地下空间与工程学报

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赵子维, 袁媛, 郭东军, 张琛浩

地下空间与工程学报. 2021, 17(1): 1-8.

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随着我国城市化不断推进,城市中心区的高密度化非常突出,在全球化灾害多发的背景下,城市高密度地区的易损性显著,应充分利用其立体化空间特别是地下空间的防灾特性提高城市韧性。本文针对地下空间网络在灾时可以作为避难疏散通道的功能特点,提出了高密度地区地下空间网络的复合可达性评价框架,结合避难行为特点提出了地下空间网络的全局可达性、交通枢纽可达性、地面防灾空间可达性三个指标,并进一步基于图论给出了地下空间网络的建模和计算方法。选取了南京新街口和广州珠江新城分别作为老城区和新城区典型高密度地区,以其地下空间网络为例进行了计算和分析,并给出了相应的规划对策和建议。

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芜湖市城市集中建设区地下空间资源评估研究

吴新珍

地下空间与工程学报. 2021, 17(1): 9-18.

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以芜湖市城市集中建设区为例,探讨地下空间资源评估的思路,建立资源综合质量评估模型,在充分分析该区自然、环境、人文、建设4个要素以及空间区位、用地功能等影响因素的基础上,采用层次分析法计算原理,结合专家调查问卷,确定各评价指标的权重总序,运用GIS技术和模糊综合评价原理,评价地下空间资源工程适宜性和潜在开发价值,得出地下空间资源综合质量评估,划定地下空间分区管控,并估算地下空间资源容量,得出较为完善的芜湖市地下空间资源评估结果。该评估结果成功地指导了最新的芜湖市城市地下空间暨人防工程综合利用规划 (以下简称芜湖市“两规合一”)的编制工作,并纳入了相关章节。

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苏州太湖新城地下空间综合协同与一体化设计

杨海, 韩锡云, 宋庆云, 马丽萍, 袁志刚

地下空间与工程学报. 2021, 17(1): 19-27.

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太湖新城地下空间遵循“先规划后建设、先地下后地上、先生态后业态”的原则,致力打造一体化、有特色、可持续发展的标杆项目,成为国内第一个绿色三星大型独立地下空间。本工程集市政设施建设、地下空间开发、轨道交通衔接、综合管廊连通、周边地块联接、生态城市建设、智慧城市运营、城市景观提升、安全防灾系统于一体,针对设计和管理做了一系列探索和实践,通过地上地下综合一体化研究,形成全面系统、整体协同、贯穿始终的9个一体化策略,统筹协调政府、建设方、施工方等相关方面,落实到规划、设计、施工、运营等各个环节,关注城市和建筑的全生命周期,力求建设功能完善、环境优美、绿色生态、智慧超前、可持续发展的有生命力的新城。

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废弃矿山地下空间开发利用典型模式探究

戴佳铃, 李晓昭, 陈家康, 郭朝斌, 闫金凯

地下空间与工程学报. 2021, 17(1): 28-40.

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废弃矿山即矿业废弃地,也是一种占用土地资源和对环境、经济、社会有潜在利用价值的棕地。目前国内外学者大多关注露天矿,忽略了矿山地下空间的开发利用。然而,废弃矿山地下空间是宝贵的人造空间,应当打破传统的开发模式,重新激活生命周期。因此,笔者梳理了我国废弃矿山地下空间开发的现状,以欧洲代表国家捷克为例,根据该国石灰石矿-Amerika采石场群、铁矿-Skalka博物馆、金矿-Josef地下廊道、铀矿-Bukov地下廊道4个案例,分析了可借鉴的经验教训和较好的应用前景,总结出两类4种主要开发模式,结合我国开发现状展开深入讨论,为我国废弃矿山地下空间开发与利用提供经验范式。

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关于山地城市地下停车场建设的几点思考

刘新荣, 陈鹏, 邓志云, 庄炀

地下空间与工程学报. 2021, 17(1): 41-52.

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近年来中国各城市汽车保有量的迅速增加致使城市交通压力愈加显著,停车难问题逐步成为影响城市经济发展的关键因素。对本就用地紧张的山地城市而言,高效开发和利用城市地下停车场是缓解该问题的重要手段。本文通过研究国内典型的山地城市——重庆市主城区地下停车场的发展现状,结合相关停车数据及规划,分析主城区停车缺口,指出主城区地下停车场存在地下停车泊位不足、入库停车安全隐患、规划管理模式滞后等主要问题。基于调研城区实际情况,提出山地城市增加地下停车设施供给量和提高泊位利用率的方法,对地下停车系统化和智能化的建设进行思考,为完善城市地下停车体系提供参考。

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冻融循环层理砂岩冲击荷载下应变率特性研究

常森, 许金余, 郑广辉

地下空间与工程学报. 2021, 17(1): 53-61.

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随着现代战争武器的杀伤力不断增强,剧烈的侵彻和爆炸作用在地壳中形成能量巨大的应力波,对国防工程、民用建筑的地下围岩和地面工程造成强烈的冲击作用。同时,层理岩石广泛存在于自然界且力学性质复杂,直接关系到工程的可靠性。本文介绍了Φ100 mm SHPB试验系统结构及其基本原理;基于SHPB冲击试验平台对经历0、20、40次冻融循环的垂直、平行层理试样进行6、8、10、12、14 m/s弹速下的冲击压缩试验;对冲击作用下冻融循环层理砂岩的应变率特性进行分析,研究了冲击作用下冻融循环层理砂岩的强度、变形性质,针对性地对岩石的层理-动荷载关系进行了力学响应的试验研究。试验结果对高寒、冻融地区的岩土工程及地下工程施工具有较强指导意义。

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高温下页岩三轴压缩实验及井壁稳定研究

张文, 刘向君, 梁利喜, 熊健

地下空间与工程学报. 2021, 17(1): 62-70.

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通过高温下页岩的三轴压缩实验,结合井壁稳定分析理论,进行了高温下页岩的力学特性及井壁稳定性研究。结果表明:高温引起页岩强度劣化,在温度低于150 ℃时,温度对页岩强度劣化主要体现在粘聚力弱化,在温度超过150 ℃时,温度会进一步导致页岩内摩擦角减小。钻井液与地层间的温差将在井周附加热应力,随着远离井壁,温差附加径向热应力先增加后降低,在距离井壁一定位置出现最大值,而附加的切向热应力在井壁处最大。随着温差增加,井壁坍塌压力增加,并且附加热应力引起的坍塌压力增幅逐渐超过页岩粘聚力弱化引起的坍塌压力增幅。研究结果对于钻井施工,优化钻井液设计具有重要的意义。

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变加载速率砂岩声发射特征及损伤本构模型

杨文君, 谢强, 班宇鑫, 何小波, 彭冠英

地下空间与工程学报. 2021, 17(1): 71-79.

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研究加载速率对岩石声发射特性的影响,可以推断加载过程中岩石内部的性态变化,有助于揭示岩体的失稳破坏机制。利用WAW-1000型试验机及PCI-2型声发射仪研究了受加载速率影响的砂岩单轴压缩声发射特性。结果表明:不同加载速率下,砂岩试件的破坏形式有单向剪切破坏、双向剪切破坏和轴向劈裂破坏3种破坏形态。加载速率对砂岩试件的声发射特征也有显著影响:加载速率较高时,砂岩声发射撞击幅值维持较高水平,撞击事件贯穿整个加载阶段,试件内部声发射数量少而集中;加载速率越高,砂岩累计声发射计数增长越快。以时间为中间变量,拟合出考虑加载速率情况下,砂岩应变与累计声发射计数的关系,推导出基于加载速率、声发射累计振铃计数的砂岩损伤本构模型。

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膨胀岩相似材料水分迁移试验研究

刁心宏, 洪鹏, 傅昱, 刘宇云

地下空间与工程学报. 2021, 17(1): 80-86.

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为研究膨胀岩水分迁移规律,以石英砂、膨润土、高岭土、石膏、松香酒精溶液及水作原料,配制两种膨胀性相似材料以开展水分迁移试验研究。通过室内试验,研究了吸湿过程中膨胀岩相似材料吸湿量随时间的变化关系及水分在不同方向上的迁移规律,得到水分在材料内部的迁移特征,并探讨温度对材料水分迁移的影响。结果表明:膨胀岩相似材料靠近吸湿面的一定深度范围内含水率变化梯度较大,随着吸湿深度的增加,含水率近似呈线性规律减小,直到水分迁移深度不再变化。水分迁移的速度与材料自身的膨胀性有直接关系,不同膨胀性的岩样表现出来的水分迁移规律有较大差异。温度增加,材料的吸湿速率随之增大,且材料的最终吸湿量增大,即温度增加可以促进水分在相似材料中迁移,进而影响材料内部含水率变化。

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千枚岩相似材料研制及模型试验初步应用

王军祥, 崔宁坤, 蔺雅娴, 葛万民, 寇海军

地下空间与工程学报. 2021, 17(1): 87-97.

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千枚岩是一种物理特性较差的软岩,对隧道工程影响较大,而目前关于千枚岩流-固耦合相似材料的研究较少。以砂、铁粉为骨料,水泥、石膏为胶结剂,橡胶粉为外加剂研制千枚岩流-固耦合相似材料,通过对相似材料的密度ρ、弹性模量E、粘聚力c、内摩擦角φ、渗透系数K、孔隙率ω和软化系数K_P进行测定,分析各因素对材料参数的敏感度与显著度,得出可用于试验配比的多元回归方程,并将其应用在基于沙湾隧道为工程背景的模型试验中,对模型试验洞周位移变化规律进行分析。研究结果表明:橡胶粉掺量对密度ρ的影响较显著,骨胶比对弹性模量E、粘聚力c、渗透系数K的影响较显著,水膏比对内摩擦角φ的影响显著,砂粒径对软化系数K_P的影响显著,骨胶比、砂铁比、橡胶粉掺量三个影响因素对孔隙率ω的影响都较显著。基于试验配比的线性多元回归方程能为千枚岩相似材料的研制提供帮助。

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裂隙倾角及数目对岩体强度和破坏模式的影响

易婷, 唐建新, 王艳磊

地下空间与工程学报. 2021, 17(1): 98-106.

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为研究不同裂隙倾角和数目下低强度岩体强度和变形破坏特征,对含不同预制裂隙的类岩石材料试件进行常规单轴压缩试验。结果表明:(1)低强度岩体峰值强度随裂隙数目增加而减小,随裂隙倾角增大而增大,裂隙倾角0°的三裂隙试件单轴压缩强度最低;(2)除90°裂隙试件外,随裂隙数量增加,试件弹性模量减小,而轴向峰值应变先增大后减小;(3)随裂隙倾角增大,试件弹性模量和轴向峰值应变总体呈“凹型”变化,最小值发生在30°裂隙试件,且大倾角裂隙试件(α>45°)的轴向峰值应变对裂隙倾角敏感程度大于小倾角裂隙试件(α<45°);(4)随裂隙数目增加,低强度岩体的破坏模式变化趋势:脆性破坏→塑性破坏→塑性流动变形破坏。

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水平荷载下基桩分布式变形检测模型试验研究

曹阳, 孙义杰, 胡谢飞, 徐洪钟, 高磊

地下空间与工程学报. 2021, 17(1): 107-116.

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为克服传统测试技术获取水平荷载作用下基桩变形的不足,开展基于光频域反射(OFDR)技术的室内模型桩试验。将光纤对称粘贴于桩表面,检测水平荷载下基桩变形及应力分布,推导基于OFDR的桩身挠度和弯矩计算公式,采用有限元软件ABAQUS模拟桩变形和分析桩土作用。结果表明:基于光纤应变数据,可准确计算桩身沿深度的水平位移分布,理论计算与百分表测值基本吻合;水平荷载作用下,模型桩变形主要集中在地面以下0.2 m范围,桩身弯矩最大值与反弯点深度随荷载增加均有不同程度的增大;数值模拟结果与光纤实测规律基本一致,桩土接触压力随水平荷载增加不断向深部发展。基于OFDR技术的水平荷载作用下基桩分布式变形检测方法是可行的,变形与弯矩计算公式是可靠的。

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壁后空洞对衬砌结构力学性能影响的试验研究

缑小东, 高翔, 关振长

地下空间与工程学报. 2021, 17(1): 117-125.

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壁后空洞是一种常见的隧道病害形式,对衬砌结构的力学性能有重要影响。以福建省道206线龙门隧道的病害检测与改造工程为背景,设计制作了1/10缩尺模型,完成了10组不同工况下的卧式加载试验,重点关注不同空洞赋存条件下隧道衬砌结构的力学性能。壁后空洞的存在,使得空洞附近的衬砌变形由内侧收敛变为外侧扩张,且随着空洞范围的扩大,扩张趋势进一步加剧。拱顶赋存空洞时,空洞附近的围岩压力显著增大,各测点处的衬砌轴力均出现不同程度增长;但拱腰或边墙赋存空洞时,对衬砌结构力学性能影响较小。以上对壁后空洞赋存条件下衬砌结构力学性能的定性/半定量探讨,也可为后续数值模拟研究和理论分析研究提供必要的对比与验证。

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土体裂隙的量测表征及开裂试验研究

骆赵刚, 许冲, 杨振北, 汪时机

地下空间与工程学报. 2021, 17(1): 126-134.

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本文研究土体裂隙的量测方法与定量化表征指标,基于MATLAB程序语言开发了一套能进行单张、批量土体裂隙图像处理、三维重建的软件。运用软件,对合肥膨胀土进行失水收缩开裂的试验,通过记录试样的开裂及裂隙演化过程,定量分析裂隙度、裂隙总长度、裂隙平均宽度以及裂隙分形维数等指标随含水率的变化关系。结合张拉破坏及体积收缩相关理论,对膨胀土开裂的部分微观过程进行研究,分析试验得到的裂隙指标结果发现:膨胀土的开裂过程主要有张拉破坏和体积收缩两个阶段,初始开裂临界含水率(w_c=44.7%)至含水率38%左右阶段主要表现为土体表面及内部的张拉破坏,裂隙长度、分形维数值迅速增加;在含水率38%至5%左右,试样主要发生体积收缩,裂隙面积、平均宽度等指标持续增加并最终随着含水率的逐渐降低而趋于稳定。

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最小抵抗线对岩石破碎块度影响的能量分析

周继国, 张智宇, 王建国, 黄永辉, 雷振

地下空间与工程学报. 2021, 17(1): 135-142.

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运用分形理论对台阶爆破块度分布规律进行描述,将断裂力学理论与块度分布规律结合推导了台阶爆破岩石破碎能计算方法。基于相似理论浇筑台阶模型并进行爆破试验,研究不同最小抵抗线条件下台阶爆破岩石块度分布规律、岩石破碎能变化规律,试验结果表明:岩块分形维数随最小抵抗线增大呈线性降低,并且分形维数越小,块度评价指标K₈₀、K越大,岩石破碎效果越差;炸药爆炸能量仅有5%~8%用于岩石断裂破碎,岩石破碎能随最小抵抗线增大呈现出二次函数的变化趋势。将块度分布变化规律与破碎能变化规律相结合评价岩石破碎效果,得到了试验最佳最小抵抗线范围,依据相似准则获得了矿山台阶的最佳最小抵抗线范围,对于矿山生产具有一定的指导意义。

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南京市各工程地质层热物性及分布特征研究

杨露梅, 苟富刚, 许书刚, 朱明君, 陈明珠

地下空间与工程学报. 2021, 17(1): 143-147.

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地层的热物性是地埋管地源热泵系统设计和运行中最重要的参数,本文通过测试南京市100 m深度范围内土层的常规物理参数及热物性参数,得到了各工程地质层的含水率、孔隙比、干密度、导热系数、比热容等,各工程地质亚层平均导热系数分布在1.322~2.443 W·m^-1·K^-1之间,其中最大、最小值分别为②4e、②1b4工程地质亚层。分析了土体常规物理参数与热物性参数的相关性,黏性土导热系数随着含水率的增加而减小,随着干密度的增加而增大,随着孔隙比的增加而减小,并得到了黏性土导热系数与含水率、孔隙比、干密度相关性的经验公式,为地埋管地源热泵的设计提供基础数据和理论支持。

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土压平衡盾构渣土改良的合理坍落度研究

王洪新, 陈大羽, 商涛平, 张转转

地下空间与工程学报. 2021, 17(1): 148-157.

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依据具体工程开展了盾构改良渣土的室内试验和现场试验,建立了改良土坍落度值与十字板抗剪强度的试验和理论关系,把坍落度值转化为强度指标,以十字板抗剪强度为中间变量,为建立坍落度值与盾构施工参数间关系提供了依据。进一步地得到了标准坍落度筒与小型圆柱形坍落度筒测试结果的理论关系,实现了小型圆柱形筒坍落度与标准筒坍落度结果的转化,简化了坍落度筒试验。最后,根据实际工程以达到合理掘进速度为目标,给出了一个依据现场盾构施工参数的反馈结果确定改良渣土的最佳坍落度的方法,为砂性地层土压平衡盾构的泡沫注入量的科学管理提供了一个系统的方法。

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基于CATIA的溶洞及裂隙带数字化建模技术研究

陈俊生, 吴冰鑫, 刘叔灼

地下空间与工程学报. 2021, 17(1): 158-164.

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溶洞及岩溶裂隙带因其不规则的空间形态而成为地质建模中的难点。相较于其他建模软件,CATIA具有强大的曲面建模功能,可以在溶洞及岩溶裂隙带的建模中发挥作用。本文介绍了在CATIA上实现数字化地质建模的过程,包括数据处理和导入、地层与地质体模型的建立、溶洞及岩溶裂隙带模型的建立等。针对溶洞及岩溶裂隙带建模中的关键技术——“放样”做了分析和研究。分别采用不同的放样方式对代表两种类型的两处溶洞进行建模对比。应用上述技术建立了某一工程的地质模型,测算了溶洞及岩溶裂隙带的体积并进行对比,检验了模型的可靠性,实现了该工程的地质模型化和数字化,并阐述了依据溶洞及岩溶裂隙带数字化建模技术建立高质量模型的重要意义。

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鱼腹梁刚度的影响因素分析

毕平均, 许绮炎

地下空间与工程学报. 2021, 17(1): 165-171.

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预应力鱼腹梁钢支撑作为一项基坑内支撑新技术,具有大跨度、大空间的优势,已广泛应用于基坑工程中,但关于鱼腹梁结构的刚度研究还很少。为便于分析,本文对鱼腹梁的腹杆作简化,同时把鱼腹梁看作是两端固定的结构梁,通过位移法及MATLAB程序求解鱼腹梁的受荷变形。引入“等代抗弯刚度”的概念,把鱼腹梁看作是钢围檩在直腹杆和钢绞线联合作用下的“加强梁”,由结构力学知识可知在均布荷载下鱼腹梁的受荷变形曲线是一条四次抛物线,并推导出鱼腹梁刚度的计算公式。最后,本文研究了鱼腹曲线模型、钢绞线数量、端部角度及跨度对鱼腹梁刚度的影响,并给出鱼腹梁刚度的建议值,为实际工程中鱼腹梁钢支撑的合理设计提供一定参考。

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粉砂土掺量对膨胀土膨胀与力学特性的影响

王欢, 任俊玺, 凡超文, 张旭, 李宝宝

地下空间与工程学报. 2021, 17(1): 172-178.

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以河南省新乡地区某处膨胀土为研究对象,利用当地广泛分布的粉砂土对其进行改良,通过室内实验,研究不同粉砂土掺量对改良土膨胀特性及力学特性的影响。实验结果表明:随着粉砂土掺量的增加,无荷载和有荷载膨胀率在粉砂土掺量小于30%时快速下降,大于30%时缓慢下降;膨胀力随粉砂土掺量增加呈先缓慢下降后加速下降再缓慢下降的趋势;改良土黏聚力在粉砂土掺量为10%时达到最大,之后随粉砂土掺量增加先快后慢下降,内摩擦角则随粉砂土掺量增加而线性增加;粉砂土掺量为20%时,无侧限抗压强度增加至最大,后随粉砂土掺量增加逐渐减小,减小的速率为先慢后快再慢;掺不同含量粉砂土对膨胀土膨胀和力学特性影响较大,可显著改善膨胀土的使用性能。

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干湿循环过程中压实黄土的胀缩变形特性研究

李向宁, 倪万魁, 王熙俊, 朱敏, 王海曼

地下空间与工程学报. 2021, 17(1): 179-188.

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为了研究干湿循环过程中压实黄土的胀缩变形特征,利用自主设计的黄土增减湿过程模拟装置,制备了初始含水率为10 %,干密度分别为1.45、1.55、1.65 g/cm³的土柱,首先将其浸水饱和,然后在自然条件下干燥收缩至初始状态,如此进行3次反复干湿循环试验。结果表明:浸水直至土体饱和过程中,土体会持续膨胀,膨胀应变ε随时间呈三段式增长现象;自然蒸发减湿过程中,土体体积随时间逐渐减小。干湿循环过程中,吸力随时间变化经历微弱变化期-急速变化期-平稳期3个阶段,且与土体胀缩应变呈对应关系。通过整理试验数据分别得到了土体浸水膨胀阶段应变ε和收缩阶段孔隙比与基质吸力的拟合关系,能够很好的表征压实黄土的胀缩变形特性。

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非饱和黄土持水特性的温度效应研究

王叶娇, 靳奉雨, 孙德安, 杨果林

地下空间与工程学报. 2021, 17(1): 189-194.

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利用蒸汽平衡法测定了不同温度下(0~40 ℃)Whatman No.42滤纸总吸力与含水率之间的变化关系,并给出了各温度下(0 ℃、5 ℃、10 ℃、20 ℃和40 ℃)该滤纸测量土样总吸力的率定曲线方程。试验结果表明,不同温度下Whatman No.42滤纸的总吸力与其含水率呈良好的线性关系,Whatman No.42滤纸的持水性能随温度升高而降低,且该温度效应随吸力增大而减弱。依据本文所测定的总吸力率定曲线,研究了非饱和重塑黄土土样在不同温度下(0~40 ℃)的持水特性,结果表明,非饱和重塑黄土的持水性能随温度升高而降低,且随着温度的升高或者含水率的降低,该温度效应逐渐减弱。试验结果可为不同温度下利用滤纸法测量土样吸力提供参考依据。

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地铁车站基坑钢支撑预加轴力幅度研究

雷霆, 宋建学, 丁保华, 张瑞鑫, 张俊峰

地下空间与工程学报. 2021, 17(1): 195-203.

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基于郑州市轨道交通4号线如意湖北站基坑工程,选取5个断面进行现场试验,第2、4道钢支撑施加不同幅度的预加轴力,现场监测了基坑开挖全过程中支撑轴力和地下连续墙墙体的水平位移,分析总结了支撑轴力和地下连续墙墙体水平位移随基坑开挖的变化规律。运用ABAQUS建立了基坑开挖三维有限元模型,得到数值分析结果,再与实测结果进行对比,验证了模型的可靠性。基于该模型,对比研究了预加轴力为0.1~0.8倍钢支撑设计轴力条件下支撑轴力和地下连续墙墙体水平位移,结果表明,钢支撑预加轴力为0.2~0.3倍的设计轴力标准值时较为合理,这一结果与当前规范建议值有较大差异。

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隧道超前注浆对既有建筑物影响现场测试分析

张学民, 董宗磊, 冯涵, 刘继强, 张宏伟

地下空间与工程学报. 2021, 17(1): 204-213.

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为研究隧道注浆引起的上部建筑物变形特性及其损坏原因,以深圳某地铁下穿建筑物实际工况为背景,结合注浆施工统计和现场测试数据对建筑物隆起、倾斜及开裂过程进行分析。分析结果表明:现场注浆存在控制终压过大、施工不规范等问题,造成浆液劈裂地层,因此注浆量和注浆速率异常增大,上部建筑物表现为急剧隆起,最大单日隆起量达41.55 mm,注浆结束后建筑物竖向位移逐渐减小最终趋于稳定;注浆期间,建筑物外侧墙体倾斜初始呈现出“前后向内,两侧向外”的趋势,并随注浆施工转变为“前后向外,两侧向内”;建筑物裂缝以角部受剪裂缝居多,测试期间未发生明显开展或闭合。最后针对隧道注浆施工提出几点建议,可为类似工程提供借鉴。

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深埋炭质千枚岩巷道松动圈测试及主被动联合支护研究

郭延辉, 侯克鹏

地下空间与工程学报. 2021, 17(1): 214-221.

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某铅锌矿550中段南部炭质千枚岩巷道围岩应力高,变形大,开挖后易塌方,极难支护,严重影响着矿山的安全生产和开采进度。室内试验结果表明,550中段炭质千枚岩属于中膨胀性软岩,具有较强的吸水性、易软化和崩解破坏。在现场巷道典型断面开展了松动圈声波测试,结果表明,巷道松动圈范围为2.0 m,属于大松动圈Ⅳ-Ⅴ类软岩。根据大松动圈组合拱支护理论,提出超前注浆+喷锚网+钢拱架的主被动联合支护技术,并确定了相关支护参数。运用大型岩土工程分析软件FLAC3D对比分析6种支护方案下巷道的稳定性,最终确定方案5为最优支护方案,即超前注浆+喷锚网+钢拱架支护(钢拱架间距1 m)能够较好地控制炭质千枚岩巷道的变形和稳定。研究成果为矿区炭质千枚岩巷道的支护提供了理论依据,同时也为类似软岩巷道的支护方法提供参考。

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复合地层中盾构刀具磨损超前控制研究

黄莺, 李玉盟, 谢晓泳, 柳植, 梅源

地下空间与工程学报. 2021, 17(1): 222-228.

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通过分析国内土压平衡式盾构隧道典型工程案例,对上软下硬地层近年来的施工问题和采取的主要措施统计分析,总结出土压平衡盾构在上软下硬地层中施工关键问题及其规律。结合地层特性,针对滚刀磨损问题,提出评估上软下硬地层分布情况及盾构施工地质适应性问题的方法;同时,对盾构机掘进过程中的盾构推力、刀盘扭矩、贯入度变化监测统计,通过比推力及比扭矩指标变化实现对地质变化的预判,提出调整措施。结合实际工程,当盾构在上软下硬地层掘进时,通过评估地层分布,进行针对性的施工预判调整,能有效降低滚刀受冲击荷载的影响,避免盾构产生过快磨损,延长滚刀正常工作时的掘进距离,显著提高上软下硬地层中盾构施工效率。

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上海软土深埋盾构施工引起的土压时效规律分析

刘树佳, 白廷辉, 廖少明

地下空间与工程学报. 2021, 17(1): 229-236.

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针对上海软土地区深埋盾构开挖所引起的土压力时效性发展规律,选取4倍直径埋深盾构,布设土压力全断面长期监测点,获取盾构开挖阶段及后期固结蠕变阶段的土压力数据,以得到深部地层的土压时效变化规律。通过现场试验可得,盾构开挖所采取的土仓压力按照理论静止土压力取值时,刀盘周围会形成半径为1~1.5D的被动土拱效应作用区域,土拱范围内会产生20%的被动土压力增幅,土拱以外的范围不受开挖扰动影响。盾构掘进所产生的被动土拱挤压效应在盾尾注浆浆液硬化后开始逐渐衰减,衰减主要作用阶段为开挖后1~3年,深层土体衰减后进入长期蠕变阶段。试验表明,软土深部地层盾构开挖会产生一定程度的土拱效应,且土拱效应在后期固结蠕变过程中逐步衰减,可为今后软土深部地层盾构隧道设计及施工的土压力取值提供一定参考依据。

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基于地质雷达测算地基基础缺陷的体积研究

杨昌民, 潘元乐, 常博源

地下空间与工程学报. 2021, 17(1): 237-247.

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通过模拟实际地下基础,利用800 MHz频率中心天线的地质雷达对模型基础进行探测。对9个不同的构件所得到的波形进行研究分析,采集到9组不同的雷达频谱图。根据不同的构件尺寸,埋置深度等信息得出不同的影像面积、雷达频谱,并验证这些参数与构件实际尺寸的相关性。分别对埋深和影像面积、影像面积和构件实际体积两对关系采集到的数据用MATLAB软件进行拟合,发现埋深和影像面积、影像面积与体积之间是正相关的。分别输入3个自变量参数:影像面积S、埋置深度d以及影响系数K,一个因变量体积V,通过拟合得出三维图像、实际体积的计算公式。以此提高实际工程无损检测的准确性,提高工作效率。

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软土地区盾构隧道弯曲刚度有效率取值研究

高树东, 高文元, 卢权威, 张稳军

地下空间与工程学报. 2021, 17(1): 248-254.

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修正惯用法以其概念明确、理论成熟和计算便捷的特点在盾构隧道设计中被广泛应用。弯曲刚度有效率η是修正惯用法中的重要参数,其取值对于隧道结构的计算结果具有至关重要的影响。研究基于荷载结构法,利用有限元计算软件ABAQUS建立了匀质圆环模型和梁-弹簧模型,研究了盾构隧道在软土地区通错缝拼装、基床系数和接头相对刚度对弯曲刚度有效率η的影响。通过对数值模拟计算结果进行整理,得到了弯曲刚度有效率η的拟合公式和通错缝拼装弯曲刚度有效率η的转化公式,为确定修正惯用法中的弯曲刚度有效率η提供了计算方法和参考依据。

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滨海超深软土刚性桩复合地基工作性能研究

李栋, 唐昌意, 黄伟洪, 陈仕文, 李东洋

地下空间与工程学报. 2021, 17(1): 255-262.

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滨海地区深厚软土地基沉降控制是工程建设的关键。本文以珠海航空新城某近海市政道路工程为依托,对超深软土刚性桩复合地基工作性能进行了研究,研究结果表明:(1)采用等效桩墙简化的平面应变模型可以有效模拟刚性桩复合地基的受力及变形;(2)持力层沉降占地基总沉降比例超80%,当边桩桩间距较大时,最大沉降及最大桩-土差异沉降均发生在路堤边缘区域,最外侧桩体处于最不利状态;(3)施工过程中超静孔隙水压力集中于桩端持力层,桩端超静孔压持续消散,而加固区超静孔隙水压力呈先增加后减小规律,超静孔隙水压力与有效应力之间呈此消彼长的关系;(4)采取缩小边桩间距、加大桩体直径、加深桩端进入持力层深度和加大桩帽尺寸等优化设计措施能有效控制超深厚软土地层沉降,促进桩-土间的协调变形,减少道路病害。

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新建隧道斜交下穿既有盾构隧道的变形分析

刘士海, 贺美德, 刘继尧

地下空间与工程学报. 2021, 17(1): 263-272.

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随着轨道交通的迅猛发展,地铁隧道之间相互穿越不可避免,既有地铁结构随着新线施工的附加变形发展规律成为目前地下工程建设的热点问题。本文结合北京某浅埋暗挖法隧道斜交下穿既有盾构隧道工程的施工和监测,分析了斜交下穿施工各阶段既有盾构隧道的变形规律,提出既有盾构隧道沉降理论公式,并且基于提出的理论公式及沉降实测数据进行拟合分析,得到既有盾构隧道沉降曲线的地层损失率为0.013%～0.948%,基本处于天然地层数值范围内的较低水平。增大拱脚受力面积的施工辅助措施对控制地层损失率有一定作用,既有盾构隧道沉降槽宽度参数为1.13～16.96,远大于天然地层数值,根据拟合值及以往地层经验参数给出穿越各阶段既有盾构隧道的沉降公式的相关参数的建议值。通过监测数据分析发现,穿越施工既有盾构隧道变形以沉降为主,呈现“双凹槽状”纵向柔性变形特征,且主要发生在上台阶穿越施工期间,水平位移相对较小,盾构隧道椭圆度变化与竖向净距有一定关系。

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新建地铁车站下穿既有车站土建措施研究

何海健, 李松梅, 童利红, 杜玉峰, 王伟锋

地下空间与工程学报. 2021, 17(1): 273-281.

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轨道交通网络化发展导致线路之间的交叉穿越日益增多,地铁新建车站下穿既有车站土建技术尚无统一认识。在国内工程案例分析的基础上,系统归纳了现有穿越技术措施,并以国内目前穿越规模最大的北京地铁6号线苹果园站下穿1号线苹果园站工程为例,介绍了各类土建技术措施在该工程中的应用。研究表明:(1)可从既有车站沉降的影响来源、传播路径和保护对象3个方面归纳常规采用的各类技术措施,并可从上述3个方面进行既有站的沉降控制;(2)针对超大规模新建车站下穿既有车站工程,创新采用的丝杠横梁支顶辅以高压补浆工艺在PBA工法梁柱体系形成后对抑制既有车站后期沉降起到关键性的作用;(3)工法选择、超前加固、开挖跨度、施工顺序等措施应在分析各施工阶段沉降产生机理的基础上,对症下药,综合施策。本文成果可为类似穿越工程提供借鉴。

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城市地铁下穿高铁路基沉降预测及安全控制

张碧文, 钱王苹, 漆泰岳, 项子儒, 王轶

地下空间与工程学报. 2021, 17(1): 282-289.

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城市地铁下穿高铁路基是一个复杂且系统的工程,其下穿施工对高铁路基沉降的影响往往是该类工程的关键点,需要确保下穿地铁的安全施工与上行列车的正常运营。本文利用GM(1,1)算法的优点,用于发现高铁路基已有沉降数据之间的规律,进而预测高铁路基后续沉降。同时,提出了地铁下穿高铁路基施工的安全控制等级,用于指导地铁下穿高铁路基的施工过程。以广州地铁9号线下穿武广高铁为例,利用已有的路基沉降数据预测后续施工导致的路基沉降值,评价地铁下穿高铁路基的风险等级,判断施工风险等级是否满足要求,进而优化后续地铁施工参数。研究结果表明:高铁路基沉降预测数据的风险等级超过了现场要求的控制等级,提前优化了地铁下穿施工的掘进参数,进而实现了后续地铁下穿施工的风险控制。

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断层错动作用下隧道衬砌围岩破坏机理研究

张向阳, 任尚磊, 许林峰

地下空间与工程学报. 2021, 17(1): 290-299.

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依托西南地区某跨断层隧道工程背景,对断层错动下隧道围岩结构影响开展相似模拟试验和数值模拟研究。综合工况及试验条件,对一般三维模型装置和光纤监测布置等进行设计,试验装置可以更好地反映断层蠕滑错动作用下衬砌-围岩-断层带的动态关系及衬砌结构的损伤破坏特征。结果表明,隧道结构对围岩体有一定程度的“追随性”和“抑制性”,断层错动,整个模型结构内部应力重新分布,随着垂直错动量增加衬砌结构损伤破坏影响范围增大。错动影响下,衬砌结构各部分变化不一,左拱肩处破坏尤为严重,需注意拱肩处衬砌结构的塑性破坏。通过数值模拟试验对错动下跨断层隧道的影响进行进一步的研究,结果表明,围岩及衬砌结构的变形破坏趋势与相似试验相同。

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青岛第二海底隧道新型海中送排通风方案探析

车轮飞, 肖明清, 曾艳华, 陈玉远

地下空间与工程学报. 2021, 17(1): 300-310.

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根据青岛胶州湾海底隧道的顶部排烟道、服务隧道、黄岛岸边竖井、盾构底部救援通道的布置,提出了不设海中竖井的新型海中送排通风方案,在分析确定了海中送排风量的基础上,对不同行车工况下隧道内风流流动进行了计算,提出了新型海中送排运营通风设备配置及控制方案,并与海中设竖井通风送排方案进行了对比分析。结果表明:南北两线黄岛送排风、服务隧道海中送风、救援通道海中送风、南线分岔前海中送风、排烟通道海中排风、出口风塔排风风机独立设置后,新型海中送排通风方案通风效果良好,尽管比海中设竖井通风方案年能耗略大,系统布置略显复杂,但能有效利用服务隧道、南北线顶部排烟道、盾构底部救援通道,实现超长海底隧道海中少设通风竖井,避免了极大的施工风险,保护了海域环境,为超长海底隧道通风方案制定提供了新理念。

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水蚀影响下大跨钙积黄土隧道开挖稳定性分析

何伟奇

地下空间与工程学报. 2021, 17(1): 311-318.

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钙积黄土隧道施工过程力学响应复杂,以周山隧道为例,通过对场址周围地质特征分析,明确隧道灾害机制,并提出考虑水蚀软化影响的围岩压力计算方法,进一步通过数值模拟探究不同开挖方式对钙积黄土隧道稳定性影响规律。研究结果表明:(1)钙积黄土水蚀软化作用明显,隧道开挖需格外重视水对隧道稳定性的影响;(2)考虑钙积黄土浸水软化的围岩压力计算简化模型,计算参数选取简便,可用于隧道开挖稳定性的理论计算;(3)在钙积黄土发育地段,建议根据地质和水文条件对CRD与CD等工法进行比选,当地层含水率ω>25%时,宜采用CRD法施工。

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