地下空间与工程学报

2021年, 第17卷第4期　
刊出日期：2021-08-20

地下空间开发利用
理论与试验研究
设计、施工、监测
防灾与环境

全选

|

地下空间开发利用

Select

城市网络化地下空间品质提升及评价指标体系

雷升祥, 李文胜, 周彪,谢雄耀, 桂颖彬

地下空间与工程学报. 2021, 17(4): 987-997.

摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化收藏

随着我国社会经济快速发展,城市网络化地下空间对于缓解城市人口、资源及环境间的矛盾具有重要意义。然而受制于周边建(构)筑物、复杂地质水文条件影响,地下空间在空间网络构建、艺术处理手法赋予方面具有先天不足,特别是由于地下空间与地面空间的天然隔绝,易产生压抑和封闭的感觉,导致使用者情感上浮现“陌生”和“趋离”的倾向。因此,地下空间建设需具有人性化特点和场所精神的设计理念,赋予地下空间使用者于“归属感”和“认同感”,通过对地下空间的综合性开发和科学合理规划,来提升地下空间建设及使用品质。本文以构建高品质地下空间为目标,基于“以人为本”理念,从人为感知出发,围绕人对“安全、高效、舒适、绿色”等四方面的需求与体验,提出以人为本的地下空间品质评价指标体系,提炼网络地下空间品质优化规划设计要素,为实现地下空间规划品质由质化评价向量化评价过渡及后续的地下空间开发的品质优化和提升提供技术支撑。
Select

基于地铁物流的结合式客货共线运输模式探讨

王强, 何艺鸣

地下空间与工程学报. 2021, 17(4): 998-1007.

摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化收藏

为解决近年来城市物流带来的交通拥堵和环境污染等问题,以地下物流为基础,对地铁与地下物流系统的结合方式进行了分析和比较,针对结合式客货共线地铁物流运输模式进行了探讨,以武汉市为例对货运相关的地铁系统结构进行了方案设计,并通过Flexsim仿真软件建立物流模型对系统的货运能力建设成本和节能效益进行了预测。结果显示:结合式客货共线地铁物流运输模式作为现有地铁物流向地下物流的过渡模式相较于其他模式而言在前期投资和工程建设上具有一定的优势,试用于武汉市可承担30%~40%的城市公路非危险品物流货运量,但地铁物流在服务范围、货物种类等方面仍然存在局限性,无法代替地下物流系统;根据仿真数据结果初步预测每年可节省碳排放量36.5亿m³。
Select

基于空间句法的地下空间视线分析及优化策略

周曦, 张芳

地下空间与工程学报. 2021, 17(4): 1008-1014.

摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化收藏

随着地下公共空间日趋庞大与复杂,其内部空间破碎,视线阻隔严重,对人的行为心理产生了负面影响。研究引入了空间句法理论,基于空间之间的逻辑关系,以数理的方法进行视线环境分析。首先介绍了空间句法视线分析中多种算法的计算原理、数值意义及应用场景;继而运用UCL Depthmap软件对3个代表性案例进行演算,绘出多种算法下的数值图谱。通过读图分析结合经验判断,归纳说明了地下空间的平面形状、空间形态、防火分区等因素对视线深度、可达性、路径选择等方面的影响。进而在地下空间的功能设计、交通组织、防火分隔、标识与安防方面提出4点优化策略。研究过程证明了空间句法的计算分析方法对提高大型地下空间设计的科学性有显著的帮助。
Select

地下宜居空间关键生理及心理环境要素研究

姚霞, 邓伟, 薛芮

地下空间与工程学报. 2021, 17(4): 1015-1020.

摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化收藏

地下空间开发作为解决城市用地紧张的可行性方案日益受到大众的关注,可预见未来进入地下工作及生活的人群占比将增加。除面临高湿度、低空气质量、幽闭等地下特殊生理环境挑战外,地下作业人员情绪问题、睡眠节律紊乱、低控制感、恐惧等身心失能状态也是影响工作绩效、幸福感及作业安全的重要因素。本文深入探讨了地下环境特征对人类身心状态的具体影响,并对未来构建地下人类宜居、生产及科研一体化空间提出可行性建议:构建地下宜居空间不仅要优化物理空间环境,同时需重视地下作业人群的身心健康主动管理,即基于人-环-任务评估的基础上对地下作业人群失能状态进行早期发现、干预,从而提升人群生存质量及人力资源效能。

理论与试验研究

Select

孔洞-多裂隙组合型缺陷岩体破裂及分形演化

刘享华, 张科, 张凯, 李昆

地下空间与工程学报. 2021, 17(4): 1021-1027.

摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化收藏

为研究洞室裂隙围岩破坏机制,构建含孔洞-多裂隙组合型缺陷岩体模型,在单轴压缩试验的基础上,结合RFPA软件对岩体模型的裂纹扩展进行数值模拟;采用盒维数法计算裂纹扩展数字图像的分形维数,研究加载过程中岩体模型的分形演化特征。结果表明:组合型缺陷加重了岩体模型的应力集中现象,劣化了力学参数,表现为最大压应力和最大拉应力的增幅分别达到20.57% ~ 58.19%、14.29% ~ 136.19%;单轴抗压强度和弹性模量的降幅分别达到55.76% ~ 66.09%、42.57% ~ 59.29%。含孔洞-多裂隙组合型缺陷岩体物理模型和数值模型的裂纹扩展模式大致相同,可划分为弹性阶段(S-Ⅰ)、裂纹萌生、扩展阶段(S-Ⅱ)以及残余强度阶段(S-Ⅲ)3个阶段。分形维数的演化特征与裂纹扩展密切相关,并提出了基于分形维数的裂纹起裂以及整体失稳的判据。
Select

注浆裂隙砂质泥岩力学特性和破坏模式研究

唐建新, 刘庆, 代张音, 王艳磊

地下空间与工程学报. 2021, 17(4): 1028-1037.

摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化收藏

为研究含注浆裂隙砂质泥岩试件的力学特性和破坏模式,对类岩石材料制作的裂隙试件进行试验。结果表明:①注浆试件应力-应变曲线峰后“台阶式”下跌现象不及开放型裂隙试件明显,且已不存在水平延伸式缓慢下跌的现象。②注浆的峰值强度、弹性模量峰值应变最高增长率分别达到36.76%、11.41%、12.71%。③裂隙倾角,裂隙数量越少,注浆效果越好。④单、双裂隙试件,裂隙倾角对试件破坏模式的影响明显;0°倾角,裂隙数量可改变试件破裂模式,随着裂隙数量的增加试件逐渐由主剪切破裂向主拉伸破裂转变。⑤裂隙倾角越接近0°或者90°,裂隙长度越小裂隙面摩擦系数黏聚力越大,裂隙试件最终破坏模式越接近完整岩石试件。
Select

各向异性片麻岩点荷载与单轴压缩力学特性研究

姚家李, 姚华彦, 代领, 卞汉兵

地下空间与工程学报. 2021, 17(4): 1038-1044.

摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化收藏

以水电站的片麻岩为研究对象,对垂直和平行层理的岩样分别进行了点荷载试验和单轴压缩试验,分析片麻岩在这两种试验下的各向异性力学特性,并研究其点荷载强度与单轴抗压强度之间的相关性。研究结果表明:在点荷载和单轴压缩试验中,片麻岩的各向异性力学特征表现得十分明显,垂直层理的强度明显大于平行层理的强度。其破坏模式在两种层理角度下也存在显著的差异,并且片麻岩点荷载强度指数I_s(50)与单轴抗压强度R_c之间的修正指数m和换算系数也有明显的不同。片麻岩在垂直层理下的修正指数m=0.44,换算系数为29.78,平行层理下m=0.42,换算系数为33.04。
Select

水岩相互作用下钙芒硝盐岩强度衰减机理

郭永春, 周其健, 屈智辉, 郑立宁, 祝全兵

地下空间与工程学报. 2021, 17(4): 1045-1051.

摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化收藏

针对成都南郊普遍分布的白垩系灌口组钙芒硝盐岩的强度衰减现象,在总结浸泡40 d过程中钙芒硝盐岩参数变化规律的基础上,采用手标本鉴定、X射线衍射全岩定量分析、岩石薄片鉴定等方法深入研究了水岩相互作用下钙芒硝盐岩强度衰减机理。研究结果表明,钙芒硝盐岩中的矿物成分、结构构造、浸水时间等因素对盐岩强度衰减影响显著,钙芒硝盐岩破坏模式从脆性破坏过渡为塑性破坏。钙芒硝盐岩强度衰减机理在微观上主要表现在矿物成分的溶解、岩石结构溶蚀、结构连接弱化等方面;在宏观上表现为钙芒硝盐岩软化、崩解、强度低、变形大。钙芒硝盐岩结构劣化性能可以用软化系数、结构损伤系数等参数进行描述,随着浸泡时间的增加,钙芒硝盐岩软化系数逐渐降低,损伤系数逐渐增大。
Select

层理煤岩动态破坏能量变化规律及损伤特征

刘晓辉, 薛洋, 周济芳, 郝齐钧, 郑钰

地下空间与工程学报. 2021, 17(4): 1052-1062.

摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化收藏

利用Φ50 mm霍普金森压杆试验系统,对平行、垂直两种层理煤岩展开单轴冲击压缩试验,探讨不同应变率下层理煤岩动态破坏的能量变化规律和损伤演化特性,并引入裂纹扩展系数K分析其能量耗散全过程,以期更好地为层理煤岩开采破碎、灾害防治提供参考。研究表明:层理煤岩应变率效应明显,且存在特征界限响应应变率;随着应变率的增大,层理效应对煤岩力学特性参数及能量变化规律影响呈减弱趋势。垂直层理方向加载能够较大地抑制能量吸收与裂纹扩展,沿层理面方向加载可以有效提升煤岩破碎效果。基于能量耗散理论定义的损伤变量随时间呈S型增长,抗压强度对应的损伤变量随应变率呈线性减小,且平行层理煤岩减小速率较垂直层理煤岩大。
Select

三维复杂裂隙岩体渗流传热耦合的数值研究

邵玉龙, 姚池, 漆宾宾, 周创兵

地下空间与工程学报. 2021, 17(4): 1063-1071.

摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化收藏

将复杂裂隙岩体视为由离散裂隙网络和岩石基质两部分组成,采用四面体单元离散岩石基质,无厚度三角形单元离散复杂三维离散裂隙网络,考虑温度对流体密度和动力粘度的影响,建立了描述三维裂隙网络的裂隙岩体渗流-传热耦合模型。通过与二维单裂隙渗流-传热耦合问题的解析解对比,验证了该模型的可靠性。随后,利用该模型对复杂三维随机裂隙岩体的渗流-传热耦合过程进行了研究,研究发现:裂隙网络是主要的导水通道,在贯通裂隙簇中出现了明显的优势流,大量的流体在流经基岩的途中与会周围的高温岩体进行热量交换,导致在裂隙网络贯通区域的岩体首先温度下降,形成一条低温带,然后由于岩体的热传导作用,低温带再向四周进行扩散。
Select

不规则柱状节理网络随机模拟方法研究

肖维民, 田梦婷, 黄巍, 朱占元, 丁蜜

地下空间与工程学报. 2021, 17(4): 1072-1079.

摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化收藏

现场调研发现,不规则柱状节理岩体柱列横截面为不同边数多边形镶嵌组合图形。为了生成不规则柱状节理网络,基于voronoi图生成原理建立了不规则柱状节理岩体柱列横截面镶嵌组合图形的随机模拟方法,即:先将不规则柱状节理岩体区域假设为矩形区域,确定该矩形区域的范围,然后在该区域内采用随机函数生成一定数量的随机点,通过控制镶嵌组合图形不同边数多边形的比例对随机点进行筛选,得到生成voronoi图所需数据点,然后采用delaunay三角剖分算法生成voronoi图,即为所需不规则柱状节理岩体柱列横截面镶嵌组合图形,再在CAD软件中对该镶嵌组合图形进行编辑处理,即可得到不规则柱状节理网络三维模型,可为后续3D打印柱状节理网络实体模型和建立不规则柱状节理网络数值计算几何模型提供支撑。最后,以Giant's Causeway典型柱状节理岩体为例进行其柱列横截面镶嵌组合图形随机模拟,初步验证了上述方法的可靠性。
Select

裂隙岩体注浆块体离散元方法模拟分析

林涛, 赵志宏, 周书明

地下空间与工程学报. 2021, 17(4): 1080-1090.

摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化收藏

涌水是海底隧道建设面临的主要难题之一,注浆可以有效降低涌水并加固围岩,保障施工安全。采用块体离散元方法模拟研究了浆液-裂隙耦合模型、裂隙剪胀等因素对裂隙岩体浆液扩散的影响规律。结果表明:(1)考虑浆液-裂隙耦合作用对浆液最大扩散距离有显著影响,结合Barton-Bandis(BB)裂隙本构模型更能够反映裂隙变形的真实特征;(2)DEM数值模型表明偏应力导致裂隙发生的剪胀作用会增大裂隙开度,改变浆液扩散形态。依托青岛胶州湾海底隧道的施工设计及实测数据,采用块体离散元方法得到的注浆渗透规律与工程现场监测结果基本是符合的,误差在工程应用的允许范围内。
Select

锚杆松弛与岩体蠕变耦合预应力损失模型研究

宋洋, 李永启

地下空间与工程学报. 2021, 17(4): 1091-1098.

摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化收藏

为研究预应力锚杆作用下节理岩体的变形破坏,通过引入描述锚杆弹塑性变形的普兰特体对原有广义开尔文模型进行修正,建立起描述外荷载作用下锚杆预应力损失与围岩变形破坏的耦合模型。研究表明:(1)锚杆预应力损失分为两个阶段,且第一阶段预应力损失占总体预应力损失的比重达到92%以上;(2)通过定义松弛时间并绘制松弛曲线,利用岩石蠕变屈服强度进行分段处理,选择与室内试验最为接近的松弛曲线,从理论上说明预应力损失分段的合理性;(3)结合室内试验数据,对耦合模型进行参数识别,并通过拟合系数R²的值非常高说明该耦合模型的准确性。通过考虑锚杆的弹塑性变形,可以更好地反映围岩的变形,有利于围岩的后期支护与安全。
Select

岩溶隧道拱顶局部水压作用下衬砌受力特征研究

金美海, 刘新荣, 钟祖良

地下空间与工程学报. 2021, 17(4): 1099-1105.

摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化收藏

岩溶地区岩体裂隙发育、溶蚀管道众多。在暴雨条件下受地表水补给影响,在役隧道顶部溶洞内水位快速升高,导致衬砌结构发生失稳破坏,严重影响行车安全。针对依托工程的地质条件,采用理论分析方法建立了圆形衬砌断面的顶部局部高水压与围岩压力联合作用下的内力计算模型,基于Mathematica编程进行了不同水压力大小和不同水压力作用面积下隧道衬砌结构的受力计算分析。结果表明:随着拱顶水压力值或水压作用面积的增大,位移/弯矩零点角度的大小均呈非线性变化,位移零点变化比弯矩零点变化明显,位移零点均非线性增大,弯矩零点则减小;拱顶和边墙的位移值均呈线性增大,拱顶增幅大于边墙增幅;负弯矩出现在拱顶和仰拱处,正弯矩出现在边墙处,其中拱顶弯矩增幅最大,边墙和仰拱处弯矩增幅几乎一致。
Select

浅埋土洞坍塌机理的理论分析

孙海朋, 毛伟刚

地下空间与工程学报. 2021, 17(4): 1106-1116.

摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化收藏

基于霍克-布朗强度准则(H-K准则)采用泛函变分法对“活塞板”试验结果进行理论分析,推导出浅埋土洞破坏时滑动面曲线方程和临界覆土厚度的解析解,并对H-K准则中材料参数B=0.5和B=1时两种特殊情况下的推导结果进行了讨论。当材料参数B=0.5时,土体破裂滑动面为抛物线。当材料参数B=1时(即莫尔库伦准则下),土体破裂滑动面为斜直线,但破裂面与水平方向的夹角与岩土工程计算中常用假定条件明显不同;当土洞埋深趋向于无限大时,活塞板上的竖向土压力趋于恒定值,该结论与太沙基理论和普氏卸荷拱理论是一致的。本文还提出了采用土工剪切试验数据计算霍克-布朗准则参数的方法,并用具体的工程案例来示例了本理论在实际工程中的应用。
Select

扩体桩的作用机制与工程理论

周同和, 张浩, 郭院成, 张亚沛

地下空间与工程学报. 2021, 17(4): 1117-1123.

摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化收藏

扩体桩是一种新型而有效的桩基形式,采用长螺旋置换土体灌注扩体材料后植入预制桩的方法,极大拓展了预制桩工程适用条件和应用范围。以水泥砂浆-混凝土预制桩扩体桩为例,通过理论与工程实践分析,揭示了扩体桩的作用机制,提出了该桩型单桩承载力计算方法及计算参数。结果表明,混凝土预制桩与扩体材料之间具有足够的剪切强度保证两者的共同作用,桩土相互作用界面由传统预制桩相对光滑的“混凝土-土”界面转变为“包裹材料-土”黏结强度界面;扩体材料对内部预制桩的桩端阻力具有约束增强作用;针对不同工艺和扩体材料特点,需考虑扩体组合桩侧阻力和桩端阻力发挥进行单桩承载力计算;通过试验和数值分析,验证了模型和理论方法的可行性。研究成果可供工程设计参考。
Select

地震三维分量峰值与频谱特性影响因素分析

赵慧玲, 罗雨泽, 段科萍, 禹海涛

地下空间与工程学报. 2021, 17(4): 1124-1131.

摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化收藏

地震三维分量的强度与频率特征及其各分量相关性对确定空间结构地震反应分析的多维地震输入至关重要。本文选取546条包含完整三分量的地震记录,对水平两分量、竖向与水平分量的加速度峰值(PGA)比、速度峰值(PGV)比、傅氏幅值峰值比A以及3个方向分量的傅氏主频进行了统计分析,研究地震多维分量的幅值与频谱特性及其各分量相关性,分析场地条件、远近场对其的影响。结果表明:强度参数PGA、PGV与A的水平两分量比值随震中距、场地条件的变化较小,对形式规则简单的结构可取为0.8,对于复杂的空间结构,水平两个分量强度参数比为1.0的地震双向输入工况也应考虑。竖向与水平分量峰值比与场地条件密切相关,土层越软弱,比值越小,给出了竖向与水平分量地震峰值比与场地条件的关系式;同时,分析了不同场地与震中距下地震3个分量傅氏主频的范围。当震中距大于100 km,地震3个分量超过87%傅氏主频,在0~2 Hz之间。对C、D、E类相对软弱的场地,竖向分量傅氏主频f₃高于水平分量f₁、f₂。

Select

降雨对浅埋黄土隧道围岩沉降变形影响研究

王伟星, 盛斌, 韩侃, 蒋育华

地下空间与工程学报. 2021, 17(4): 1132-1136.

摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化收藏

为了研究浅埋黄土隧道围岩在降雨工况下的沉降变形机理,依托在建银西铁路沿线董志塬区浅埋长段落大断面驿马隧道,基于现场监测数据,对浅埋长段落黄土隧道雨季施工过程中围岩变形量与降雨量的相关性进行了分析,对浅埋黄土隧道围岩和地表沉降变形特征等进行了分析。结果表明:降雨量对地表变形和围岩变形的发展具有一定的“前瞻性”和“预兆性”。降雨是外在原因,黄土的湿陷性、水敏性、结构性等自身特征是雨季地表变形和围岩变形量明显加剧的内在原因。对浅埋黄土隧道雨季施工时,应针对性地加强地表防排水措施,并采取适当加强隧道初期支护强度与刚度的措施。

Select

保温浇筑对蜗壳外围混凝土温控性能的影响分析

郭涛, 陈星伊, 吴瀚

地下空间与工程学报. 2021, 17(4): 1137-1143.

摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化收藏

针对蜗壳结构外围混凝土的施工特点,在考虑水化热温升的基础上,采用水体控温、分层浇筑、顺序耦合等技术实现了水电站保压蜗壳结构施工期的瞬态温度场和应力场的分析,探讨了保温浇筑对蜗壳外围混凝土早期温控性能的影响。结果表明:混凝土水化热所释放的热量对早期温控性能的影响占主导地位。采取蜗壳内水体控温的保温浇筑措施,其效果并不明显,反而降低混凝土的入仓温度却能有效改善整个龄期内结构的温度场和应力场;保温浇筑的影响直到后期(28 d以后)才逐渐体现出来,但影响作用和影响范围有限。而且,保温浇筑虽然对与钢衬贴合的混凝土内边界起到了“内降外保”的温控措施,但同时也减缓了整体混凝土的降温速率,间接增加了混凝土外表面的拉应力;因此,对于充水保压蜗壳结构施工阶段不仅要采取保温保压的施工方式,还应该有效控制混凝土的入仓温度,例如采取加冰水拌和、预冷骨料、保温运输等措施。

Select

交叠车站下穿段MJS+水平冻结温度场分析

周子朋, 赵记领, 杨平, 赵红光, 王怀东

地下空间与工程学报. 2021, 17(4): 1144-1153.

摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化收藏

以南京地铁7号线中胜站下穿既有10号线中胜站工程项目为研究背景,提出了富水承压含水砂层交叠车站下穿施工MJS+水平冻结新工法,通过ADINA有限元软件进行水平冻结温度场数值模拟,获得了富水砂层交叠车站下穿段人工水平冻结的冻结温度场变化规律,并对比分析了MJS加固端部采取保温措施与否的冻结温度场发展规律,研究了因MJS水化热产生的不同地层初始温度和不同季节施工对冻结温度场的影响。结果表明:随冻结时间增加,冻结锋面发展速度先快后慢,冻结40 d时,冻结区内土体温度维持在-13 ℃以下;无论是在MJS加固区的顶部、中部还是底部,距离冻结管越近,其温度下降速度越快,最终土体温度也越低;MJS加固区中地层初始温度平均每升高4.54 ℃,内部土体达到设计厚度所需时间延长1 d;夏季必须对端部采取保温措施,否则无法形成所需厚度,对端部采取保温措施后,端部冻结交圈时间减少2 d,冻结40 d时端部冻结壁厚度增加了2.6倍。相同地层初始温度和冻结设计方案下,冬季施工能有效增强端部位置的冻结效果。研究成果可指导实际工程施工,同时为国内相似地层类似工程设计、施工提供技术支撑。

Select

高能级强夯加固深厚杂填土地基现场试验研究

王家磊, 韩进宝, 马新岩, 吴云峰, 李海鹏

地下空间与工程学报. 2021, 17(4): 1154-1163.

摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化收藏

高能级强夯法是解决深厚杂填土地基承载力不足和工后沉降问题的重要工程手段之一。鉴于现有研究中对深厚杂填土地基的高能级强夯参数、夯实加固特征少有探讨,理论成果、工程经验不足,使杂填土在山区大型填方工程中的推广使用严重受限,以某高填方机场工程为依托,围绕厚层杂填土地基开展了多组现场高能级(12 000 kN·m)强夯试验,揭示了杂填土地基的强夯加固机理并结合多种现场检测试验对夯实效果、夯密特征进行了对比,为深厚杂填土地基强夯参数和夯实检验方法的选择指明了方向。结果表明:卵砾石-深厚杂填土地基在12 000 kN·m高能级强夯作用下,土性明显改善;在“主夯16-加固夯14-满夯5”单点夯击次数下浅表卵砾石层的夯实、整体地基土层均匀性的改良以及工程节支方面明显优于“主夯10-加固夯12-满夯3”强夯方案;存在最佳单点夯击次数,当夯击数超过这一数值时,额外的夯击对地基土性改良不利;杂填土地基由于成分复杂、空间高度不连续,现场波速试验不适用于此类地基土层质量的检测;受土性影响,杂填土地基夯密收敛标准略高于行业规范中的一般规定,为满足场地地基密实度要求,厚层杂填土地基强夯工艺须满足最后两击平均夯沉量不大于0.1 m、浅表卵砾石垫层固体体积率不小于85%、夯后杂填土密实度为密实及以上。最后,结合试验结果对强夯方案进行了优化,得到了深厚杂填土地基高能级强夯处理的推荐参数和现场检测方案。

Select

碎石桩加固深厚湿陷性黄土地基的试验研究

王雪艳

地下空间与工程学报. 2021, 17(4): 1164-1170.

摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化收藏

为明确碎石桩加固深厚湿陷性黄土地基的效果,依托某深厚湿陷性黄土地基处理工程,开展了碎石桩加固地基的系列试验研究。通过多种方式检测了加固后地基土体的物理力学参数、承载能力及沉降变形,并分析其变化规律。试验结果表明:采用碎石桩加固深厚湿陷性黄土地基,桩身的密实度在松软土层较低,在坚硬土层较密实,且相同深度的桩身密实度随桩间距的减小而提升;碎石桩对深度1～3 m内的桩间土有较好的挤密效果,对深度3 m以下土层则无显著影响;碎石桩能有效加固湿陷性黄土地基,可消除地基土湿陷性,经加固后的复合地基承载力特征值可提升56.25 %～152.78 %,压缩模量可提升62.90 %～152.78 %,而地基土的干密度和孔隙比与处理前的平均参考值相比则变化较小;桩间距对地基土体的处理效果有较明显的影响,减小桩间距可降低地基土层的后期沉降量;试验区合理的碎石桩置换率为7 %。研究结果可为碎石桩处理深厚湿陷性黄土地基的工程方案及预期目标的设计提供参考。

Select

微心PDC钻头心部结构优化的实验研究

杨迎新, 王云田, 周春晓, 姚建林, 李伟成

地下空间与工程学报. 2021, 17(4): 1171-1180.

摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化收藏

在油气勘探中,需要在地层中进行岩石取样同时保证钻头的破岩效率和机械钻速,因此需要对微心PDC钻头心部结构进行优化。通过在不同尺寸的3种不同岩性(砂岩、灰岩和花岗岩)的岩心柱上完成静压、折断、冲击3种破坏形式的破岩实验,设计及制造一只直径为φ152.4 mm的可变参数的微心PDC钻头,并在不同尺寸的砂岩岩心柱上完成室内台架实验。实验结果表明:折断的破岩效率最高,静压其次、冲击最小;与全覆盖的钻头相比,微心PDC钻头机械钻速提高49%~112%;微心PDC钻头岩柱的高度对钻头的机械钻速影响较小,而岩柱的直径对机械钻速影响较大;微心PDC钻头在3种岩样中均能实现体积破碎,产生大岩屑,能提高破岩效率和机械钻速,并得到3种破岩方式下的最优岩心柱尺寸。

设计、施工、监测

Select

波纹板隧道支护结构分析方法与承载特征

匡亮, 许炜萍 , 孙克国, 洪依勤, 郑余朝

地下空间与工程学报. 2021, 17(4): 1181-1189.

摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化收藏

波纹板结构相比钢筋混凝土结构其力学、耐久性能更好,且施工工期更短。将其应用于隧道支护领域具有重要的理论意义和工程价值。本文通过有限元数值模拟,建立梁、壳两种单元组合成的波纹板结构模型,并对不同荷载模式下的承载力进行了计算。研究表明:梁、壳单元模型应力、位移相差不大;波纹板结构在以竖向荷载为主导时,隧道拱顶位置受力及沉降最大;而在水平荷载主导下隧道边墙位置受力、外扩最大。其中梁、壳单元模拟的波纹板结构整体几乎均受压,且结构波峰主要承担外侧围岩荷载,波谷主要承担结构变形挤压所产生的力;波纹板结构在集中力荷载作用下,作用于拱顶时结构应力、位移较小,作用于拱腰时结构位移较大,作用于拱脚时结构应力较大。该波纹板支护结构的应用可以为隧道支护领域提供更多的选择,具有良好的工程应用前景。

Select

软土盾构超近距侧穿桥墩桩基的变形传递分析

奚晓广, 何君佐, 廖少明, 孙九春, 周文锋

地下空间与工程学报. 2021, 17(4): 1190-1200.

摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化收藏

依托于某盾构连续穿越高架桥工程,利用有限元数值模拟研究盾构超近距离穿越对高架桥墩的影响,并从结构变形传递角度揭示其倾斜机理,最后结合实测对施工控制效果进行总结。研究结果表明:(1)盾构穿越时,墩身沿高架桥方向的倾斜(纵向倾斜)向远离隧道方向逐渐增加,而垂直于高架桥方向的倾斜(横向倾斜)则沿盾构掘进的反方向先增后减;(2)盾构穿越地层的扰动经由桩基变形传递至上部的桥墩及道面,墩身的纵向倾斜主要由上部道面约束导致墩顶、墩底水平位移相差较大引起,而横向倾斜主要由下部桩基沉降不均导致承台倾斜所引起;(3)在施工控制下,桥墩实测纵向倾斜最大值不超过0.4‰,横向倾斜最大值不超过0.2‰。

Select

侧向粉喷桩变刚度处治桥头跳车效果研究

涂义亮, 方忠, 徐建强, 柴贺军, 李海平

地下空间与工程学报. 2021, 17(4): 1201-1208.

摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化收藏

为了解决因软土路基不均匀沉降引起的桥头跳车问题,依托G15沈海高速八字桥段工程,提出了侧向粉喷桩变刚度非开挖处治方案,首先采用二维数值模拟得出粉喷桩不同处治深度的影响规律,然后采用三维数值模拟对设计方案进行了分析验证。结果表明:沉降主要发生在淤泥层,随着粉喷桩处治深度的增加,沉降控制效果逐渐变好,当桩长为42 m时,处治深度贯穿整个淤泥层,沉降控制效果最好;侧向粉喷桩较好地约束了路基土体的侧向水平位移,与周围土体形成的复合路基的竖向刚度得到增强,因而在路基沉降控制中能够发挥作用;通过对桥头段进行粉喷桩变刚度处治,使得沉降坡度减小,沿线路方向沉降呈现渐变效果,有效地缓解了桥头跳车问题。

Select

地铁联络线洞室群施工安全性分析

何家成, 施成华, 田瑞忠

地下空间与工程学报. 2021, 17(4): 1209-1215.

摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化收藏

为了分析地铁联络线洞室群施工的安全性,依托徐州地铁2号线中心医院站-淮塔东路站区间段施工工程,采用有限元的分析方法,建立了横通道竖井开挖段的数值计算模型,设置了5种不同的区间隧道开挖进洞的施工工况,分析了横通道两端5个洞室采用不同的开挖进洞顺序施工时对横通道和周边环境的影响,提出合理安全的区间隧道的施工进洞顺序,同时也对横通道两侧的开挖段进行了分析,得出D型断面开挖进洞施工对整个横通道竖井开挖段的影响最大,并指出了各区间隧道开挖进洞时横通道段的不利位置,最后将相应监测点处的模型计算结果与现场监测资料对比分析,验证了模型的正确性。

Select

小曲线半径盾构隧道上穿既有隧道影响分析

赵秀绍, 魏度强, 于万友, 夏明, 石钰锋

地下空间与工程学报. 2021, 17(4): 1216-1224.

摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化收藏

为研究新建盾构隧道上穿既有隧道时对下部隧道影响,以南昌某地铁出入线上穿既有盾构隧道工程为依托,结合小曲线半径隧道、盾构机超载等特殊工况,采用有限元进行模拟分析。研究结果表明:盾构机超载将导致既有隧道纵向呈凹槽型沉降变形,最大值约-9.7 mm,管片弯矩值较未开挖时增长34.3%;上部开挖卸载将导致既有隧道纵向呈隆起变形,最大值约8.7 mm,管片弯矩值较未开挖时略有减小;既有隧道在盾构机超载及开挖卸载两者耦合作用下,纵向变形呈“S”型曲线,最大隆起值与最大沉降值差值高达13.8 mm。针对上述分析,提出对既有隧道施加钢支撑环+拱顶注浆的加固措施,隧道最大变形值较未加固时减小44.8%,验证了该加固措施的有效性,对小曲线半径段施工控制重难点进行分析,并提出相应建议,以期为相关工程提供参考依据。

Select

矩形顶管施工中管周压力的实测与分析

袁心, 马保松, 赵阳森, 张鹏

地下空间与工程学报. 2021, 17(4): 1225-1233.

摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化收藏

本文依托苏州某综合管廊矩形顶管工程,通过现场实测分析研究矩形顶管管周压力变化规律,研究结果表明:(1)管壁受力形式根据管周压力的变化可以分为始发加固区、一般注浆区、加强注浆区和水域穿越区。始发加固区内管周压力变化较小,一般注浆区管周压力呈现周期性变化,加强注浆区内管周压力达到最大,水域穿越区管周压力数值相对较小。(2)同一埋深不同位置的管周压力值有一定偏差,但总体变化趋势相同。(3)不同埋深处管周压力受泥浆影响较大,管壁侧面底部处由于泥浆聚积压力较大,管壁底部由于受泥浆浮力而数值较小。(4)管周压力在注浆后迅速升高,随后逐步降低,并且速率逐渐减小。

Select

管棚注浆支护隧道开挖引起地表变形特征分析

段献礼, 江俐敏, 饶宇, 王智德

地下空间与工程学报. 2021, 17(4): 1234-1243.

摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化收藏

隧道开挖引起的地表变形是工程安全的重要指标,基于管棚注浆隧道开挖引起的地层受力分析,将地表变形影响因素分为注浆压力、附加荷载和地层损失,并引入Mindlin解和Peck公式,获得了隧道引起的地表变形计算公式。通过对地表变形特征进行分析,结果表明:岩土力学参数对地表变形最大值有显著影响,但对沉降影响宽度影响甚微;沉降槽宽度、地层损失率和沉降宽度与沉降槽宽度比值(I/i)均随内摩擦角和黏聚力增大而减小,弹性模量对沉降槽宽度几乎没有影响,随弹性模量增大,沉降槽宽度稳定在7.6~7.9,地层损失率迅速减小并在1.2‰左右趋于稳定,I/i则迅速增大并稳定在3.0左右。隧道参数对沉降最大值和沉降影响宽度均有显著影响,且影响幅度没有减缓的趋势;在单一地层中,随着埋深增加,沉降槽宽度、地层损失率均呈直线增大,I/i值先增大后减小;随洞径增大,沉降槽宽度呈线性增大,地层损失率呈线性减小,I/i值先增大后减小,最大值为3.1左右。

Select

软土地铁深基坑小尺度盆式挖土法研究与应用

孙九春, 白廷辉

地下空间与工程学报. 2021, 17(4): 1244-1252.

摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化收藏

经过多年的发展,地铁车站条形基坑根据时空效应理论形成了斜面分层、分段、分块的施工方法,但细化到每块土方如何开挖支撑,目前尚未有相关研究。为此,借鉴大型软土基坑盆式挖土法,根据软土的力学特点和地铁车站基坑施工的时间、空间尺度,结合条形基坑的实践操作特点,提出软土地铁深基坑的小尺度盆式挖土法。通过数值计算对盆边土预留宽度、等待时间等施工参数的敏感性展开分析,并分别就斜撑区域与对撑区域细化具体施工工艺。实际工程应用的结果表明,小尺度盆式挖土法可以有效地控制基坑变形,施工参数具有可操作性,值得推广和应用。

Select

基于地质雷达法探测冻结帷幕研究

朱占升, 李学聪, 杜小虎, 刘书铭, 徐小勇

地下空间与工程学报. 2021, 17(4): 1253-1256.

摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化收藏

人工冻结法的冻结帷幕直接关系到地下施工的环境安全,现阶段对于冻结帷幕形成与否的判定仅仅通过有限的测温孔和压力孔数据,常造成判定不准、开挖后透水无法施工、需二次冻结的情况发生。为了高效准确地探测冻结帷幕的性态,本文通过地质雷达法进行冻结帷幕的探测试验。在实际物理探测前,采用数值模拟进行可行性分析,数值模拟结果表明,地质雷达法是有效的。以此为依据,笔者对内蒙古某地铁采用冻结法施工的联络通道进行实际探测,表明采用地质雷达法进行冻结帷幕的探测是基本可行的,能够对冻结帷幕进行定性分析,但要做到定量分析还需要继续深入研究。

防灾与环境

Select

隧道突水涌泥AHP-Fuzzy风险评价

王宇, 李建旺, 周喻

地下空间与工程学报. 2021, 17(4): 1257-1263.

摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化收藏

隧道施工过程中常会发生突水涌泥灾害,严重影响隧道施工安全,因此对灾害风险进行评估具有重要意义。本文以2022年北京冬奥会重大交通保障工程延崇高速公路玉渡山隧道为工程背景,采用调查问卷咨询现场技术指导和专家组成员,建立各层次影响因素判别矩阵,采用AHP-Fuzzy法对隧道发生突水涌泥的风险进行分级评估。研究结果表明:(1)综合23种因素建立了隧道突水涌泥风险评估层次结构模型;(2)影响隧道突水涌泥的主要因素为围岩特征和水文地质条件;(3)得出玉渡山隧道ZK18+510~ 670段突水涌泥风险等级为IV级,为高风险突水涌泥地段。本文研究结果与工程实际情况基本相符,可为相关隧道工程的突水涌泥风险分级工作提供一些参考。

Select

富水断裂带隧道涌水突泥灾害机制及处治技术研究

唐锐, 李世琦, 王俊, 向龙, 谢伟

地下空间与工程学报. 2021, 17(4): 1264-1272.

摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化收藏

针对折多山隧道穿越富水断裂带发生多次涌水突泥灾害,采用现场勘探、理论分析,对富水断裂带隧道涌水突泥灾害机制及处治技术进行研究。结果表明:富水断裂带隧道发生涌水突泥灾害具有突发性强、演变速度快、引发次生灾害的特点。富水断裂带导水通道发育、地表水和地下水丰富、人工开挖破坏掌子面的水体平衡等因素共同作用下,掌子面渗水失稳,形成出水通道并迅速演变扩展,继而发生涌水突泥、地表塌陷。根据富水断裂带隧道涌水突泥特征,确定了地表深孔注浆、洞内帷幕注浆的协同处治技术体系,取得较好处治效果。本文研究成果可为今后类似灾害处治提供参考。

Select

地铁站突发爆炸人员伤亡评估模型研究^*

余晨, 王高辉, 卢文波, 舒奕展

地下空间与工程学报. 2021, 17(4): 1273-1280.

摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化收藏

地铁站空间封闭,人流密集,突发爆炸下易造成灾难性后果。选取武汉某典型地铁站为例,研究地铁站中突发爆炸时冲击波的传播规律,预测爆炸造成的人员伤亡区域。通过建立地铁站内部空间的流固耦合模型,研究了爆炸冲击波在站厅层的传播过程及衰减规律,探讨了地铁站内边墙、立柱、电梯井等边界对冲击波传播的影响。以爆炸超压伤害为判据,将地铁站中人员伤亡划分为死亡、重伤、中伤、轻伤和安全等5种伤亡等级。研究了地铁站厅层不同爆炸当量下造成的人员伤亡情况,在空间上划分不同伤亡程度的预测区域,建立了地铁站突发爆炸人员伤亡评估预测的数学模型。研究成果可为地下工程突发爆炸下的应急抢险提供理论和技术支撑,具有重要的理论意义和工程价值。

Select

北京首条矩形顶管风险防控设计与沉降分析

郑知斌, 李名淦, 闫朝涛, 郝朝东, 孟瑞明

地下空间与工程学报. 2021, 17(4): 1281-1290.

摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化收藏

北京新机场临空经济区永兴河北路综合管廊需下穿大庆—广州高速路,因管廊设计需规避或降低风险点,经过明挖、暗挖、矩形顶管等工艺比选,认为矩形顶管具有无需降水、控制地层沉降、工期进度较快、道路及管线无需迁改等优势,故采取双孔大断面矩形顶管穿越高速路。(1)通过受力计算分析,采取合理设置管节中隔墙,增加矩形顶管整体刚度,可减少地层变形,减少板厚、降低配筋率,从而控制投资;(2)通过确定适宜的土仓压力、压注减摩泥浆、地层补充注浆等措施,可有效减少地层扰动。监测结果表明,矩形顶管掘进完成后,高速路面最终沉降仅约为-25 mm。(3)通过沉降监测数据分析,得出矩形顶管掘进最优参数、双孔矩形顶管引起的路面沉降规律及影响范围计算方法。

Select

隧道渗漏水病害的影响因素研究^*

石建勋, 张正, 张兴凯, 马涛, 张会梅

地下空间与工程学报. 2021, 17(4): 1291-1297.

摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化收藏

近年来,我国公路隧道得到了蓬勃的发展。调查表明,渗漏水是隧道工程中常见的病害之一,因此隧道渗漏水病害研究成为热点问题。从物理化学作用、降雨以及冻胀三方面入手,通过建立物理化学数学模型,结合单纯形Monte Carlo法求解得出整个系统中反应动力随总自由能变化而变化,并且结合实例说明了统计参数方差较大时反应趋于平衡;并且根据渗漏量以及冻胀力的计算分析可以看出,渗漏量与地下水位和衬砌厚度存在紧密联系,当衬砌后的空洞缺陷尺寸较大时,冻胀力也增大。本研究为隧道渗漏水防治提供借鉴。

Select

寒区隧道洞口仰拱混凝土早期开裂机理研究

傅金阳, 赵宁宁, 肖欧辉, 刘任, 阳军生

地下空间与工程学报. 2021, 17(4): 1298-1308.

摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化收藏

结合数值模拟与对寒区隧道洞口段仰拱填充混凝土早期变形与开裂特征进行了研究。通过ABAQUS平台编写混凝土早期水化热、早期力学性能、温度与湿度动态变化过程子程序,并结合XFEM模拟了混凝土多场耦合作用下裂缝萌生与扩展过程。与某寒区隧道工程仰拱填充混凝土开裂情况进行了对比验证,结果表明:温湿变化耦合作用数值模型可以较好地反映混凝土早龄期温度变化趋势和表面裂缝扩展特征;负温环境和温度应力是其表面开裂的主要原因,既有混凝土和厚度较大处更严重;降低混凝土出罐温度、提高混凝土养护温度可有效避免寒区隧道施工仰拱填充混凝土早龄期表面开裂。

Select

小净距隧道围岩的爆破振动影响规律研究

罗阳, 杨建辉, 胡东荣

地下空间与工程学报. 2021, 17(4): 1309-1313.

摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化收藏

小净距隧道后行隧道爆破施工会引发相邻先行隧道围岩振动,振动强弱与隧道净距和单次炸药量相关,通过工程现场监测和数值模拟相结合的方式,对隧道净距的影响规律展开研究。结果表明,小净距隧道后行隧道掌子面起爆时,相邻先行隧道迎爆面拱腰处围岩爆破振动速度最大,最大振速随隧道净距的增大而不断减小,随单次炸药量的增大而增大。当Q/R³＜1×10^-3时,后行隧道掌子面爆破对先行隧道围岩的爆破振动影响可忽略不计。对先行隧道围岩最大振速进行萨道夫斯基公式拟合,得到小净距隧道相邻先行隧道Ⅲ级围岩最大振速预测方程中的场地系数K=8.73,衰减系数α=0.83。

Select

两相近隧道竖井爆破振动监测与分析

冯路, 于建新, 丁书学, 郭佳奇, 张遵义

地下空间与工程学报. 2021, 17(4): 1314-1321.

摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化收藏

为保证秦岭天台山隧道两通风竖井的安全,开展竖井爆破振动监测试验,在两竖井内分别布置测点,研究开挖爆破对两竖井井壁结构的振动效应。通过对典型装药段爆破引起的三向振动速度分量分析,得到了大直径竖井全断面爆破引起井壁振动的传播规律与分布特征。结果表明:先行井掏槽爆破由于仅存在一个自由面,引起爆破井内振动最大,临近井迎爆侧振动大于背爆侧,且周边爆破引起的振动最大;掏槽与第一辅助爆破引起临近竖井井壁环向与垂向振动呈现先增大后减小的趋势;竖井爆破近区,受临近先行井空洞的影响,井壁径向与垂向振动较大。研究结果对类似工程具有一定的指导意义和参考价值。

Select

交通风作用下的隧道运营通风研究

郑晅, 李凡, 李雪

地下空间与工程学报. 2021, 17(4): 1322-1327.

摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化收藏

公路隧道中,车队行驶产生的交通风可以作为对机械风的补充,对隧道运营期通风节能有重要意义。为了分析交通风对隧道通风的影响,本论文依托太湖水下隧道,建立了1 000 m长度的等比例横截面模型,并对模型进行了独立性验证和有效性验证。基于计算流体力学(CFD)原理,采用动网格技术对不同车型比例构成的车队在隧道行驶产生的交通风进行了数值模拟。结果表明,车队经过检测断面时,产生的交通风速呈现周期性变化,表现为先上升,后下降,最后再回升。当车速为85 km/h,中型车和大型车总占比为50%时,车队平均风速最高可达到2.0 m/s。

Select

平导压入通风对寒区隧道风温场的影响性研究

严健, 陈四来 , 何川, 郑清 , 李彬嘉

地下空间与工程学报. 2021, 17(4): 1328-1336.

摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化收藏

为探明平导压入通风方式对高海拔寒区特长公路隧道风向、风速、风压和洞内温度场的影响性,以川藏公路雀儿山隧道为工程依托,通过数值仿真和现场测试,分析了不同通风方式下隧道洞内风场和温度场的分布及变化规律。研究结果表明: 气热耦合三维数值计算显示风在横通道与主洞和横通道毗邻区域形成了明显的涡流区,平导洞内风压、风速明显高于主洞;平导压入通风使平导和主洞最低风速分别增加了90%、104.5%;平导压入通风对洞内最高风温影响较小,均在7.8 ℃~8.2 ℃左右;考虑通风方式、自然风方向和因山体富热产生的隧道内外温差引起的热压差影响,对高海拔寒区特长公路隧道出入口段的防冻长度等应差别化设计,特别要加强主风向隧道一端主洞、平导和横通道的防冻措施。

作者中心

投稿须知

在线投稿

版权协议

中图分类号查询

专家中心

审稿须知

在线审稿

编辑中心

编辑办公

主编办公

下载中心
更多 ...

版权协议

论文模版

友情链接
更多...

重庆大学期刊社

中国知网

万方数据

岩土力学

岩土工程学报

岩石力学与工程学报

访问统计

总访问量
今日访问
在线人数

选择文件类型/文献管理软件名称

选择包含的内容

模态框（Modal）标题

选择文件类型/文献管理软件名称

选择包含的内容