的原状和扰动泥炭土样进行了一维固结蠕变试验。结果表明:泥炭土粘塑性蠕变特性显著,扰动后竖向应变在各级压力下均较高。17 m土样前期固结压力较小,孔隙和有机质较多,压缩性更高。土体内排水通道随固结压力增大被逐渐压缩,延长了主固结时间。扰动土因结构性被破坏,主固结时间较短。17 m原状土的固结系数在低固结压力下较大,其结构随压力增加而破坏,固结系数逐渐接近于扰动样;34 m土样分解度高且较密实,扰动后易于排水,故扰动土固结系数大于原状土。滇池泥炭土的次固结系数大于一般软粘土,且有机质含量较高的17 m土层的次固结特性更为显著。

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循环荷载下裂隙对加固体强度及破坏模式影响

王军祥, 崔宁坤, 唐亚新, 徐晨晖, 许宏伟

地下空间与工程学报. 2020, 16(6): 1696-1704.

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盾构端部加固体中的裂隙对加固体的强度及破坏模式具有不同的影响。基于沈阳市地下综合管廊实际工程,用三组不同配比的水泥砂浆模拟端部加固体,用预制PVC片模拟试件中0°、30°、60°、90°的单裂隙和30°、60°的平行双裂隙。对预制裂隙试件进行循环加载试验,研究存在裂隙的端部加固体力学特性和破坏模式。研究结果表明:胶结能力较好的1∶1配比的端部加固体预制裂隙试件具有最大的疲劳峰值强度和疲劳寿命,其疲劳峰值强度和疲劳寿命均会随着胶结能力的减弱而减小;裂隙的存在会使试件的疲劳峰值强度和疲劳寿命降低,尤其当试件出现竖向劈裂破坏时,竖向裂隙对其疲劳强度和疲劳寿命的影响尤为明显;单裂隙试件多为拉―压破坏和剪切破坏,双裂隙试件多为共轭剪切破坏,并伴随有明显的共轭剪节理出现。

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统一强度理论下掌子面防突安全厚度理论研究

吴祖松, 李松, 涂义亮, 王元清

地下空间与工程学报. 2020, 16(6): 1705-1710.

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为防止溶腔岩溶水压裂掌子面临空断面而造成隧道突水突泥,在掌子面临空断面前方预留一定厚度围岩是处理高压溶腔的常见技术手段,而防突安全厚度则成为释能降压法等处治技术中的重要技术参数。本文基于统一强度理论结合弹性薄板弯曲推导出防突岩盘在简支和固支条件下的安全厚度解析解,并推导了防突岩盘在厚度一定时作用于防突岩盘后的溶腔压力。依托海口南渡江引水隧道进行工程应用,公式及计算结果表明,掌子面防突安全厚度与溶腔压力、岩体泊松比、掌子面半径、粘聚力有关。此成果为规避富水隧道高压溶腔突水突泥水害发生及富水隧道高压溶腔防突安全厚度设计、施工方面提供理论依据,避免突水突泥带来重大经济损失。

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盾构隧道双层衬砌横向力学结构参数优化研究

李雨强, 王士民, 梁敏飞, 杨赛舟, 何川

地下空间与工程学报. 2020, 16(6): 1711-1721.

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随着水下盾构隧道建设及运营环境日益复杂,安全要求日益提高,盾构隧道双层衬砌有望在工程中得到较为广泛的应用。本文依托武汉轨道交通8号线越江隧道工程,采用双层衬砌盾构隧道三维壳—弹簧力学分析模型,研究了不同工况下二次衬砌强度及厚度对双层衬砌内力及变形的影响,并对二次衬砌是否应当配筋的问题进行了探讨。研究结果表明:二次衬砌强度变化对管片衬砌结构内力影响甚微,但二次衬砌弯矩量值略有提高,同时通过提高二次衬砌强度来抑制隧道竖向变形的效果不明显,考虑到工程造价问题,二次衬砌强度不宜过高,取C40为宜;二次衬砌厚度增加对管片横向内力影响甚微,但对其结构受力有不利影响,综合考虑隧道运营期火灾以及列车撞击等因素,二次衬砌厚度取30~40 cm为宜;在外荷载增大情况下,二次衬砌拉应力量值显著增加,超过混凝土规范容许拉应力值,因此,实际工程中建议对二次衬砌进行配筋设计。研究结论可为盾构隧道双层衬砌的设计及施工提供有益的借鉴。

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冻融循环对非饱和粉质粘土SWCC及强度的影响

崔宏环, 秦晓鹏, 王文涛, 邢辰

地下空间与工程学报. 2020, 16(6): 1722-1728.

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为研究季冻区非饱和粉质黏土在冻融条件下的土―水特征曲线及强度的变化,对季冻区非饱和粉质粘土的SWCC(土―水特征曲线)和强度进行了测量,观察了冻融循环次数及冻结负温对非饱和路基粉质黏土土―水特征曲线及强度的影响。研究表明:非饱和粉质黏土的土―水特征曲线用Gardner模型进行拟合效果良好;土―水特征曲线受冻融循环次数和冻结负温的影响较大,其强度随冻融循环次数的增加呈先减小后趋于稳定的趋势,冻融一次以后其强度降低最为明显,并且冻结负温为-10 ℃时其粘聚力损伤值最大。由基质吸力引起的累计粘聚力损伤值随冻融循环次数增加呈线性增加,随冻结负温减小成指数型增加。

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真空—堆载联合预压复合地基径向固结理论研究

张玉国, 段萌萌, 杨晗玥, 史小杰, 张伟杰

地下空间与工程学报. 2020, 16(6): 1729-1736.

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针对真空―堆载联合预压复合地基径向固结问题,建立空间轴对称变形计算模型,采用位移法求出土体的变形和体积应变,给出真空―堆载联合预压复合地基径向固结解。通过退化分析和与已有解的比较研究,验证了此解的正确性和合理性。基于此解,通过算例计算,绘制出各参数对复合地基固结速率影响的曲线图。研究表明:桩径比n和扰动区影响因子s越小,复合地基固结速率越快;扰动区土体径向渗透系数越大,复合地基固结速率越快;桩土弹性模量比越大,复合地基固结速率越快;长细比越小,复合地基固结速率越快;径向时间因子越大,复合地基径向固结度越高。

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天津地铁通用楔形管环力学性能影响因素分析

曾祥会, 张琪, 李瑶, 张稳军, 王建龙

地下空间与工程学报. 2020, 16(6): 1737-1745.

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为完善列车最高运行速度达120 km/h的快速轨道交通线路技术标准,本文依托天津地铁Z2线工程,基于ABAQUS软件建立了盾构隧道受力分析的壳―弹簧模型,引入混凝土塑性损伤本构,详细地研究了施工阶段曲线半径、千斤顶偏心推力、地层条件、混凝土管片宽度等分别对直线段和曲线段通用楔形管片的受力与变形,以及结构损伤面积的影响规律。结果表明:直线段管片受拉损伤面积随混凝土管片宽度的增大而增大,曲线段受拉损伤面积随混凝土管片宽度的增大而减小;当地质条件越好时,隧道管片主压应力及其变形减小,损伤面积也相应减小;隧道管片主压应力、结构变形,以及损伤面积均随曲线半径的增大而减小。本文研究成果可为软土地区快速轨道交通曲线段通用楔形管片的设计与施工提供参考。

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成都中心城区砂卵石层三维建模及分布规律研究

吴腾飞, 王世明, 李豪, 林刚, 宋同伟

地下空间与工程学报. 2020, 16(6): 1746-1753.

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为解决成都市在高富水砂卵石层中施工引起的地面迟滞沉降等城市工程地质问题,研究成都市砂卵石分布规律,笔者依托已有的成都地铁1、2、3、4、7号线等大量的勘察及区域地质资料,借助Surfer及GOCAD软件,首次建立了成都市中心城区砂卵石层的三维地质模型。三维模型的准确度及精度经过了探井等实测资料的验证,成都中心城区砂卵石层整体厚度由西北向东南逐渐减薄,稍密卵石土层变化平缓,中密卵石土层由北向南沿河流走向变薄特征明显,密实卵石土层底界与基岩接触面深度自西向东逐渐变浅,中心城区卵石土的总体积超过1.757 6×10⁸ m³。构建的三维地质模型,可为成都市中心城区今后的工程建设提供重要参考。

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盾构穿越引起的既有盾构隧道纵向变形研究

魏纲, 杨波, 吴华君, 张鑫海

地下空间与工程学报. 2020, 16(6): 1754-1762.

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研究既有隧道在新建隧道穿越时产生的响应,提出一种能准确预测既有隧道位移的计算方法。采用目前国内较为先进的转动错台模型,在考虑施工因素的附加荷载作用下,运用最小势能原理对既有盾构隧道在新建隧道穿越时的结构变形进行了分析预测。并分别选取了3个工程实例对新建隧道在不同穿越工况下本文方法的预测准确性进行了验证。研究结果表明:本文方法计算值与实测值较为吻合,能计算出既有隧道的竖向位移、环间的错台量、转角和剪切力,进而判断既有隧道结构的安全状态;既有隧道发生沉降时管片以错台变形为主,转动变形占比较小(约30%)。

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超前斜撑排桩支护的力学特性与分析设计

朱碧堂, 王瑞祥, 杨敏

地下空间与工程学报. 2020, 16(6): 1763-1770.

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超前斜撑排桩支护是一种新型基坑围护结构,主要应用于深度不大的大面积地下开挖,可起到控制支护结构和周边土体变形而又不借助于内支撑或分片开挖的快速开挖支护方法。该围护结构采用钻孔灌注桩或型钢水泥土搅拌桩作为挡墙,钢管桩结合注浆囊袋作为超前斜撑体。本文基于数值分析研究超前斜撑的力学特性,并在此基础上提出基于弹性支点法的超前斜撑排桩支护的设计计算方法,编入同济启明星深基坑支挡结构分析计算软件FRWS 9.0,为该支护结构在工程中的推广应用提供理论基础和应用平台。通过实例分析,并与现场实测和数值模拟结果的对比分析表明,本文提出的基于弹性支点法可合理地应用于超前斜撑排桩支护的设计计算。

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构件补强式贝雷平台力学性能仿真及安全性评价

李博, 王贵和, 吕高峰, 任军, 杨洪磊

地下空间与工程学报. 2020, 16(6): 1771-1780.

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北京地铁8号线永定门外深基坑工程研发了“贝雷梁+上、中、下槽钢支撑桁架+液压式滑靴”式基坑开挖工作平台,该平台通过贝雷片以及补强构件提供抗弯刚度,以满足重型旋挖钻机的复杂工况开挖作业。本文基于madis/civil数值软件,建立跨边、跨中加载条件下的贝雷平台数值模型,比较有、无加强构件时的平台受力变形特性。结合实际工程中静载、动载试验以及施工状态下的实测变形数据,在验证模型有效性的前提下,分析了平台极限受力变形特性及工程安全性评价。结果表明:最大轴力出现在竖杆位置,最危险工况为跨中加载;构件补强后,平台内力变化较均匀,抗弯性能大大提高;现场试验及工作状态下平台各测点截面受力、变形结果大于三维分析结果,但均小于规范要求。此类新型补强式基坑开挖平台安全可靠,可在类似市政地下空间施工中推广应用。

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便桥荷载作用下深基坑地下连续墙变形特性分析

谷淡平, 凌同华, 殷枝荣, 郑华军, 杨江坤

地下空间与工程学报. 2020, 16(6): 1781-1791.

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为了研究便桥荷载作用下深基坑地下连续墙变形特性,以深圳市地铁6号线科学馆站超深基坑的上跨便桥段支护工程为依托,采用有限差分程序FLAC^3D结合现场监测情况对便桥荷载作用下超深基坑地下连续墙的墙顶沉降、墙顶水平位移和地表沉降等变形特征进行了分析,通过实测与模拟变形对比分析,验证了数值模型的可靠性,在此基础上对便桥荷载作用下的地下连续墙墙底失稳机理进行了探讨,根据极限承载力理论得出了相应稳定性验算公式,并对影响地下连续墙变形的主要因素进行了分析。研究表明:影响地下连续墙变形的主要因素为土层性质、便桥荷载和地下连续墙嵌固深度;墙底土体与墙侧土体比较,前者的强度和刚度对地下连续墙的变形影响更大;便桥荷载作用下地下连续墙容易产生墙底失稳,应对其墙底稳定性进行验算。

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上软下硬深基坑变形规律与空间效应分析

林之航

地下空间与工程学报. 2020, 16(6): 1792-1800.

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闽东南沿海广泛分布有滨海相、溺谷相沉积淤泥层,其一般下伏风化不均的花岗岩层,由此产生了大量的上软下硬的深基坑工程。但目前对上软下硬深基坑变形规律及其空间效应还缺乏系统深入的研究。以福建某医院综合楼上软下硬的深基坑支护工程为研究对象,通过追踪不同阶段不同测点的监测数据,对基坑开挖过程中的围护结构位移、支撑轴力、立柱隆沉、地表沉降进行了研究,并着重分析了其空间效应。研究结果表明:基坑浅层土体开挖时,对基坑围护结构及周边环境的影响较小,而当基坑中部淤泥软土层开挖时,则会引起基坑围护结构产生较大的侧移增量,其变形量约占最大侧移量的33%～60%;相较于常规软土基坑,上软下硬的深基坑最大侧移所处位置深度上移,最大侧移量减小,其更接近与常规基坑的下限值;基坑底板的及时施作能有效降低基坑的侧移变形、支撑的轴力、基坑底部的隆起以及对周边管线的影响;该类基坑亦存在显著的空间效应,表现为坑角附近围护结构的侧向位移、支撑轴力、周围管线及建筑沉降等显著小于基坑中部。

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基于长短时记忆网络的盾构机刀盘扭矩实时预测

杨泰春, 陶建峰, 余宏淦, 刘成良

地下空间与工程学报. 2020, 16(6): 1801-1808.

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盾构机是土质隧道开挖的优质工程机械,被广泛应用在地铁建设。刀盘扭矩是保证盾构正常推进的关键参数,能被精确实时预测对预防灾难事故、确保施工正常推进具有极高的指导意义。针对现有扭矩预测多为计算平均值的问题,提出一种基于长短时记忆(Long-Short Term Memory,LSTM)网络的扭矩实时预测模型。首先通过分析盾构机状态参数与扭矩的相关性,选择一组关键状态参数,降低输入维度;然后建立LSTM扭矩预测模型;最后利用该模型在归一化后的实际数据集上进行验证并与BP网络模型对比。试验结果表明,该模型在测试集上均方差为0.002 81,平均绝对误差为0.036 7,均优于BP网络;该模型具有良好的预测能力与泛化性能,能够很好地拟合关键状态参数与刀盘扭矩之间的非线性关系。

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邻近隧道盾构施工的现场实测分析

邓江雨, 姚爱军, 周敬, 楚培召

地下空间与工程学报. 2020, 16(6): 1809-1817.

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为研究新建隧道对既有隧道的附加作用,本文通过现场监测,从附加应力、附加变形两方面研究了新建盾构隧道施工对既有隧道的附加作用。分析了既有隧道管片附加作用的动态变化规律,给出了附加作用与掌子面距离的关系,同时对管片附加作用的空间分布规律进行了分析。监测结果表明:①既有隧道管片的附加环向、径向应力远大于附加走向应力。②既有隧道拱顶、拱底处环向附加应力为拉应力,且拱顶处拉应力远远大于拱底处拉应力,两侧拱腰处为压应力,靠近新建侧附加压应力大于远离侧附加应力,前者约为后者的2倍。③既有隧道管片的走向附加应力是压应力,其中拱底处最大,近侧拱腰处次之,拱顶处较小,远侧拱腰处最小。④既有隧道管片的径向附加应力为压应力,大小为0.1~0.5 MPa,近侧拱腰处最大,远侧拱腰处次之,拱顶较小,拱底最小。其表现为“侧向大,竖向小”“近大远小,上大下小,不对称”的分布规律,即逆时针旋转90°的“非对称葫芦形”分布。⑤附加地表沉降呈对称U型沉降槽分布,影响半径为1倍埋深,影响角约45°,沉降最大点在隧道正上方,当掌子面到达监测断面时沉降速率最大。⑥既有隧道管片的附加净空收敛值依次经历了侧向收缩、缓慢扩张、快速扩张、缓慢回落,趋于稳定5个阶段。净空收敛值回落至峰值的三分之一,其变化范围在-1~3 mm。⑦既有隧道管片的附加拱底沉降依次为上浮、回落、快速上浮、快速回落、回落至初始状态,其变化范围为-1.0~2.5 mm。

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城市综合管廊电力舱火灾行为试验研究

张晋, 徐大军, 宋文琦, 陶鹏宇, 薛岗

地下空间与工程学报. 2020, 16(6): 1818-1825.

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为了研究综合管廊电力舱火灾发展规律,本文分析了电力电缆火灾危险性和起火原因,建造了100 m×3 m×3 m综合管廊模拟火灾试验平台,基于真实电力电缆剖面结构,设计了模拟电缆火源模型并开展了燃烧对比试验和火灾燃烧相似性分析,开展了电力舱在非通风和1 m/s风速下的火灾模拟试验,分析了模拟电缆完成多层立体燃烧的全过程,研究了火焰和烟气蔓延规律以及氧含量变化规律,提出了电力舱火灾发展的4个阶段,试验认为火灾发生后,及时关闭通风系统和防火门等开口有利于抑制火灾发展,电缆层间设置防火隔板可以延缓多层电缆形成大规模燃烧的时间,舱内起火应立即切断所有电力回路,避免引发连环火灾爆炸。

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单向长隧道极端条件下火灾安全疏散研究

惠豫川, 肖益民, 黄浩天, 林建泉

地下空间与工程学报. 2020, 16(6): 1826-1835.

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为研究严重交通堵塞及逆向自然风对隧道火灾时烟控效果的影响,并为逃生楼梯的参数设计提供依据,针对通风井排出式纵向排烟区段,考虑火灾点正对隧道中部一处楼梯的最不利情况,利用仿真软件建立了二车道长隧道计算模型,并对模型的准确性进行了验证。结果表明:严重交通堵塞单独作用或与逆向风共同作用导致隧道排烟阻力增大,相比于一般隧道状况,应开启区段所有风机,且二者共同作用下的可用时间最少、安全性最低;通过疏散分析,得到火灾下游第1个楼梯为最不利逃生出口,同一楼梯间距下的平均通过率基本持平,各疏散场景下的整体平均通过率与楼梯宽度间呈较好的单指数函数关系,最佳楼梯纵向间距随楼梯宽度的增加线性增大。

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单洞双线隧道紧急救援站横通道风流分布研究

王峰, 黄玉冰, 朱磊

地下空间与工程学报. 2020, 16(6): 1836-1840.

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特长铁路隧道紧急救援站横通道内风流分布特性是救援站结构形式和防灾通风设计的基础和依据。本文针对某一单洞双线隧道平导救援站工程,深入研究紧急救援站横通道内风流分布规律,以及不同防灾通风系统和自然风对其的影响。研究结果表明,紧急救援站横通道内风速分布呈现出W型,中部和两端横通道内风速较大,沿两侧风速相对较小。自然风对横通道内风速分布有一定影响,靠近自然风入口一侧大部分横通道内风速显著增大。建议在满足人员安全疏散的基础上,可适当减小救援站中部和两侧横通道面积以及减少相应横通道内风机配置。

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隧道等截面通风系统均匀送风特性研究

何叶从, 黄腾进, 刘怀灿, 张晓烽

地下空间与工程学报. 2020, 16(6): 1841-1848.

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针对地下建筑长大隧道均匀通风的工程需求,提出了一种基于通风均流器的等截面通风系统,为获得主风管风速、宽高比与通风系统送风均匀性的关系,采用CFD数值模拟分析方法对通风系统的送风均匀性和阻力性能进行了研究。研究发现,主风管风速为9.7 m/s时,各风口最低风速4.45 m/s,最高风速4.96 m/s,平均风速4.63 m/s,最大偏差7%,各风口风速标准差为0.16,等截面通风系统能实现均匀送风。通风均流器阀片角度恒定时,系统送风均匀性随着主风管风速的增大而小幅降低,各风口风速标准差范围为0.12～0.24;随着主风管宽高比的增加,各风口风速标准差波动范围为0.22～0.34,主风管风速、宽高比对系统送风均匀性影响较小。风速大于6.5 m/s时,通风均流器阻力系数ξ随着阀片角度β的增大而减小,与Re无关;阀片角度β一定时,通风均流器阻力系数ξ随主风管宽高比的增加而减小。

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着火列车驶入隧道停靠救援站烟气控制研究

曾艳华, 曾辰, 付朝辉, 王浩然, 严晓楠

地下空间与工程学报. 2020, 16(6): 1849-1858.

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为研究铁路隧道救援站火灾烟气蔓延的规律并为火灾情况下铁路隧道救援站内控烟方案设计提供技术依据,笔者建立了几何比尺为1∶50的铁路隧道列车行驶模型试验平台。通过室内模型试验,对自然通风以及3种轴流风机风速影响下铁路隧道救援站火灾烟气蔓延规律展开研究。同时,用Flunet数值模拟软件建立了动网格模型,计算了2种火灾工况结果并与模型试验进行对比分析。试验结果表明:隧道内活塞风大小受列车车速的影响,两者成正相关。未开启风机时,离火源较近的前后横通道均会被烟气侵入;开启右线主隧道两端风机进行2 m/s送风后,仅有7号横通道有烟气侵入。

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爆炸冲击波在双层地铁站内的传播规律研究

舒奕展, 王高辉, 卢文波, 杨广栋, 陈明

地下空间与工程学报. 2020, 16(6): 1859-1865.

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地铁站为地下封闭空间,发生爆炸往往会带来灾难性的后果,易成为恐怖爆炸袭击的重要目标。为研究地铁站爆炸冲击波传播规律,本文利用AUTODYN软件,对一典型两层两跨地铁站进行了数值模拟,给出了地铁站内部不同时刻的冲击波压力云图,得到了不同爆心距位置的压力时程曲线,研究了不同起爆层、侧墙、结构柱和楼梯对冲击波传播的影响,分析了冲击波超压峰值的衰减规律。计算结果表明,炸药在地铁站内爆炸,其冲击波传播明显异于自由空气中。在爆心距较小位置,有更多持续时间较短的峰值;在爆心距较大位置,压力时程曲线相对平缓。爆炸冲击波在站厅层和站台层的传播存在差异,且受到侧墙、结构柱、楼梯的影响。侧墙使近区冲击波超压明显增大,结构柱让柱间狭长区域的超压峰值出现上下小幅波动,楼梯的存在增强了迎爆面前方一段距离的超压,削弱了背爆面后方的超压。

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秦岭隧洞4#支洞微震规律与岩爆预警研究

魏秀琪, 唐春安, 张世超, 李立民

地下空间与工程学报. 2020, 16(6): 1866-1874.

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引汉济渭工程秦岭段4#支洞在开挖过程中多次遭遇岩爆的危害,为尽可能对岩爆风险区域进行有效的预报,减少开挖施工风险,利用微震监测技术对4#支洞进行了连续监测。构建秦岭隧洞4#支洞微震监测系统,实时监测开挖过程中隧洞围岩的微震信息,探究4#支洞围岩微震活动规律及其与岩爆灾害的关系。在此基础上,以岩爆经验预测为基础,提出基于微震前兆信息的岩爆要素综合预测方法,对岩爆的风险、范围、等级进行综合预测。研究结果表明:引汉济渭4#支洞岩爆大多数均存在明显的前兆信息,岩爆区域通常与微震事件的集中区域重合;岩爆发生前夕,高震级事件不断发生,同时b值有减小趋势;采用岩爆要素综合预测方法,在4#支洞测试洞段进行了17次预报,准确率达到76%。

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海岛地下水封洞库围岩稳定性及水封可靠性研究

彭振华, 张彬, 李玉涛, 李俊彦, 石磊

地下空间与工程学报. 2020, 16(6): 1875-1881.

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为提高我国的石油储备量及海岛资源利用率,在海岛环境建造地下水封油库成为了一种新的思路。海岛环境相比于内陆具有更好的水力条件,且可作为港口,便于油品运输。以某海岛地下水封油库为依托,基于流固耦合理论,采用有限元数值模拟方法对海岛环境建造地下水封洞库的围岩稳定性和水封可靠性进行研究。结果表明:在海岛环境建造地下水封洞库围岩的应力和位移均较小,可以满足围岩稳定性要求;在不设置水幕系统情况下,开挖地下洞库会在洞库上方形成明显的降落漏斗,部分洞库顶部甚至发生疏干现象,无法满足水封可靠性要求;在设置水幕系统后,地下洞库上方可形成较大厚度的地下水覆盖层,可以满足水封可靠性要求。该成果对在海岛环境下建造地下水封洞库的研究具有借鉴意义。

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富水地区溶洞对深基坑开挖稳定性影响

陈峰, 吴绍明, 王林枫, 刘新荣

地下空间与工程学报. 2020, 16(6): 1882-1890.

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在富水岩溶地区进行深基坑的开挖,往往会遇到基坑侧壁或底部突涌水的工程问题,轻则影响工程进行、花费人力物力、耽误工期,重则破坏基坑支护结构、淹没基坑,甚至威胁工程人员人身安全。依托广州新白云国际机场第二高速公路北段明挖隧道工程,采用有限差分软件FLAC^3D对富水地区溶洞对深基坑开挖稳定性进行研究,分别改变溶洞直径、溶洞埋深、溶洞内承压水头3个参数,研究富水地区溶洞对基坑土体变形、灌注桩侧移以及水平支撑轴力的影响。结果表明,当开挖至基底时,溶洞顶板厚度较小,溶洞参数的变化对基坑土体及支护结构影响较大。最后,提出现场应对基坑突涌水的方案,研究结果可为富水岩溶地区深基坑工程的设计与施工提供参考。

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截流巷道骨料堆积体中浆液运移规律与阻水机制

牟林, 董书宁

地下空间与工程学报. 2020, 16(6): 1891-1900.

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通过建立骨料中水泥浆液的宾汉姆运移模型,分析了骨料和浆液关键参数对注浆过程的影响,研究了阻水墙截流过程中断面流量分布规律、浆液运动及留存机制。结果表明,骨料的比表面积和浆液的时变性是影响注浆难度的主要参数,骨料的比表面积在整个过程中均占据主导作用,比表面积越大,注浆难度越大,浆液时变性在注浆后期占据重要作用,是浆液凝固产生阻水作用的内因。对于变粒径多层骨料堆积体,绝大多数浆液从顶部未接顶区或粗粒径疏松区流过,下部细粒径骨料中浆液流量很小,进一步分析了截流断面流态分布模型,并用现场数据加以验证,得出了截流过程中顶部未接顶空间的流速计算方法。本文探讨了截流过程的主要阶段和浆液留存机制,认为充填阶段以分层扩散、驱替作用和时变硬化作用为主,升压阶段以渗透扩散和时变硬化作用为主,且充填阶段耗浆量占据了主导。

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基于裂隙网络的消落带岩体劣化区域分布研究

黄波林, 王健, 殷跃平, 朱赛楠, 代贞伟

地下空间与工程学报. 2020, 16(6): 1901-1908.

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经过十多年的145~175 m水位波动,三峡库区消落带碳酸岩岩体出现了明显的岩体劣化现象。根据岩溶岩体劣化形成机理与地表水―地下水的活动密不可分,本文首次提出了基于裂隙网络的连通性和水力边界条件的劣化岩体空间分析方法。利用增强Baecher模型、Levy―Lee分形裂隙模型、双变量fisher分布模型和双变量正态分布模型模拟随机裂隙位置和方位,构建定位裂隙与随机裂隙叠加的三维离散裂隙网络。通过裂隙连通性分析,确定连通区位置。考虑水力边界条件,利用相交分析圈定岩体劣化区空间展布情况。以龚家坊消落带岩体为例,验证了方法的有效性,并讨论了大型结构面和层面的重要作用。这一分析方法将有力推动三峡库区岩体劣化及防灾减灾相关工作。

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