地下空间与工程学报

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李少杰, 俞明健, 罗建晖, 鲁斌

地下空间与工程学报. 2021, 17(2): 319-324.

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电子商务的蓬勃发展带来了城市配送业务的大量需求,地下物流作为一种服务城市配送的地下公共专用通道,能够更加有效地整合配送需求,提升配送效率,可大幅降低城市配送对地面道路资源的占用,改善城市交通问题,提升城市环境品质。近年来,综合管廊在国家政策的扶持下,得到了快速发展,文章以国内某新区综合管廊系统布局为例,尝试将地下物流与管廊系统进行共建,并从水平共建和竖向共建两种模式下进行详细分析,结果证明,地下物流与综合管廊的两种共建模式均具备良好的可行性。最后,通过对两种设施共建影响因素的梳理,分析不同模式下的优势与劣势,初步得到了不同共建模式的适用条件和选取方法。研究成果可为城市地下物流系统的建设提供一种新的思路。

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基于AI的地铁站点区地下步行系统可达性研究

何艳, 袁红

地下空间与工程学报. 2021, 17(2): 325-333.

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城市地铁站点影响区地下步行系统可以带动站点辐射区域的发展,为其增加人群的聚集度,它的可达性对提高城市的发展具有重要意义。以四川成都春熙路地铁站站点为研究对象,通过Python工具获取各条交通线路的站点等地理位置信息,通过相关搜索引擎搜索与整理相关信息,以GIS为主、AutoCAD工具为辅建立该城市轨道交通站点影响区地下步行系统相关数据库和“时间—距离”模型;在基于3类主要出行方式的条件下,运用“层次分析法+GIS可视化”呈现该站点影响区地下步行网络的可达性作用机制,提出“地铁—公交—自主”出行的合理分配模式,并在此基础上为地下步行网络设计规律提供建议,为其他站点地下步行网络系统提供一定的参考。

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基于链路和项目特征的地铁车站进度管理研究

黄莺, 张丽丽, 王轲

地下空间与工程学报. 2021, 17(2): 334-342.

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为了解决潜在风险因素对地铁车站施工进度的制约,提高地铁车站项目关键链缓冲区设置的有效性,引入关键链技术,在其缓冲区设置时综合考虑链路和项目特征不确定性因素。首先,分析、量化链路不确定因素对地铁车站项目进度的影响,同时,采用WBS工作分解法和风险检查表法,识别地铁车站施工项目的进度不确定性因素;然后,结合链路和项目特征不确定因素,建立不确定性指标体系,采用改进的灰色关联分析法确定安全系数,计算缓冲区大小,并通过西安S地铁车站项目实例加以验证。最后将新方法结果与剪贴粘贴法、根方差法得到的结果进行对比分析。研究结果表明,此方法得到的关键链缓冲更为合理、稳定,可以有效缩短项目工期。

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沉井式地下停车库促进城市有机更新

陈珑云, 朱笑云

地下空间与工程学报. 2021, 17(2): 343-349.

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近年,机动车保有量随着人们生活水平提高而不断增加,城市停车位供需矛盾紧张,尤其老中心城的建筑密集区域更为突出。为了进一步缓解老中心城“停车难”问题,调节已建成区域停车设施供需矛盾,利用小微地块建设沉井式地下停车库增加泊位供给,以缓解城市局部停车难问题,促进城市有机更新,改善人居环境。以厦门海沧区沉井式地下停车库为例,较为详细地介绍了沉井式地下停车库的适用范围,建设场地灵活,占地小,结构安全合理,可预制缩短工期,绿色施工,性价比高、设备先进,智能化集成度高,使用方便等,以及其在城市更新中可发挥的积极作用,具有较好的推广前景,以期为类似工程研究参考提供借鉴。

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基于DSCM-FEMU的岩石力学参数反演研究

吴佳宁, 邢同振, 宋义敏

地下空间与工程学报. 2021, 17(2): 350-355.

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将数字散斑相关方法(DSCM)与有限元模型修正方法(FEMU)相结合,建立了岩石力学参数反演流程。首先,通过数字散斑相关方法,获取实验中岩石试件受载条件下的应变场;其次,利用有限元模拟方法,获取数值模型中的应力场;最后,构建最小二乘目标函数,并且通过不断更新有限元模型中给定的力学参数进行优化计算。当目标函数收敛时,得到与实验结果最匹配的力学参数。研究结果表明:(1)数字散斑相关方法与有限元模型修正法相结合,可以实现材料的力学参数反演;(2)得到以实验应变场、有限元应力场、材料弹性模量和泊松比组成的参数优化目标函数;(3)以三点弯曲实验为例,反演得到花岗岩的弹性模量和泊松比。

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循环荷载下花岗岩强度及变形特征试验研究

黄锋, 周洋, 彭焱森, 高啸也, 林志

地下空间与工程学报. 2021, 17(2): 356-364.

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为研究循环加卸载作用下岩石的强度及变形特征,以隧道工程区域内的花岗岩为对象,采用室内岩石力学试验方法,得到了以下结论。(1)单轴循环荷载作用下花岗岩的最终破裂面明显多于单调加载,而三轴条件下,两种加载方式的破坏模式较为接近;(2)循环荷载作用下花岗岩的峰值强度显著降低;单调加载下的花岗岩表现为脆性破坏,而循环加载下花岗岩具有显著的延性破坏特征;(3)随着循环次数的增加,花岗岩第一次轴向塑性应变增量较大而后趋于稳定,受循环次数的影响较小;其变形模量随循环次数的增加而增大,随着疲劳损伤的累积,增长速度放缓,在试件接近破坏时,变形模量有下降的趋势;循环加载下花岗岩的黏聚力和内摩擦角较单调加载显著降低。

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单向加锚双向增强岩质材料力学参数试验研究

何兴, 左双英, 张静, 蒲泉, 黄春

地下空间与工程学报. 2021, 17(2): 365-373.

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岩土锚固技术在边坡工程和地下洞室支护过程中有着广泛的应用,能将较不稳定的岩土体锁固在稳定的地层中,但因岩体结构的复杂性导致岩体存在着沿其结构面破坏的趋势,使锚杆不但承受沿其轴向的抗拉作用,还应发挥沿结构面方向的抗剪作用。为验证单向加筋对岩石力学参数的双向增强作用,基于相似理论,以西南地区常见的灰岩为参照对象,进行了不同加锚方式、不同加锚密度条件下加锚岩体双向增强作用效应的相似材料力学试验。试验结果表明:岩体加锚后,不仅对其轴向有加固作用,对径向也有一定加固作用。当加锚密度一定时,与水平加锚试样相比,垂直加锚试样的抗压强度及弹性模量提高效果更为显著,最高可达到20.60%和41.51%;在加锚方式相同的情况下,加锚密度越大,加锚岩体抗压强度和弹性模量越大,且抗压强度在加锚率0.22%附近增长最快。同时,单向加筋对其垂直面上的抗剪强度有显著提高,尤其体现在黏聚力上,最高可达199.04%,而内摩擦角值变化不大。根据试验数据,拟合了加锚复合材料轴向及径向力学参数与其加锚率之间的函数关系,得到加锚复合材料横观各向同性力学参数,可为后续的岩土体稳定性计算提供依据。

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江西白垩系泥质粉砂岩崩解试验研究

郑明新, 徐朋威, 杨汶明, 康蒙, 杜子真

地下空间与工程学报. 2021, 17(2): 374-381.

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对南昌地区泥质粉砂岩典型出露地段开展现场调研并取样测试其基本物理力学性质,同时进行了静态崩解试验和岩石的耐崩解试验,从能量耗散原理的角度分析了泥质粉砂岩静态崩解过程中吸收的能量向表面能转化的规律。试验结果表明:水和温度—岩的相互作用是加快泥质粉砂岩风化的主要外部营力;泥质粉砂岩的静态崩解由碎块状过渡到粒渣状、泥糊状,可按崩解物形态划分为剧烈崩解、细微崩解和崩解稳定三个阶段,崩解过程中其表面能累计增加量随崩解次数增加而增加,而单次表面能增量趋于减小;耐崩解试验中,泥质粉砂岩耐崩解性指数随循环次数的增大呈负指数关系递减。试验结果对于工程实践中如何抑制红层软岩崩解并保持其完整承载能力、或对其预崩解处理促进其快速崩解达到稳定的颗粒级配状态具有一定的参考价值。

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钻井液矿化度对康村组泥岩强度特征的影响研究

张旭, 刘向君, 袁芳, 熊健, 万有维

地下空间与工程学报. 2021, 17(2): 382-389.

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以西部某区块康村组地层泥岩为研究对象,进行了X射线衍射实验、环境扫描电镜实验、阳离子交换实验、不同矿化度的KCl溶液和钻井液浸泡后的泥岩单轴压缩实验。得到康村组泥岩矿物组成、微观结构特征、水化膨胀能力大小、不同矿化度的KCl溶液和钻井液浸泡后的泥岩强度参数;研究了钻井液矿化度对该地区泥岩强度的影响,分析了不同矿化度钻井液作用下泥岩的强度特征变化。研究结果表明:泥岩微孔洞及微裂缝发育,矿物成分主要为石英、长石以及黏土矿物;黏土矿物含量较高,有较强度的水化膨胀能力。KCl溶液或钻井液浸泡后,泥岩峰值强度降低,随着溶液或钻井液矿化度降低,泥岩峰值强度点对应径向、轴向应变变大,泥岩由脆性向延性转化。KCl溶液或钻井液的矿化度大小与其浸泡后的泥岩单轴抗压强度、弹性模量在一定范围内皆呈近线性正比关系,与其泊松比呈线性反比关系;随着溶液或钻井液的矿化度增加,泥岩抗压强度、弹性模量皆随之增大,泊松比随之减小。研究结果可应用于现场施工,通过改变钻井液矿化度提高泥岩强度,避免钻进过程中井壁失稳。

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三角形矿物尖锐程度对微波照射岩石效果的影响

陈方方, 祁培培, 张志强

地下空间与工程学报. 2021, 17(2): 390-397.

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微波照射岩石损伤的过程十分复杂,岩石内部矿物形状的尖锐程度差异会对微波照射岩石的损伤效果产生影响,本文以岩石中广泛存在的三角形矿物为研究对象,针对5种含不同尖锐程度三角形矿物的试样,采用COMSOL多物理场仿真分析软件,建立二维二元介质矿物模型,对微波照射后矿物试样的电磁场、温度场、应力场及塑性区发展过程进行分析研究。结果表明,试样的电磁场不随三角形矿物尖锐程度的改变而发生显著的变化,但其中心最高温度和温度梯度峰值随尖锐程度的降低而增大;随微波照射时间增加,越尖锐的三角形矿物试样第一主应力峰值越大,且第一主应力因形状尖锐程度不同而导致的差异逐渐增大;越尖锐的矿物试样塑性区发展面积越大,其形态特征差异随照射时间的增加愈加明显;微波照射尖锐程度较高的三角形矿物对岩石损伤的效果更好。

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基坑双排斜桩模型试验研究

叶金铋, 周先齐, 王晨飞, 张森华, 魏群

地下空间与工程学报. 2021, 17(2): 398-404.

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伴随着地下空间开发的开发,基坑开挖深度逐步加大,当开挖深度较大时,单排桩满足不了位移要求时,发展出双排直桩、斜直交替桩等新型支护形式,然而支护效果仍不够理想。为进一步优化基坑工程中的双排支护桩,增大其抗侧刚度,将桩设置为斜桩形成基坑双排斜桩。为了验证双排斜桩的支护效果,基于室内模型试验对双排斜桩在开挖与堆载作用下的桩顶位移和桩身弯矩进行监测,并与单排桩、双排直立桩、小排距前排倾斜双排桩和常规排距前排倾斜双排桩进行对比。研究结果表明:(1)双排直立桩、小排距前排倾斜双排桩、常规排距前排倾斜双排桩和双排斜桩的侧向刚度均优于单排桩;(2)当桩顶排距较小时,前后排形成的空间刚架作用不强,小排距前排倾斜双排桩承载力弱于双排直立桩,当桩顶排距与双排直立桩相同时,前排倾斜双排桩的桩顶位移增长速度比双排直立桩缓慢,承载力提高;(3)双排斜桩在开挖和堆载过程中,位移增长最为缓慢,桩身弯矩较小,相比单排桩、双排直立桩和前排倾斜双排桩有一定优势;(4)对5种工况的桩型布置进行排序,双排斜桩＞常规排距前排倾斜双排桩＞双排直立桩＞小排距前排倾斜双排桩＞单排桩。

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跨座式单轨群桩基础沉降特性研究

康承磊, 谢淼, 韦楷, 李林飞, 任兴伟

地下空间与工程学报. 2021, 17(2): 405-412.

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跨座式单轨交通具有造价低、爬坡能力强、车辆运行噪音低、占地少等诸多优点,也正在得到更多国家、地区的推广应用。目前跨座式单轨交通正线线路普遍采用高架桥—梁的形式,虽然这样的形式有利于控制沉降和稳定结构,但是当跨座式单轨交通形式在软土地区修建时,其结构形式带来的建设成本就会变得十分巨大。本文依据拟建柳州轨道交通中高架段梁—桥设计结合现有重庆轨道交通高架段结构形式,通过Adina数值模拟软件建立模型使其上部结构坐落于群桩基础上,分析其在列车运行产生动荷载作用下地基的沉降特性。在考虑了群桩基础桩长、桩基土强度、上部列车单双线等因素下,发现在运行动荷载作用下桩周土体的竖向位移随着深度的增加逐渐减小,并且随着桩长的变化,其引发的沉降相对也越小,基础也相对越稳定。在研究地基土体弹性模量变化的影响时,发现土体力学性质改良会使得群桩基础表现越来越好,在双线运行时群桩基础需要重新设计考虑荷载分布形式。

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有压隧洞围岩最小覆盖层厚度弹塑性力学分析

程长清, 杨自友, 殷海波, 吴登超

地下空间与工程学报. 2021, 17(2): 413-420.

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水工隧洞的最小覆盖层厚度受到多方面因素的影响,如何确定最小覆盖层厚度是水工隧洞设计中必须重视的关键点之一。针对传统的最小覆盖层厚度算法的不足,本文提出了基于采用弹塑性力学方法的优化算法。该优化算法综合考虑了黏聚力、内摩擦角、地质强度指标、施工扰动等因素的影响,得到的最小覆盖层厚度更加符合实际情况。根据水工隧洞运行期的受力情况,运用Mohr-Coulomb与Hoek-Brown破坏准则,对无限大均质体中圆形水工隧洞在有无衬砌两种情况下的最小覆盖层厚度进行了弹塑性力学分析。并且与采用Tresca准则的分析结果进行了比较。结果表明:有衬砌时最小覆盖层厚度计算值小于无衬砌计算值。无衬砌时,由Mohr-Coulomb准则与Tresca准则计算所得最小覆盖层厚度随黏聚力的增大而逐渐减小;由Mohr-Coulomb准则计算结果随内摩擦角增大而逐渐减小。当m_i为一定值时,由Hoek-Brown准则计算结果随GSI值增大而减小。有衬砌时,当弹塑性界面在衬砌内时,最小覆盖层厚度随着衬砌黏聚力增大而增大,随着衬砌内摩擦角增大而减小。当弹塑性界面位于岩体内时,最小覆盖层厚度随着岩体和衬砌黏聚力增大而减小,随着围岩内摩擦角增大而增大,衬砌内摩擦角的增大而减小。

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复杂工程地质条件下深埋长隧洞应力场特征研究

张新辉, 尹健民, 艾凯, 刘元坤

地下空间与工程学报. 2021, 17(2): 421-429.

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穿越复杂工程地质条件的深埋长隧洞,应力场特征是目前工程建设关注的重点问题之一。针对巴基斯坦西北部某长隧洞引水式电站工程,基于水压致裂法对工程区3个钻孔进行地应力测试工作,根据测试结果主要分析了地形和断层对应力场分布特征的影响。依据工程地质条件建立三维有限元模型,结合实测地应力对工程区应力场特征进行回归分析,进而揭示了整个工程区地层浅部至深部应力量值的变化规律,并着重对尾水隧洞逆断层区的最大水平主应力方向进行研究,从机理方面探讨了断层区浅埋与深埋地层水平主应力方向的转化规律。研究结果对穿越断层区深埋长隧洞的设计和施工具有重要的工程指导意义。

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基于双参数弹性地基的隧道钢拱架内力分析

李君杰, 陈秋南, 汪祥国, 张旭东, 邹根

地下空间与工程学报. 2021, 17(2): 430-438.

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根据隧道钢拱架的受力特性,可以等效为弹性地基上的曲梁,针对隧道支护结构的受力,在传统的曲梁力学模型中考虑轴向应变以及地基环向抗力因素并将围岩看做双参数弹性地基,推导出相应的平衡控制方程并得到对应模型下的径向位移和内力公式。通过应用到实际工程,使用隧道监控量测数据对隧道支护结构的内力进行计算,得到考虑轴向应变以及地基环向抗力因素的钢拱架的内力分布图,并与现场监控量测结果进行对比,证明此方法是分析隧道支护结构内力一种改进方法,可为隧道钢拱架受力分析提供可靠的理论依据。

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封顶块位置对地铁隧道管环力学性能影响研究

刘盼盼, 卢权威, 高文元, 张稳军

地下空间与工程学报. 2021, 17(2): 439-444.

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在盾构隧道施工和运营期,封顶块位置对盾构隧道的整体结构受力及变形有显著影响,因此对其位置的合理选择进行研究非常必要。采用ABAQUS有限元软件建立壳—弹簧模型,对封顶块不同软土不同埋深及在不同位置下盾构隧道通用管片结构力学行为进行研究分析。结果显示:同种软土中,通用管片整体结构弯矩随着埋深增加,弯矩增大;同种埋深下,随着软土由坚硬到软弱,弯矩逐渐增大。通用环封顶块在拱顶和拱底时,结构弯矩最大,对结构安全最不利;其次为两侧拱肩位置;封顶块在两侧拱腰以上,拱肩以下时结构弯矩值最小,对结构安全最有利,其次为两侧拱腰偏下位置。研究结果可以对施工阶段封顶块点位选择提供指导,同时还能为设计阶段的管片优化设计提供理论参考。

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砂卵石地层盾构带压开舱泥膜闭气能力研究

孙金鑫, 钟小春, 孙鹤明, 张书香, 葸振东

地下空间与工程学报. 2021, 17(2): 445-452.

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本研究在考虑非饱和土内的水、气渗透系数随饱和度变化的基础上通过Geostudio Air/w数值模拟,分析了开舱气压、泥膜厚度和泥膜干裂等因素对泥膜的闭气能力的影响。结果表明:1)当开舱气压小于泥膜进气值与地下水压之和时,泥膜具有良好的闭气能力;当开舱气压大于泥膜进气值与地下水压之和时,压缩空气将进入泥膜,排出孔隙内水分,泥膜内部逐步形成贯穿孔隙,闭气能力下降,开始漏气。2)增加泥膜厚度能大幅度降低开挖面空气逃逸流量,显著提高泥膜的闭气能力。3)泥膜干裂后,开舱气压产生小波动时(小于5 kPa),空气逃逸量可能突增几个数量级,泥膜丧失闭气能力。基于以上认识,成都轨道交通17号线一期TJ07标的带压开舱工程中设置的开舱压力为300 kPa,成功地在砂卵石地层完成了带压换刀作业。

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冻融循环下隧道非冻土段底部融沉变形规律

黄加明, 夏才初, 白雪莹

地下空间与工程学报. 2021, 17(2): 453-460.

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为研究寒区隧道非冻土段在冻融循环条件下的底部融沉规律以及洞内不同的气温对隧道底部融沉变形的影响。利用温度场解析解确定非冻土段范围,采用有限元进行建模计算。计算结果显示:在冷空气作用下,原来处于非冻结状态的围岩开始发生冻结,并产生向上的冻胀位移,表层围岩的冻融位移最大,初期最大冻胀位移可达8 mm,随着洞内气温的周期性变化,底部围岩出现周期性的冻融,最大融沉位移逐年增加,第8年开始冻融变形达到稳定,最大融沉位移可达20.0 mm,冻胀位移则稳定在5 mm左右。总体来说,随着围岩温度周期性变化趋于稳定,其冻融位移的周期性变化也趋于稳定。在不同气温影响下,随着隧道进深的增加,隧道底部的最大冻胀位移和融沉位移均减小。

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高含水率吹填淤泥固化土强度特性及预测模型

王文军, 袁飞飞, 蒋建良, 蔡国成

地下空间与工程学报. 2021, 17(2): 461-467.

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高淤泥初始含水率以及低固化剂掺量是吹填造陆工程和疏浚淤泥资源化利用工程的常见特点,形成的固化土含水率和强度与其关系密切。本文通过室内试验,探讨了吹填淤泥固化土含水率和强度与养护龄期、固化剂掺量、淤泥初始含水率之间的关系,并尝试选择合适的参数,建立固化土无侧限抗压强度预测模型。研究表明,各龄期的固化土含水率随固化剂掺量增加而呈现规律性减小,基本呈线性关系,尽管淤泥初始含水率不同,但固化土的含水率下降差异较小;当淤泥初始含水率较低时,固化土强度与固化剂掺量的线性拟合关系较为明显,但当初始含水率较高时,线性关系则不明显;固化土强度并非随着w₀/w_L呈线性下降,初始含水率大于一定的值后,各龄期的固化土强度下降幅度均减小;用水灰比w/A_w表征各龄期的淤泥固化土无侧限抗压强度具有较高的相关系数,而考虑龄期和固化剂掺量共同影响的综合参数EAT也能够用于建立高含水率淤泥固化土的强度预测模型,可为高含水率淤泥固化处理提供应用指导。

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结构参数与填料特性对盖板涵洞土涵作用影响

陶庆东, 何兆益, 贾颖

地下空间与工程学报. 2021, 17(2): 468-478.

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为精确地计算涵洞顶部竖向土压力集中系数,进行了土石混合体填料—涵洞室内模型试验。利用试验结果标定了FLAC数值模型,运用该数值模型研究了结构参数与填料性质对涵洞力学特性的影响。结果表明:在侧墙顶部以下0.35D(D为侧墙高度)处出现最大水平负弯矩,在0.67D处出现水平弯矩反弯点;含石量对侧墙上水平土压力影响显著,含石量为50%和70%时,侧墙上产生的侧向水平土压力更大;随着涵洞顶板厚度的增加,涵顶边缘竖向土压力随之增加,涵顶中心竖向土压力随之减小;随着泊松比的增加,侧墙上正负弯矩的反弯点位置逐渐下移,反弯点的位置变化区间为[0.49D, 0.71D];数值模拟结果得到的涵顶边缘竖向土压力集中系数大于相关规范与研究成果的上限值,涵洞结构边缘所受竖向土压力大于理论计算得到的竖向土压力。

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深埋隧道锚岩体力学参数综合取值研究

程强, 郭喜峰

地下空间与工程学报. 2021, 17(2): 479-487.

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深埋岩石工程勘察设计阶段中岩体原位试验工作困难,针对深埋复杂岩体力学参数选取问题,提出在岩体地质分析基础上,综合原位试验和Hoek-Brown准则的岩体力学参数取值方法。该方法首先依据勘探成果分析岩体地质特征,对工程区岩体进行分类,应用Hoek-Brown准则确定各类岩体力学参数并采用经验参数核对校正,确定设计阶段岩体力学参数。最终根据施工开挖揭示地质信息和原位试验,校正设计阶段岩体力学参数。该方法应用于川藏高速公路泸定大渡河特大桥隧道锚区域蚀变二长花岗岩岩体力学参数确定,实例分析表明:岩体原位试验成果离散性大,试验成果难以代表大范围复杂岩体力学参数;Hoek-Brown准则估算岩体内摩擦角与原位试验基本一致,黏聚力则偏高较多,需要采用经验参数校正;复杂岩体力学参数的选取,需在地质分析基础上综合采用各种方法相互验证。

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地铁车站结构下穿地表建筑地震响应分析

韩学川, 陶连金, 安韶, 张宇

地下空间与工程学报. 2021, 17(2): 488-495.

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基于ABAQUS软件建立了地表结构—土—下穿地铁车站结构大型三维有限元数值模型,数值分析了下穿地铁车站结构在不同类型地震波作用下的地震响应规律,并将下穿一体化地铁车站结构与下穿密贴地铁车站结构计算结果进行对比分析,探讨了下穿地铁车站结构的地震响应特性。结果表明:下穿密贴地铁车站结构的整体性相对较差,车站结构与上部结构出现了滑移现象,车站顶层层间相对水平位移较小,其余层的层间相对水平位移较大;下穿一体化地铁车站结构受力相对较大,各构件连接处及各层中柱依然是抗震设防的重要部位,建议下穿地铁车站中柱采用高强高延性的钢管混凝土柱或型钢混凝土组合柱;中远场地震波能够对中软土场地中下穿地铁车站结构的位移、加速度和内力等动力特性产生显著的影响。

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超长桩基础极限荷载判定的比能对比法

解志, 董天文, 谢鹏, 宋雪松

地下空间与工程学报. 2021, 17(2): 496-502.

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超长桩基础广泛应用于高层建筑、超高层建筑、大型枢纽工程,其极限荷载的判定直接影响到工程建设的安全性和经济性。桩土系统比能由体积变化比能和形状改变比能构成,明确了系统比能的改变将导致桩土系统稳定状态的变化,提出超长桩基础极限荷载判定的比能对比法,即当系统比能超过桩周岩土材料抗剪强度时(u/τ_e＞1),桩周土材料塑性区连通而破坏;当u/τ_e=1时,桩基础处于破坏临界条件,桩顶荷载为极限荷载。采用比能对比法、P—s曲线拐点法、LogP—s曲线法、Δs/ΔP—E曲线法,判定预制预应力方形桩、大直径灌注桩的两种桩型、7根超长桩基础的极限荷载,四种方法判定的极限荷载一致,说明比能对比法可以适用于超长桩基础的极限荷载判定。

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软土地区基坑深层承压水处理方案对比研究

王世君, 姚燕明, 汪健

地下空间与工程学报. 2021, 17(2): 503-510.

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通过对宁波仇毕站、儿童公园站、南高教园区站3个地铁工程的实例分析,论证了抽灌一体化、地墙隔断、大直径高压旋喷桩(本文简称N-jet)隔断3个方案在基坑工程中处理深层承压水的可行性。通过现场试验,证明了近似条件下,3个方案对周边环境影响从大到小排序为:降灌一体化、N-jet隔断、地墙隔断。根据3个承压水处理方案的优劣对比分析,得出了各自方案的适用性及适用原则。此外,通过两个隔断方案的对比,表明在近似的工况下,N-jet隔断方案较地墙隔断方案存在一定的经济优势,其每延米隔断段增加造价仅为地墙隔断方案的66.7%,但高压旋喷桩成桩质量受隔水深度影响,需根据实际工况谨慎选择。

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大断面软岩隧道开挖空间效应影响分析

杨成忠, 吴宇健, 王威, 唐玉强

地下空间与工程学报. 2021, 17(2): 511-519.

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以长城岭软岩隧道为背景,通过现场监测和数值模拟,分析了隧道施工过程中围岩变形的三维空间演化规律,得出不同施工工法、断面尺寸和围岩等级对隧道开挖面空间效应的影响;结合正交实验和极差分析得到三类因素对开挖面空间效应影响的优先次序。结果表明:开挖面从逼近监测断面到通过监测断面再到远离,围岩主要经历了预变形、急剧变形和变形稳定3个阶段;软弱围岩的三维扰动深度沿开挖、竖直和水平方向分别在1.5、3和1倍洞径内;开挖工法对围岩变形的影响程度大小关系为全断面开挖法>台阶法>CD法;围岩等级越低,隧道断面尺寸越大,围岩变形量和范围越大;通过正交实验结合极差分析的方法得出对围岩变形的影响优先次序中围岩等级＞断面尺寸＞施工方法。

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软土深基坑单井回灌参数优化与现场测试分析

李又云, 王欢, 苏世强, 李昊阳

地下空间与工程学报. 2021, 17(2): 520-528.

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为解决因深基坑降水和基坑渗漏引起的地表沉降问题,通常在坑外进行地下水回灌,而回灌参数会影响地表沉降控制效果。为了选取合适的回灌参数,采用ABAQUS有限元程序进行滤管长度、回灌井井径、井深、回灌压力对地表沉降影响的敏感性分析,得到如下结论:回灌压力和回灌井井深为控制地表沉降的关键因素,对控制基坑周边的沉降变形相对敏感,在设计回灌井时应首先考虑;而滤管长度和回灌井井径对控制地表沉降变形不敏感。回灌压力越大,控制地表沉降的效果越好,但不能无限制增加回灌压力,应根据回灌井周围密封强度计算回灌压力上限值。回灌井越深,基坑周边地表沉降越小,但应结合地质条件选取合理的井深。将选取的回灌参数用于现场回灌试验,回灌后坑外地下水位明显抬升,有效地控制了基坑周边地表沉降。

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基于支撑轴力相干性的深基坑变形主动控制

孙九春, 白廷辉, 廖少明

地下空间与工程学报. 2021, 17(2): 529-540.

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轴力伺服系统因能有效控制支撑轴力而得到广泛应用,但如何通过轴力来实现对围护侧向变形的精细化控制还有待研究。为此基于结构力学体系中的影响性原理,结合实际工程案例,从支撑轴力对围护侧向变形、土体流变的影响、支撑轴力的竖向相干性等方面探讨了其在软土地铁深基坑围护侧向变形主动控制中的应用。为更好地控制基坑开挖过程中的围护侧向变形,应用轴力伺服系统时,应遵循就近原则、尽早原则及分区控制原则,并根据不同轴力损失原因判断开启轴力自动补偿功能的时机,根据流变增量来不断调整轴力,使得轴力作用下坑内土体流变趋于收敛。结果表明,运用结构影响性原理,通过轴力伺服系统对支撑轴力主动调整,可实现对围护结构侧向变形的精细化主动控制,使围护的实际状态趋于目标状态,值得推广应用。

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非饱和土土压力在盂县基坑工程中的应用

杨建民, 张正, 窦国松, 朱志根, 刘阳

地下空间与工程学报. 2021, 17(2): 541-555.

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按照经典土压力理论进行基坑支护设计,非饱和土地区基坑支护结构实测位移通常远小于设计值,其中一个重要原因是未按非饱和土特性计算土压力。针对山西盂县某基坑工程实例,根据勘察报告与Van Genuchten模型确定非饱和黄土土—水特征关系曲线。严格证明了总黏聚力法和卢宁吸应力法两种方法在计算非饱和土土压力时完全等效。应用非饱和土理论,考虑基质吸力的影响,计算支护结构土压力,按照规范方法计算支护结构变形。选取坑边超载较小的两工段,按照非饱和土土压力理论设计并施工灌注桩和SMW工法桩进行试验,结果表明,采用非饱和土理论设计所得支护结构主动土压力有所减小而被动土压力有所增大,支护结构内力与变形远小于规范方法计算值,且更接近于实测值。本工程非饱和土饱和度变化范围内,按非饱和土理论计算所得支护结构受力和变形都在规范方法计算值80%以内。

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隧道工程BIM技术标准化及信息集成化管理研究

宋战平, 史贵林, 王军保, 唐坤尧, 周冠南

地下空间与工程学报. 2021, 17(2): 556-566.

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信息集成化管理是隧道工程领域的重要发展方向,BIM技术为信息集成化管理的实现提供了一条重要途径。标准化是BIM技术实施的第一步,拥有一套统一的隧道工程BIM标准,后期平台开发以及基于该平台的信息共享与交换才能正常有序的进行。鉴于当前隧道工程领域缺乏统一的BIM技术标准以及相关理论研究匮乏等问题,在既有标准化研究工作的基础上,建立了隧道工程领域BIM技术标准研究的理论框架,并首次创建了一套属于隧道工程领域的新的成熟度模型。以此为基础,对隧道工程领域信息进行分类,并对隧道工程领域的BIM技术标准化进行了一系列初步的研究与探讨。此外,首次提出了“标准度”的概念,建立了标准度模型,初步讨论了标准度与标准统一度、工程参与者认可度、软件适用度以及平台建设完善度等4个影响因素的关系;基于提出的成熟度以及标准度模型,进一步提出了隧道工程领域BIM技术标准化评价体系,为后续相关研究提供借鉴和参考,并推动隧道工程领域BIM技术标准化及信息集成化管理进程向前发展。

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隧道工程智能监测及信息管理系统的研究现状与展望

张俊儒, 燕波, 龚彦峰, 徐剑, 刘丁丁

地下空间与工程学报. 2021, 17(2): 567-579.

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隧道信息化施工是保障隧道安全施工的重要思想,其中监测信息采集和监测信息管理是信息化施工的主要内容,也是隧道监测信息管理系统的核心。随着测量技术的发展,隧道施工智能监测技术已成为目前隧道信息化施工发展的大趋势。基于以上背景,在系统整理国内外相关文献的基础上,从隧道监测技术和监测信息管理系统两方面总结了目前的研究现状,指出隧道监测技术及信息管理系统存在的监测技术单一、监测系统集成化、自动化程度低、系统缺乏整体性等问题。针对这些问题,提出研发一种“隧道健康监测与智能信息管理评估系统(简称THMIIMES)”的构想,并结合最新的研究情况,展望未来隧道智能监测技术及信息管理系统发展的新趋势。希望本文所提观点起到抛砖引玉的作用,为今后本领域的科学研究提供一定借鉴。

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地铁钻爆法施工对邻近建筑物的振动响应预测

冯小冬

地下空间与工程学报. 2021, 17(2): 580-589.

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钻爆法施工对邻近建筑物的振动响应预测是制定施工安全措施及预警的重要依据。以青岛地铁4号线某车站32炮次43个监测数据为例,利用实测数据分析了爆破振动速度传播规律,分别选用经验公式与灰色模型预测钻爆法施工对邻近建筑物的振动峰值速度,并分析对比所建模型的精度以及对爆破振动传播规律适应性。结果表明:本次工程中,爆破振动速度传播具有明显的距离效应与空洞效应,高程效应不显著;对于预测模型的分析对比认为两者对于爆破振动传播规律的反馈不同,灰色模型更能体现空洞效应,对近距离、短时间爆破监测点的数据预测具有较高的精度;而经验公式更能反馈距离效应,对长时间、长距离的爆破振动预测更具有优势。

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爆破施工对既有裂缝、空洞隧道的动力影响

郭新新, 汪波, 王振宇, 喻炜, 马振旺

地下空间与工程学报. 2021, 17(2): 590-600.

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爆破荷载作用下,隧道衬砌裂缝及背后空洞易对衬砌结构的动力响应产生影响。为此,以既有新岭隧道旁拟建新隧道为具体工程依托,通过调研分析裂缝与空洞的基本情况,建立与之相符的数值模型,分析横断面上不同部位的裂缝、空洞及其组合对衬砌结构动力响应(振速、应力)的影响。研究表明,裂缝对振速的影响小,对S₁应力(拉应力)的影响大;不同部位裂缝组合时,测点的振速放大率及S₁应力放大率近似于单一裂缝的相加值。空洞对振速的影响要大于裂缝,对S₁应力有明显影响;不同部位空洞组合时,测点的振速放大率近似于单一空洞工况的相加值,但S₁应力放大率明显大于单一空洞的相加值。同一位置出现裂缝与空洞,对振速、S₁应力均有显著影响,测点的振速放大率及S₁应力放大率均显著大于“单一空洞+单一裂缝”的相加值。建议当以振速为控制指标制定隧道裂缝、空洞的安全控制基准时,应适当降低控制(振速)值。

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南阳坡矿沿空巷道底鼓成因分析及支护技术

梁冰, 孙欢, 李刚, 武鹏飞

地下空间与工程学报. 2021, 17(2): 601-607.

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针对南阳坡矿沿空巷道底板变形控制困难的问题,分析了其工程地质条件,并通过建立沿空巷道底板力学模型推导出巷道底板应力、应变公式,计算并总结了巷道底鼓成因。在研究底角锚杆支护原理的同时,采用数值模拟的方法,对比分析了无底板支护和加强底板支护条件下围岩位移和塑性区的分布情况,验证了通过提高底板围岩强度抑制底板变形的可行性。以南阳坡矿5800沿空巷道为研究背景,设计出该沿空巷道的底板支护方案为:底板锚杆、底角锚杆以及注浆加固,并通过现场观测,进一步证明了该支护方案的现场实际应用效果。应用结果表明,该支护方案能够有效提高底板围岩强度,改善底板变形,控制底鼓。

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高海拔隧道曲率对射流风机安装参数影响研究

高峰, 张捷, 刘武昊, 胡伟锋, 齐怀远

地下空间与工程学报. 2021, 17(2): 608-617.

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射流风机的安装位置将对射流风机的效率产生直接的影响,而螺旋隧道的安装参数将有别于直线隧道。本文为探究在高海拔螺旋隧道中隧道螺旋曲率对射流风机的安装参数影响并得到较为完整的横断面安装参数,采用Fluent软件与正交试验相结合的方法,对隧道螺旋半径在R=800 m、700 m、600 m、500 m 4种情况下进行了风机横间距、向螺旋内侧的偏移量、射流角度、风机距建筑限界距离4个因素四水平的研究,研究结果表明:螺旋隧道的射流流场与直线隧道差异较大,射流区域可大致分为风速对称区1、风速不对称区、风速对称区2;射流角度与竖向高度对升压折减系数的影响最为显著,风机组距建筑限界越近、射流风与轴线夹角越大,升压折减系数越高,但该夹角不宜大于4°;螺旋曲率变化对风机最优内侧横向偏移量有影响,随着隧道螺旋曲率的减小,风机组向螺旋内侧的最优偏移量增大,当隧道螺旋曲率R≤700 m时,射流风机组宜向隧道螺旋内侧偏移0.25 m~0.5 m可优化隧道内流场与风机升压效果,研究结果与卧龙沟1号隧道现场实测数据较好地吻合,对螺旋隧道的建设具有一定的参考价值。

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CO₂在老油田地质封存中的赋存状态

田巍

地下空间与工程学报. 2021, 17(2): 618-625.

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为研究CO₂在老油田地质封存中的赋存状态,采用室内实验的方法,研究了CO₂与地层流体、岩石的相互作用,并结合驱替实验结果明确了地质封存中CO₂的赋存状态。研究表明:油水共存情况下,CO₂主要溶解于原油中,在原油中的相对溶解量是水中相对溶解量的9.61倍;CO₂溶解所形成弱酸的量和浓度对固化作用起决定作用,在含气饱和度60%以下时,固化度随含气饱和度的增加而增加,在含气饱和度高于60%后,固化度急剧降低;驱替实验注CO₂量较小时,孔隙中CO₂主要为自由气、束缚气和油中溶解气,注CO₂倍数较大时,孔隙中自由气最多,束缚气次之;封存的长期性与驱替试验的短期效应有所不同,地质封存CO₂量较小时,CO₂在地层中主要为溶解气,形成以流体溶解为主的封存模式;地质封存CO₂量较大时,CO₂赋存状态中自由气最多,占69%,溶解气次之,占20%,束缚气最少,形成以自由气为主、溶解气为辅的地质封存模式。研究成果为深入研究CO₂的地质封存提供技术支撑,同时也为老油田CO₂驱开发提供重要参考。

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综合管廊通风除湿有效时长研究

施有志, 洪娇莉, 林树枝, 徐建宁

地下空间与工程学报. 2021, 17(2): 626-636.

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为了解综合管廊通风除湿有效时长的变化规律,利用数值模拟以通风换气效率、通风除湿效率作为技术性评价指标进行比选,以最优通风形式评价6个不同影响因子作用下的综合舱通风除湿效果,判断其与通风除湿有效时长之间的相关性,基于多元回归分析搭建通风除湿有效时长预测模型。结果表明:“一端进风一端排风”通风形式的除湿表现最优;通风分区长度和通风换气次数达到一定值后除湿效果趋缓;进风温度与廊内温度初始值的差值越小除湿效果越好;对于相关性系数:进风相对湿度＞断面宽高比＞通风分区长度＞通风换气次数＞廊内相对湿度初始值＞进风温度;模型预测的通风有效时长拟合值与数值模拟结果之间的误差为0.43%,回归模型拟合效果较好。

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