地下空间与工程学报

Select

徐雅洁, 陈湘生, 白雪, 储凯锋

地下空间与工程学报. 2022, 18(2): 351-358.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

以上海人民广场地铁站为例,通过分析其出入口空间环境特征及群体交通行为,探究影响出入口客流分布的相关变量因素,为地铁站出入口的合理规划布局提供一定依据。首先,采用空间句法、兴趣点(POI)数据分析法结合传统实地调研分别定量分析人民广场地铁站18个出入口的外部空间特征(地面街道集成度、穿行度和POI分布现状)以及内部空间特征(地下空间出入口的集成度、穿行度和便捷度);同时利用行人计数法获取各出入口在特定时间内的现场人流截面穿行量;最后通过建立多元线性回归模型探讨各变量与出入口客流分布之间的相关性。结果表明,地铁站出入口客流分布主要受地铁站外部空间特征影响,并与出入口所在街道可达性和区域功能混合程度有较大关联。

Select

重庆市渝中半岛地下空间开发安全风险评价

奚悦, 张万斌, 徐文蕴, 胥犇, 刘保林

地下空间与工程学报. 2022, 18(2): 359-365.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

针对重庆市渝中半岛地下空间的特点,开展了地下空间开发安全风险评价研究。首先,利用地质环境调查数据,基于层次分析法和专家问卷调查法筛选并建立了地下空间开发安全风险评价指标体系;其次,结合模糊评价和变权思想建立了安全风险模糊变权综合评价分析模型;然后,基于ArcGIS Engine开发了重庆市渝中半岛地下空间开发安全风险评价系统,实现了区域整体评价和规划待建轨道工程风险分析的功能;最后,整体评价了渝中半岛地下0~150 m的开发安全风险,并选取某待建轨道工程进行了精细化风险分析。结果表明:本文开发的评价系统加载了模糊变权综合评价分析模型,完成了渝中半岛地下空间的三维评价,可为穿越该评价区域的规划待建轨道工程辅助选线设计提供参考。

Select

沈阳城市地下空间寿命周期风险管理研究

齐锡晶, 杨本帅, 李永超

地下空间与工程学报. 2022, 18(2): 366-374.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

开发地下空间作为城市化的重要途径,与同业态地面项目相比其开发风险更大。立足建设单位,以沈阳为例,研究城市地下空间的寿命周期风险管理问题。根据沈阳社会经济及城市地下空间的发展现状,界定了城市地下空间寿命周期风险管理的范围,分析了风险因素的来源及其致害机理,并以此为基础构建了寿命周期风险等级评价指标体系,构建了基于正弦型白化权函数的模糊灰色综合评价模型,用于评价城市地下空间的寿命周期风险等级。以青年大街沿线某项目为例,验证了该模型的有效性,并利用风险贡献度分析了示例项目的主要风险因素。最后从政府部门、建设单位和社会环境三个层面,提出了防范城市地下空间寿命周期风险的对策建议。

Select

金属非金属矿山地下空间现状及开发利用研究

孙好想, 李晓昭, 卞夏, 赵鹏, 路明浩

地下空间与工程学报. 2022, 18(2): 375-385.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

近年来,由于矿山资源枯竭以及国家供给侧改革政策的实施,大量矿山面临关停,倘若只是简单关闭则会造成大量资源浪费,同时引发相关地质灾害问题。同时,关停的矿山仍然遗留了大量的资源可供利用,矿山地下空间作为一类特殊的地下空间资源,具有隔音隔震、恒温恒湿、屏蔽性好等天然优势,近来逐渐被越来越多的学者以及相关部门重视。本文以金属非金属矿山地下空间为研究对象,系统梳理我国金属非金属矿山地下空间资源分布规律及利用现状,并提出相应开发利用对策。以梅山铁矿为典型案例,结合当前国际废弃矿山成功开发利用模式及案例,提出地下储库型、污水处置型和科教型三种开发利用模式。本研究成果可以为我国金属非金属矿山地下空间利用决策提供战略支撑,为国家合理布局金属非金属矿山地下空间开发利用模式提供理论参考。

Select

循环剪切作用下泥质软岩本构模型研究

刘新荣, 蔺广义, 何春梅, 许彬, 黄俊辉

地下空间与工程学报. 2022, 18(2): 386-396.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

库区微震频发现象使泥质软岩受循环剪切动力作用。基于分数阶西原模型,将Able黏壶进行改进,获得相应条件下的本构模型,并通过泥质软岩试样循环剪切试验对该本构模型进行了验证。研究表明:①原有分数阶西原本构模型可归纳为本模型正弦函数(循环作用)为零时的特殊解;②模型表现出较好的适用性(R²∈(0.96,0.98)),且方程曲线具备试验曲线的“单双拐点”特征;③模型主要影响因素为分数阶阶数n,其中稳定型方程n∈(0,0.6)、破坏型方程n∈(0.6,1.0);④随n的增加,抗剪模量G与黏滞系数η大致呈现降低趋势,可较好反映宏观现象;⑤从参数扰动的角度解释了以往文献出现的η随n增加可能表现出的无规律波动现象。研究成果可为微震条件下含泥质软岩边坡长期稳定性控制提供理论参考。

Select

基于爆破损伤的Hoek-Brown强度准则修正

马栋, 周传波, 夏宇磬, 张波

地下空间与工程学报. 2022, 18(2): 397-404.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

传统隧道围岩分级方法未考虑爆破损伤因素对围岩分级的影响,爆破作为隧道主要开挖方法,其产生的岩体损伤对岩体分级评判标准的影响不可忽略。笔者分析了基于Hoek-Brown强度准则的岩体力学参数取值方法,指出了Hoek-Brown强度准则和现有改进公式中确定岩体参数存在的不足。考虑爆破累积损伤效应,提出了不同围岩级别下Hoek-Brown经验常数m_b、s、a的计算方法,建立了考虑隧道埋深与爆破累积损伤效应的不同围岩级别的Hoek-Brown强度准则经验常数计算公式。以龙南隧道1号斜井爆破现场试验得到的声波变化率对修正公式进行了检验分析,验证了Hoek-Brown强度准则岩体经验常数修正公式的准确性。

Select

基于Cosserat理论的柱状节理岩体本构模型

黄浩楠, 朱珍德, 阙相成

地下空间与工程学报. 2022, 18(2): 405-414.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

柱状节理岩体复杂的各向异性对相关工程设计及施工提出了挑战,准确掌握其各向异性力学参数对降低工程风险十分重要。基于Cosserat理论和Goodman当量叠加原理,首先建立了四棱柱、五棱柱、六棱柱柱状节理岩体二维本构模型。通过引入应力集中系数,将本构关系扩展至三维空间。针对白鹤滩水电站柱状节理岩体,采用3种模型分别计算了工程常数取值,并分析了3种模型计算结果与工程经验取值差异,比较了3种模型各向异性特征。结果表明,3种模型计算值与经验公式估算结果及现场原位承压板试验结果相近,四棱柱、五棱柱、六棱柱柱状节理岩体模型的弹性参数变化曲线分别反映出各模型正交各向异性、准横观各向同性、横观各向同性的各向异性特征。

Select

塔吊偏心设置时桩基础桩顶作用效应分析

崔浩然, 张英, 杨森, 刘卓, 张罕

地下空间与工程学报. 2022, 18(2): 415-420.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

工程建设中,将塔式起重机基础与地下室筏板永临结合,使用既有的结构桩作为塔式起重机的基桩,是一种经济高效的设计方案。为准确分析矩形承台上偏心设置的塔式起重机对桩基础的桩顶作用效应,理论推导了新的计算公式,分析了塔吊转动时桩顶受力的变化规律。通过简化的ABAQUS实体有限元模型与理论公式的结果进行对比,验证了理论公式的准确性。现行规范JGJT 187—2019《塔式起重机混凝土基础工程技术标准》的公式仅在桩基础承台接近正方形时适用。对于长宽比较大的矩形承台,使用本文提出的理论公式计算基桩的桩顶作用效应更为准确安全。

Select

溶蚀孔隙型灰岩岩体宏观力学参数取值研究

胡政, 郑克勋, 郭维祥, 刘金洋, 田茂中

地下空间与工程学报. 2022, 18(2): 421-427.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

灰岩地层具有较好的可靠性和适宜性,并具有较大的各向异性,其分布从大的溶洞、管道、断裂到小的溶蚀裂隙、孔洞等,前者在工程探测及处理措施方面研究已较为成熟,笔者针对溶蚀孔、隙型灰岩的力学参数取值进行了研究,得到了如下结论:溶蚀孔、隙型灰岩岩石抗压强度与孔隙率存在较好的幂函数关系,幂常量接近于-0.5,即y=ax^-0.5,其系数a代表了孔隙率为1%时的岩石抗压强度;基于Hoek-Brown强度准则及岩体孔隙率n,建立岩体参数m_b、S、a与孔隙率n的关系式,并通过孔隙率来描述岩体力学参数(岩体抗压强度R_cm、岩体抗拉强度R_tm、岩体抗剪强度参数c_m和φ_m),简化了通过量化GSI进行力学参数取值的复杂性,避免了量化GSI的主观性和不确定性,在溶蚀孔、隙型灰岩地层具有较好的可靠性和适宜性,对同类场区的工程建设具有一定的指导意义。

Select

基于微观矿物含量的灰岩细观参数标定研究

王小明, 史文兵, 熊绍真, 廖德武, 吴正超

地下空间与工程学报. 2022, 18(2): 428-437.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

随着对岩体力学研究的深入,宏微观岩体力学的研究方法发展迅速。但岩体微观性质改变对引起岩体宏观力学各向异性行为的影响研究却较为缺乏,而在离散元分析方法中,岩体宏观力学行为的准确表征不仅需要合理的细观强度参数,也需要考虑岩体中微观矿物的成分和含量。以灰岩为研究对象,制作灰岩薄片标本,用偏光显微镜观察灰岩样本以确定矿物成分及含量,并以此为依据生成基于矿物含量的离散元模型,以接触软化接触模型模拟矿物间的细观力学行为。分别建立与室内试验对应的单轴压缩模型和巴西劈裂模型,使用试错法不断调整细观强度参数,最终使细观模型表现出的宏观力学性质与实际情况一致。研究结果表明,数值模拟得到的宏观参数与室内试验结果相吻合,说明基于微观矿物含量的岩体离散元模型参数标定方法能够很好地标定出颗粒的细观强度参数,同时细观强度参数又能够很好地表征岩体宏观力学强度,以该参数作为岩体力学响应分析的输入参数,能够更准确认识岩体的力学行为。

Select

不同围压下页岩微观破裂过程与量化研究

唐摩天, 邬忠虎, 王安礼, 左宇军, 娄义黎

地下空间与工程学报. 2022, 18(2): 438-445.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

为揭示不同围压下页岩微观结构的破裂机理,基于RFPA2D-DIP对页岩微观结构进行单/双轴压缩试验,利用数字图像技术对页岩裂纹进行量化统计。结果表明,围压对页岩微观结构裂纹萌生、扩展及贯通具有重要影响,随着围压的增大,页岩微观结构存在V型(0 MPa、2 MPa、4 MPa)和倒V型(6 MPa、8 MPa、10 MPa)两种破裂模式,低围压(0 MPa、2 MPa、4 MPa)下微观结构破裂面粗糙,高围压(6 MPa、8 MPa、10 MPa)下微观结构破裂面平整。围压对裂纹量化指标影响显著,分形维数随围压的增大呈线性减小趋势,裂纹条数和裂纹总长随围压增大变化趋势具有一致性,呈M型,裂隙率和裂纹均宽随围压增大而减小,且变化速率越来越小。

Select

基于图像处理技术的岩体裂隙定量识别方法研究

王军祥, 曾相森, 徐晨晖, 崔宁坤

地下空间与工程学报. 2022, 18(2): 446-457.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

传统的岩体裂隙特征提取方法较难及时准确地对裂隙特征进行提取,现有数字化处理方式缺乏系统性。笔者提出一种基于图像处理技术的岩体裂隙定量识别与表征方法,在小波分析基础上建立了自动阈值分割算法,对图像裂隙区域进行分割处理。在对图像进行裂隙区域分割处理后,采用区域生长法计算裂隙面积。采用边界跟踪算法提取边缘轮廓,并利用Zhang-Suen细化算法计算裂隙骨架。在此基础上利用动量法拟合骨架切线,并计算切线的法向向量,利用三角函数转化来计算裂隙倾角,结合DDA画线算法对裂隙宽度信息进行提取并计算裂隙宽度。研究结果表明:基于小波分析建立的自动阈值分割算法,在对裂隙区域的分割效果、阈值选取及计算速度上均优于传统的Otsu算法。在裂隙特征值的提取计算上,该方法不仅保证了骨架的平滑度,而且提高骨架的拟合程度,相比于传统方法,该方法计算更加简单,计算量更小。

Select

基于数字图像分析的豆砾石形态特征量化研究

汪雪英, 黄秋香, 胡超, 于舒雅

地下空间与工程学报. 2022, 18(2): 458-464.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

护盾式TBM施工过程中,围岩和管片之间会形成一个环形空隙,豆砾石是该环形空隙填充的主要材料,开展豆砾石形态特征量化研究对其材料特性研究具有重要意义。试验选用人工碎石和天然卵石4种豆砾石样本,采用数字图像分析与筛分试验相结合的方式研究。试验成果首先从颗粒的轮廓形态、棱角形态以及粒径3个方面获取了6个颗粒形态定量指标,然后通过体积加权获取豆砾石样本的形态特征量化指标,最后将图像分析结果与筛分试验结果对比,验证图像分析结果的可靠性。研究结果表明,借助数字图像分析,可快速、有效地获取表征豆砾石形态特征的定量指标,进而为TBM工程中豆砾石筛选及质量控制提供依据。

Select

断层破碎带垮冒堆积体空间尺寸及变形机制

陈光波, 滕鹏程, 李谭, 张国华

地下空间与工程学报. 2022, 18(2): 465-475.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

煤矿灾后垮冒堆积体堵塞巷道并中断救援路线,严重影响救援工作的开展。以断层破碎带灾后垮冒堆积体堵塞救援路线为背景,在首次阐明断层破碎带地质特征和堆积体形态特征的基础上,推导了巷道冒空区尺寸、堆积体覆盖范围、堆积体高度计算公式,讨论了堆积体的变形特征和碎块移动方式。研究发现:断层破碎带可分为碎块型、裂隙型、共生型3种类型;岩石碎块越坚硬,碎块粒径越分散;紧密堆积体碎块接触点数目较松散堆积体多;冒空区尺寸和堆积体高度均与巷道高度、宽度、侧向应力系数、似内摩擦角有关;堆积体覆盖范围与巷道高度、巷道揭露断层破碎带长度、前区堆积角、后区堆积角有关。实测结果表明:巷道冒空区尺寸、堆积体覆盖范围、堆积体高度计算公式符合现场实际,吻合度较高;堆积体变形分为受载变形和蠕变变形;块体调整方式为横向移动调整、纵向移动调整、自身转动调整3种方式。

Select

不同幅值和频率的交通荷载下黏土变形特性研究

沈扬, 王钦城, 王俊健

地下空间与工程学报. 2022, 18(2): 476-486.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

采用GDS空心圆柱扭剪仪对南京河西地区软黏土施加不同循环动应力比(CSR)和不同频率的模拟交通荷载,分析研究土体在交通荷载下的动力特征。试验结果表明:应变曲线随CSR的变化可分为稳定型、临界型和破坏型;在不同频率下,可用频率折减系数对广义剪应变开展进行预测;在较低的CSR(小于0.23)下土体逐渐达到准二次平衡状态,孔压趋于稳定;在较高的CSR下,土体由于结构改变无法达到准二次平衡状态,孔压逐渐上升;不同频率下的孔压变化是由塑性体积应变开展程度和单位时间内塑性体积应变累计“次数”共同作用的;土体的割线弹性(剪切)模量E_d(G_d)与循环正(剪)应变幅值ε_m(γ_m)的关系可以用Hardin-Drnevich模型来描述,发现1/E_d~ε_m或1/G_d~γ_m的斜率与CSR成负线性相关,而频率对土体割线模量几乎没有影响;通过计算土体的总体等效阻尼比,发现土体破坏时其值约为0.018,且该值大小随频率变化影响不大,同时相比于CSR,荷载频率对总体等效阻尼比影响较小。

Select

考虑钢纤维分布的SFRS抗压特性

牛方义, 陈曦, 穆树怀, 唐建彬, 刘宗祺

地下空间与工程学报. 2022, 18(2): 487-494.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

对于喷射钢纤维混凝土(SFRS)材料,已有数值模拟或将其简化为均质材料或没有合理地考虑钢纤维的空间分布特性,导致相关数值建模未能很好地反映其实际力学行为。本文提出一种SFRS材料中钢纤维生成方法,开展数值模拟分析了钢纤维取向、含量和长径比对SFRS材料抗压性能的影响。结果表明:沿受力方向分布钢纤维能更好地发挥抗力作用,突显了SFRS材料的力学性能方向性特征;钢纤维对混凝土的抗压强度略有提高,但能明显影响混凝土裂缝发展阶段和破坏阶段的力学性能,钢纤维的掺入使混凝土的延性和破坏后变形能力提高1倍左右。

Select

盐岩单轴压缩损伤演化及声发射特征研究

张庆森, 武志德, 朱华银, 刘冰冰, 孟芳

地下空间与工程学报. 2022, 18(2): 495-502.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

盐岩具有低渗透性、良好的蠕变特性和损伤恢复功能等,是油气储存的重要介质,但是盐穴储气库注采运行中,盐岩变形存在大变形的力学行为,影响储气库的安全性。利用MTS815岩石力学测试系统对不同类型盐岩进行单轴压缩实验,配合声发射监测系统对实验全过程进行声发射监测,展开了盐岩变形破坏过程的力学特性及声发射特征研究,并对其损伤演化特征进行探索。结果表明:(1)在盐岩样品中存在夹层可以明显提高其抗压强度,通过3组实验岩心平均抗压强度对比发现盐岩中存在夹层强度可提高20%,3类岩心实验过程中声发射事件在抗压强度的40%以下较为平静,超过40%时声发射事件激增;(2)通过对声发射事件空间位置研究可以得到其对应岩心的破坏演化过程:含泥盐岩最初在样品各处均发生微小裂隙,随着应力的增加微小裂隙扩展连通主要发生在泥质含量较高区域,并在该区域形成宏观裂隙;含夹层盐岩破坏首先发生在硬夹层,然后向盐岩层扩展,最终穿透盐岩层丧失承载能力;纯盐岩首先在样品中部发生损伤,然后向两端传递,但是破坏主要在样品中部聚集,最终形成宏观断裂面;(3)利用能量累计值建立损伤变量,将损伤变量的演化曲线分为四部分,并提出工程的安全预警阈值。

Select

白砂岩相似材料配比试验及特性分析

贾宝新, 苑文雅, 马超义, 刘丰溥, 张建俊

地下空间与工程学报. 2022, 18(2): 503-512.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

岩爆已成为隧道工程中的常见灾害,物理模型试验是模拟和解决岩爆问题的一种有效科学手段。制作物理模型,材料选取和配比是关键。选取成昆铁路峨米段月直山隧道白砂岩为模拟对象配制白砂岩相似材料,引入弹性能指数、脆性指数和剩余弹性能指数,采用正交设计法配比相似材料,结合影响因素敏感性分析法对试验结果进行分析研究。以石英砂、铁粉、石膏、水泥、缓凝剂和减水剂为主要材料,选取石英砂含量、铁粉含量、石膏水泥比和砂子粒径4个影响因素,每个因素设定4个设计水平,一共16组配比方案。测定每组试验方案材料的单轴抗压强度、抗拉强度、弹性模量、弹性能指数、脆性指数和剩余弹性能指数,对比分析这些指数随着4个影响因素的变化规律。最终挑选出合理的材料配比方案,得到满足要求的白砂岩相似材料。试验结果表明:基于弹性能指数、脆性指数和剩余弹性能指数,配制出的材料能够满足白砂岩相似材料模型试验的要求;以水泥作为胶结材料可以使相似材料峰后曲线变缓,有效增加材料储能能力;预配制出中等强度岩爆倾向性白砂岩相似材料的关键是要合理地控制好石英砂的含量和石膏水泥比两个因素,再根据实际情况调节铁粉含量和石英砂粒径大小。

Select

互层岩体中巷道顶板应力分布及破坏特征研究

陈庆港, 左宇军, 林健云, 金镖, 王英乐

地下空间与工程学报. 2022, 18(2): 513-521.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

考虑巷道顶板岩层分层特性,采用Reissner厚板理论建立巷道互层顶板的应力计算模型,将巷道互层顶板视为三维应变厚板,结合力学相关知识求解得到不同条件下互层巷道顶板的应力分布。分析了软硬互层巷道顶板变形破坏特征及其规律,以山东某矿6506工作面回采巷道为工程背景,通过FLAC^3D数值模拟软件建立不同巷道顶板组合的计算模型,分析了互层巷道顶板岩层的软硬性质对巷道顶板应力和破坏深度的影响。研究结果表明:破坏发生在巷道顶板最下部岩层端部并逐渐向上扩展,最终形成冒落拱;不同岩性组合下巷道顶板应力主要集中在硬岩中,顶板各岩层岩性之间存在差异更易导致应力集中现象;硬岩能有效减弱巷道顶板的破坏深度,使顶板的变形量远小于软岩顶板的变形量,软岩顶板由于其支承能力弱,岩层内应力易达到其极限强度,导致巷道顶板的破坏深度和范围都大大增加。

Select

干湿循环作用下泥质白云岩能量机制试验研究

蒋建国, 郭建强, 陈建行, 卢雪峰, 杨前冬

地下空间与工程学报. 2022, 18(2): 522-531.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

为研究干湿循环作用下泥质白云岩力学特性和能量机制,利用MTS851.03岩石力学试验系统分别对干湿循环0次、40次及60次试样进行三轴压缩试验,分析了3种状态下泥质白云岩损伤破坏过程中的能量演化规律,并以可释放弹性应变能为统计分布变量,基于Weibull分布建立泥质白云岩的损伤统计本构模型。结果表明:3种状态下试样峰值强度与围压的回归关系符合主应力表达的Mohr-Coulomb准则特征;泥质白云岩试样能量实时演化过程具有阶段性;干湿循环作用使泥质白云岩的内部损伤和塑性变形加强;峰值点处试样各应变能随围压线性增大,储能极限随干湿循环次数逐步减小;以可释放弹性应变能为统计分布变量建立的损伤统计本构模型能较好模拟试样三维条件下的应力-应变关系。

Select

外扩式柔性支架及其主动支护试验研究

李学彬, 谷群涛, 米文瑜, 曹伟, 毕京九

地下空间与工程学报. 2022, 18(2): 532-537.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

金属支架是地下空间围岩控制工程一种重要的支护材料,存在施工效率低、支架成本高、被动支护等缺点。对此,首先提出了弯管含压外扩理论,并推导了其数学表达式,指出弯管含压外扩力与弯管的曲率、有效灌注压力、弯管直径的平方呈正比;其次,结合现场灌注工艺和柔性软管的延伸特性,提出并定义了外扩式柔性支架的概念,设计其施工工艺,具有施工效率高、支护强度高、支护成本低、主动支护大等优势;最后,设计加工了柔性支架相似模拟试验台,测试柔性支架外扩成型最小灌注压力和主动支护垂向分力的数值,并推导了数学表达式,其试验数值基本与计算结果一致,验证了弯管含压外扩理论的合理性和外扩式柔性支架的可行性。

Select

基坑工程钢支撑BFW活络接头的现场试验

张明聚, 简嘉隆, 李鹏飞, 吴昊, 李家帅

地下空间与工程学报. 2022, 18(2): 538-545.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

针对基坑内支撑体系中的活络接头薄弱的情况,研发了螺栓紧固锥楔式(Bolt Fasten Wedge,BFW)活络接头,并加工了8套足尺试件,在北京某地铁深基坑工程中进行现场应用。结合现场轴力监测数据,与钢楔式(Steel Wedge,SW)活络接头进行对比分析,验证该BFW活络接头的实际工作性能和基坑支护效果。在相同的施工条件下,现场监测结果为:(1)在架设后24 h内,BFW试验段三道钢支撑的轴力为预加轴力的86%~101%,而SW对照段仅为预加轴力的67%~92%;(2)BFW试验段、SW对照段的第二、三道钢支撑最大轴力比值分别为149.11%、120.43%。试验表明BFW活络接头保持预应力的能力更好,能及时地发挥承载性能,支护效果更优。

Select

基坑地连墙后有限土受力特性试验研究

夏明锬

地下空间与工程学报. 2022, 18(2): 546-553.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

为了研究城市基坑施工地连墙后有限宽度无黏性土的破坏模式及其压力分布特征,依托可模拟不同复杂工况的试验模型箱,开展地连墙平动模式下的主动土压力模型试验。通过数码相机记录填土随地连墙平行移动过程中的破坏全过程,采用颗粒图像测速技术分析有限宽度无黏性填土的变形特性和有限填土的破坏形式,并将测得的主动土压力与理论解进行对比。试验结果表明:有限填土几何条件的变化将影响填土的破坏模式,两侧边界的限制是地连墙平动模式下有限填土内部产生多道滑动面的主要原因,滑动面以曲面形式呈现;主动土压力值随填土宽高比的增大而增大,半无限土体状态下,主动土压力值接近库伦土压力值;第一个“反射点”随自然坡面倾角的增大而上移;随着有限填土区域的增大,主动土压力值也逐渐增大。

Select

考虑土体卸荷力学特性的基坑变形分析

闫芙蓉, 岳小丹, 胡雪源, 何停印

地下空间与工程学报. 2022, 18(2): 554-561.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

基坑开挖过程中侧壁土体和坑底土体受到一定程度的卸载扰动,强度及模量均有一定程度的降低,采用常规三轴试验所确定的土体参数进行基坑变形计算将会产生一定误差。为了寻找在土体开挖卸荷作用下更适合于基坑变形计算的土体参数,对郑州某深基坑工程坑壁主要土层进行了常规三轴试验、轴向应力减小及侧向应力减小的 UU-1 卸载试验、轴向应力不变及侧向应力减小的 IU-1.5 卸载试验、轴向应力增大及侧向应力减小的LU-2卸载试验4种不同应力路径试验,得到适用于基坑变形计算的土体参数。通过数值模拟结果与现场监测数据的对比分析,发现不同应力路径对基坑侧壁土体水平位移和土体沉降影响很大,考虑轴向卸荷参数的数值模拟得到的曲线和实际监测得到的曲线比较接近,说明采用轴向卸荷实验参数对工程施工设计更具有参考价值。

Select

缓倾层状隧道围岩挤压变形分级与控制分析

王亚琼, 杨强, 高启栋, 王世业, 张士朝

地下空间与工程学报. 2022, 18(2): 562-576.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

针对高地应力环境下缓倾层状隧道围岩的挤压变形问题,以云南昭乐高速轿顶隧道为工程背景,通过已开挖洞段底板的水压致裂试验,反演了初始地应力场;基于强度应力比大变形分级标准,对围岩挤压变形情况进行了预测分析;最后结合现场围岩变形破坏特征,探讨了深埋缓倾层状围岩挤压大变形的控制措施。研究表明:在测量深度范围内,水平主应力和垂向应力均随深度线性增加,最大水平侧压系数为1.52~1.80,最小水平侧压系数为0.91~1.10,即工程区内水平应力占主导作用,且最大水平主应力方位为NW294°,与区域构造应力场主压应力方向基本一致;测试区段内围岩的强度应力比均小于4,即围岩初始地应力均处于极高地应力状态;强度应力比计算结果表明,围岩的变形以轻微(Ⅰ级)至中等(Ⅱ级)大变形为主,但考虑到缓倾层状节理发育,且部分区段围岩极为破碎,有很大可能出现强烈(Ⅲ级)大变形;双层初支与注浆加固能有效控制拱顶沉降与仰拱隆起。

Select

深部高应力隧道TBM护盾长度和推力计算方法研究

鲁义强, 李光

地下空间与工程学报. 2022, 18(2): 577-585.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

岩石隧道掘进机(TBM)法开挖长隧道是一种安全、快速、有效的隧道开挖方法,但TBM复杂高应力隧道掘进时易发生卡机事故,因此,TBM在设计之初应尽可能考虑地质环境的影响,降低TBM的卡机风险。通过分析高应力常规地层和高应力软弱破碎地层对TBM的影响,提出了高应力常规地层和高应力软弱破碎地层TBM卡机的两个判据。根据两个判据提出了考虑围岩力学参数的高应力隧道TBM护盾长度设计和推力设计理论计算方法,并给出了参数选取依据。最后依据西南地区某高应力隧道的实际围岩地质参数,计算分析了现有TBM设计的合理性。本研究可为TBM的盾体长度和推力设计计算提供围岩力学参数依据。

Select

盾构法施工对近距离侧穿桥梁桩基的影响分析

周鑫, 杨建辉, 刘涛

地下空间与工程学报. 2022, 18(2): 586-595.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

盾构法施工地铁隧道近距离侧穿高速公路桥梁桩基时,引起地层移动和应力调整,导致桩基位移和内力发生变化,给上部结构带来安全隐患。以杭州地铁3号线工大站—留和站盾构区间双线施工为依托,运用三维有限元软件模拟盾构开挖施工的全过程,研究开挖过程对地层沉降及邻近桥梁桩基影响规律。结果表明,先行隧道开挖导致地表形成沉降槽,后行隧道开挖沉降曲线向后行线扩展;桩基竖向呈现刚体位移,单线开挖时在横向(Y方向)上嵌入土体桩基上半部分向隧道内倾移,下半部分背离隧道方向倾移,在纵向(X方向)上桩基呈现拱形弯曲,双线开挖时桩基横向位移发生反向叠加效应,导致最终横向位移基本接近初始状态,纵向上弯曲位移发生正向叠加效应;双线隧道先后开挖使桩基产生附加摩阻力和附加轴力,在隧道顶面分界线以上桩基总侧摩阻力较初始状态不断减小,分界线以下增加,位于-2.5 m以上桩基轴力较初始状态减小,以下增加;单线开挖时桩基弯矩变化明显,双线开挖弯矩出现反向叠加效果,基本保持初始状态。

Select

盾构施工中注浆压力波动对邻近桩基影响的研究

张川川, 于同生, 李丹梅, 陈强, 薛芳

地下空间与工程学报. 2022, 18(2): 596-602.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

盾构隧道施工中,沿着掘进方向土体参数存在空间变异性,需要不断调整注浆压力,以保证地应力稳定。这导致在施工过程中注浆压力会围绕设计压力值曲线波动。因此,在模拟盾构隧道掘进施工过程中应该考虑注浆压力参数的波动性对邻近受荷桩基的影响。针对这一问题,结合太原地铁2号线“学府街站—长风街站”盾构区间工程案例,考虑了注浆压力参数的不确定性,用数值模拟方法分析了地铁隧道盾构施工对邻近受荷桩基附加响应的影响。结果表明:考虑注浆压力波动性的盾构施工对邻近受荷桩基附加弯矩的影响较大,对附加轴力的影响相对较小;对附加弯矩的影响大的区域在地表以下0~30 m范围内(约2.5倍隧道埋深),对附加轴力影响较大的区域在隧道埋深附近。通过卡方检验发现,当300组注浆压力满足正态分布时,受其影响后的受荷桩基的附加轴力和附加弯矩也服从正态分布。

Select

基坑开挖下抗浮锚杆对盾构隧道控制效果预测

魏纲, 赵毅, 孙樵

地下空间与工程学报. 2022, 18(2): 603-610.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

研究布置在盾构隧道上的抗浮锚杆对隧道上浮的抑制作用。建立在布置抗浮锚杆的既有盾构隧道上方进行基坑开挖的三维有限元模型,考虑布置抗浮锚杆的长度、直径、角度、间距和每管片根数,分析抗浮锚杆布置方案不同对其抑制盾构隧道上浮效果的影响,同时考虑基坑的开挖工况与和盾构隧道的相对位置关系,分析抗浮锚杆在不同工况下的作用效果。研究结果表明:在盾构隧道管片上布置抗浮锚杆对上浮有一定抑制作用;盾构隧道上抗浮锚杆长度越长、直径越大、间隔越小、每管片布置根数越多,抗浮锚杆的作用效果越好;抗浮锚杆布置角度应在30°左右较为合适;盾构隧道埋深越大,抗浮锚杆的作用效果越好;基坑开挖的长或宽越大、开挖深度越大,抗浮锚杆的作用效果越明显。

Select

拉线式深层沉降监测装置的研制

于永堂, 刘争宏, 张龙, 王俊茂, 黄鑫

地下空间与工程学报. 2022, 18(2): 611-619.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

在湿陷性黄土场地试坑浸水试验的深层沉降监测中,传统的深标点法仅能单孔单点测量、电磁式沉降仪法存在测量误差大等不足。为此,研制了一种拉线式深层沉降监测新装置。该新装置的基本原理是在监测点处开挖竖直探井,沿探井圆周均匀设置多个深层测点,将锚固头安装至测点处的探井侧壁上,当测点处土层发生湿陷变形时,首先由锚固头将变形传递给测绳,然后再由测绳传递至立柱上的滑块,最后通过量测立柱上的固定支座与滑块之间的相对位移,结合几何水准测量结果,得到各测点的深层沉降量。新装置与传统深标点法的现场对比试验结果表明,新装置具有原理清晰、结构简单、量程可调、精度高等优点,既满足了单孔多点测量需求,又提高了测量结果可靠性。最后对该新装置尚存在的问题进行了探讨,并提出了改进建议。

Select

钻孔过程监测在岩体非均质性中的应用探讨

邓小龙, 李丽慧, 谭玉芳, 马瑞秋

地下空间与工程学报. 2022, 18(2): 620-627.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

岩体非均质性研究是地质资源与地质工程领域的重要内容,对地下空间及矿产能源的合理开发利用有着重要的意义。为了实时准确地评价页岩储层岩体的非均质性,将钻孔过程监测(Drilling Process Monitoring,DPM)引入铜川地区鄂尔多斯盆地延长组陆相页岩的现场勘察钻孔试验中,分别监测了钻头转速、钻杆前推压力、钻杆回撤压力、动力头位置4个参数,利用DPM钻进速率参数从多尺度对页岩岩体的非均质性进行了刻画。相关性分析及回归分析结果表明:DPM钻进速率与岩石可钻性、岩体完整性存在显著的相关性。具体地,储层尺度上,DPM钻进速率的变化可反映出储层岩性的变化,DPM钻进速率可定量地评价岩石的可钻性;岩心尺度上,DPM钻进速率的变化可定性地反映出岩芯的完整程度,但在≤100 mm完整岩芯上的钻进速率并不能有效反映出纹层岩性的变化。进一步地,纹层尺度上,＞100 mm厚度页岩纹层的纯钻过程位移曲线可被较好地进行线性拟合,而100 mm以下,泥岩、粉砂岩及凝灰岩纹层的纯钻过程位移曲线线性拟合性较差。研究结果对于正确认识DPM对岩体非均质性的划分及应用有着重要的指导意义。

Select

关于《建筑工程抗浮技术标准》的理解与思考

朱东风, 罗赤宇, 李剑锋

地下空间与工程学报. 2022, 18(2): 628-634.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

针对行业标准《建筑工程抗浮技术标准》JGJ 476—2019中的一些问题提出理解与思考。对于抗浮设计等级为甲级的工程,该标准增加了较多的工作内容,使用期内的地下水位预测是一个难点,开展基础数据积累和建立地下水数值分析模型是一种可行的方式,该标准将抗浮设计等级与基础设计等级挂钩并不完全合适。除整体抗浮稳定验算外,尚需对地下结构薄弱环节进行 “单元抗浮稳定验算”,并与底板强度和变形验算结合考虑。在承压条件下,地下室底板大部分区域的水头值与承压水水头值相同。抗浮锚杆筋体的截面计算公式存在概念不清晰的问题。采用主动抗浮方法时,应充分考虑地层、环境的适应性,对排水盲沟的保土防淤、渗流计算及截水帷幕的耐久性问题应进行更深入的研究。

Select

深废矿坑高陡边坡极限承载力计算方法研究

何昌杰, 雷勇, 邓加政, 李建新, 陈秋南

地下空间与工程学报. 2022, 18(2): 635-641.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

针对深废矿坑高陡边坡极限承载力问题,综合考虑锚索锚固岩体的压力墙和组合梁作用,结合Hoek-Brown强度准则,采用特征线法推导得到了矿坑高陡边坡极限承载力计算方法。结合工程实例,就坡度α、岩石力学参数GSI、m₀以及锚索的主动支护力等影响因素对矿坑岩壁岩石地基极限承载力的影响进行了分析,研究表明: (1) 承载力系数随坡度的增加呈线性降低,当GSI为45、m₀为7时,也即矿坑岩壁岩体为质量较差的石灰岩时,加锚后其承载力约为加锚前承载力的1.32~1.54倍,考虑锚索的组合梁作用可作为安全储备;(2)随着岩体质量越来越好,地基极限承载力系数增长的幅度越来越大,当坡度α为60°、GSI取85,坑壁为好岩体时,承载力系数值为1.28;GSI取45,坑壁为较差岩体时,承载力系数值为0.23;前者约为后者的6倍,表明岩体质量指标的好坏对承载力的影响较大。

Select

抗滑桩嵌固段桩前被动土拱形成机理

任翔, 胡涌琼, 王瑞, 白兰, 马甲宽

地下空间与工程学报. 2022, 18(2): 642-649.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

抗滑桩是滑坡治理的主要手段之一,嵌固段桩前被动土拱效应对抗滑桩承载力具有重要影响。为了对桩前被动土拱效应几何形态及桩间距的影响规律进行研究,采用平面应变有限元模型对不同桩间距的抗滑桩与桩前土相互作用进行模拟分析,提出了一种具有明确物理意义的土拱厚度的确定方法。通过搜寻土体中σ_xm(桩间土体中心截面处最大σ_x值)等值点的分布规律,拟合了土拱轴线的描述方程。讨论了桩间距对土拱的矢高、厚度的影响规律。通过与单桩计算结果的对比,提出了确定邻桩对桩前土影响范围的方法,进一步证明桩前土拱的存在。结果显示,随着桩身位移增加,桩前土体内主应力方向发生偏转,逐渐形成桩前被动土拱;桩间距为桩宽的2.5~4.5倍时出现被动土拱,3~4倍时土拱效应最明显,土拱厚度和矢高随桩间距线性增加;桩前被动土拱增加了相邻抗滑桩间相互作用范围。研究结果为抗滑桩桩前土受力及承载力研究提供了新思路,对工程实际具有一定参考价值。

Select

基于弯曲模式的层状采动斜坡变形破坏机理研究

梁风, 史文兵, 彭雄武, 张会仙, 徐一帆

地下空间与工程学报. 2022, 18(2): 650-661.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

为揭示采空区反倾斜坡变形破坏机理,针对采空区顶板层状岩体提出固定梁约束模型,并根据已有研究给出其基于结构力学和最大拉应力准则的弯曲折断应力判据。为验证约束模型的效果,以纳雍左家营崩塌为例,在详细地质调查的基础上,选取典型地质剖面1-1′剖面,对面积最大的1号采空区顶板每隔10 m取一个计算点,计算出固定梁约束模型下采空区顶板不同位置处的弯曲折断应力,同时利用FLAC^3D对其进行数值模拟,最后综合结构力学计算结果、数值模拟结果和地质调查对左家营崩塌机理进行分析。研究结果表明:固定梁可作为采空区顶板反倾层状岩体的受力模型,采空区顶板受力由固定梁向简支梁转化;采空区两侧端面应力集中现象明显,且应力集中朝顺倾向偏移,顺倾向应力集中较反倾向显著,采空区顶底板中部局部呈受拉状态,塑性区以剪切破坏为主;上硬下软不利岩性组合和节理裂隙发育的岩体造成的岩体结构破碎是崩塌源区形成的关键因素,高度临空的斜坡地形为崩滑提供了有利地形,采空区应力调整导致已有裂缝裂隙不断扩展、贯通,加剧斜坡失稳,最终形成崩塌。

Select

酸污染黄土强度指标及电阻率评价研究

刘华, 胡文乐, 胡鹏飞, 谷宏全, 牛泽林

地下空间与工程学报. 2022, 18(2): 662-672.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

为利用电阻率特征反演酸污染原状黄土的强度指标特性,以评价不同程度污染黄土场地的工程性能。以蒸馏水为基液制备了不同污染状态的黄土试样,通过二相电阻率法测试了盐酸、硝酸和硫酸污染黄土的电阻率特征,并采用直剪试验得到了污染黄土的抗剪强度变化规律,进一步联系了电阻率与抗剪强度指标间的定量关系。试验结果表明:酸污染原状黄土的剪应力-剪应变曲线总体呈现应变硬化型变化;随着盐酸和硝酸污染浓度的增加,污染土抗剪强度弱化,电阻率减小;随硫酸污染浓度的增加,污染土抗剪强度增加,电阻率增加。同时,以污染浓度为中间变量进行关联,发现抗剪强度与电阻率呈较好的正相关性。建立酸污染土电阻率及黏聚力和污染浓度的模型关系,可以较好地表征3个参数的正相关关系。最终在硬化型曲线讨论的基础上提出了考虑酸污染溶液浓度影响的剪应力-剪应变曲线预测公式,并通过对抗剪强度黏聚力指标及电阻率参数的分析,初步建议了利用电阻率特征评价原状黄土受酸污染程度的等级标准。

Select

基于逼近理想解排序法的基坑风险模糊识别方法

徐波

地下空间与工程学报. 2022, 18(2): 673-680.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

随着基坑工程深度与规模的增加,建设中的风险源也逐渐增加。为解决风险源无法采用确定数字定量评估的问题,利用三角模糊数与逼近理想解排序法(TOPSIS)相耦合的算法对基坑风险源进行识别,以实现对风险源识别的定量化表达。针对工程特征、周边环境和施工管理三方面的安全风险,结合基坑施工实际与专家工程经验,建立了影响基坑安全的风险源指标体系,提出了基于TOPSIS法的三角模糊风险源识别耦合模型。该模型可有效融合专家风险判别意见,使得结果更合理。对广州市天河路车站基坑风险源识别结果表明,该模型具有较好的适用性和有效性,对类似车站基坑的风险源识别、安全管控具有一定的指导意义。

Select

承压水上含隐伏断层突水动态监测物理模拟研究

王进尚, 姚多喜

地下空间与工程学报. 2022, 18(2): 681-689.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

为深入研究底板裂隙扩展与隐伏断层递进导升突水动态规律,研制了一种煤层底板破坏与递进导升协同突水定点动态监测系统,该系统由恒压加压装置、递进导升定点定量观测装置、导升水量定量采集装置、应力检测系统组成,直观实现底板不同位置处煤层底板破坏与承压水递进导升的情况,揭示了采场底板破坏与递进导升协同突水机理及两者之间时空演化规律。试验结果表明:随着工作面推进,隐伏断层递进导升过程经历了自然导升段、递进导升段、强化导升段以及贯通阶段4个阶段,与煤层底板岩体裂隙发育的速度和规模有着重要关系,当采动应力卸荷出现峰值时,递进导升程度加强且水量增加,底板岩体卸荷程度与递进导升强度和动态监测管出水量同步达到峰值。

Select

自然风对多点进出地下道路通风性能的影响

施孝增, 闫治国, 倪丹

地下空间与工程学报. 2022, 18(2): 690-700.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

随着城市建设发展,多点进出城市地下道路已经成为城市地下交通发展规划的新趋势。基于网络通风理论和通风设计标准,建立了一维隧道内压力平衡模型。以武汉市城市地下道路工程为背景,研究了自然风阻力作用对多点进出地下道路通风性能的影响。研究发现,多点进出地下道路按照设计规范推荐的自然风速进行通风设备配置,不完全能提高隧道整体设备配置的安全性。在隧道运营中应结合隧道自然风速和隧道平均车流速度变化,进行通风设备的运行控制。在典型自然风速下,匝道和主线的长度变化对出口匝道的通风量影响显著,对入口匝道通风量影响较小。研究成果可为同类工程的通风设计和隧道运营提供参考。

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