地下空间与工程学报

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桂汪洋, 张旭, 周信

地下空间与工程学报. 2023, 19(3): 701-713.

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高铁站地下换乘空间作为人流疏散的重要场所,其使用效果会受到自身空间组织特征的影响。京福高速铁路是“八纵”之一的京港(台)通道的一部分。通过实地调研京福线38个站点,按照空间组织形式将其分为网格式和轴线式2种类型,选取合肥南站和徐州东站作为2种类型的典型案例,采用空间句法的轴线法和视域分析法作为具体分析手段,结合整合度、连接值、可理解度、视觉整合度﹑视觉控制度和视觉聚合系数6个指标,分析地下换乘空间的可达性、渗透性、可识别性、可视性、视域范围和限制性,总结出京福线高铁地下换乘空间的组织特征,并提出相应优化策略。

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城市地下全要素多尺度语义表达模型及应用

花卫华, 张子琛, 陈启浩, 刘修国

地下空间与工程学报. 2023, 19(3): 714-724.

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城市地下空间作为集约型城市建设的必要途径以及“城市病问题”的有效解决方案,其开发利用受到了越来越多的重视。针对现有城市地下空间研究中集成要素不全面,导致其开发规划不协调的问题,提出了一种城市地下全要素信息多尺度语义表达模型。通过分析城市地下全要素信息的特点、存储形式及语义关系,明确了全要素信息所含的各种实体及其属性、实体间的联系等,构建了城市地下全要素信息实体关系ER图,同时,从语义层、模型层、表达层3个层次构建了城市地下全要素信息多尺度语义表达模型,并展现了该模型在城市地下空间开发适宜性三维评价中的应用实例。

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黏性土大数据黏弹塑性本构模型研究

凌跃, 刘元雪, 赵久彬

地下空间与工程学报. 2023, 19(3): 725-736.

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土的动力本构模型是土动力学研究的核心问题之一,是开展重要土木工程动力数值计算的基础。一般动力本构模型存在假设多、适用范围小、不能合理反映岩土材料的动力特性等问题。从黏性系数入手,通过黏性土动力荷载作用下的大量试验数据的大数据深度挖掘,确立黏性系数的主要影响因素,建立黏性系数的大数据计算模型。在本研究团队的大数据静力广义塑性力学本构模型基础上,以黏弹塑性理论为模型框架,将黏性系数计算模型引入黏弹塑性模型中,建立黏性土大数据广义塑性力学黏弹塑性本构模型。经验证,该模型拟合程度为0.956,能够较好模拟黏性土在动荷载下的动力特性。

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基于阻尼最小二乘法的盾构隧道围岩力学参数反演

王哲成, 秦祯秋, 刘笑娣, 刘新根, 张忆

地下空间与工程学报. 2023, 19(3): 737-749.

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在盾构隧道的建设和运营中,往往很难快速准确地通过测量获得盾构隧道管片结构的强度及外荷载,为了快速、准确地获取盾构隧道施工期和运营期的力学参数,基于盾构隧道管片的精确测量数据对结构的强度参数及外荷载参数进行反演的方法得到广泛应用。基于阻尼最小二乘法(Levenberg-Marquardt法,简称L-M法),对盾构隧道荷载结构法模型中的结构强度参数及外荷载参数进行了反演研究,基于同济曙光三维有限元平台研制了相应的参数反演软件,并对比了遗传算法、单纯形法与阻尼最小二乘法的特点和异同,讨论了多参数反演过程中的多值问题。最后结合实际工程案例,对局部荷载值和地层弹簧受压刚度进行了反演分析,都得到了稳定的结果。研究结果表明,基于阻尼最小二乘法对盾构隧道结构强度和荷载参数反演的结果较为稳定可靠,可为盾构隧道结构施工和维护工作中的参数确定提供计算方法。

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长距离岩石顶管工程管节摩阻力研究

邓志云, 刘新荣, 钟祖良, 陈鹏, 张绍炜

地下空间与工程学报. 2023, 19(3): 750-759.

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长距离岩石顶管工程中,管节底部沉渣会改变管—岩接触状态,常用于土层的管—土摩阻力计算模型不能真实反映长距离岩石顶管工程中管—岩动态接触状态。结合长距离岩石顶管中典型管—岩接触模型,系统分析了岩石地层管节摩阻力主要影响因素,并通过案例分析验证模型的适用性。结果表明:管节底部沉渣、泥浆浮力及管—岩摩擦系数是影响长距离岩石顶管工程管节摩阻力的主要因素;悬浮状态、顶部点接触状态及全接触状态能分别较好地反映管节在顶进初期、正常顶进及面临卡管风险极端情况下的管—岩接触状态;案例分析显示,提出的典型管—岩接触状态能较好地反映长距离岩石顶管在不同顶进阶段的摩阻力,具有一定的实用性,可为类似工程提供借鉴和参考。

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矩形顶管管土接触状态及顶进力研究

区伟潮, 张栋, 曾川峰, 邬彪彪, 傅志浩

地下空间与工程学报. 2023, 19(3): 760-766.

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为了合理预测矩形顶管管周摩阻力,进而更加精确地确定顶进力,对矩形顶管的管土接触状态进行分析发现:注浆效果良好时,矩形管节在泥浆中处于上浮状态;注浆效果一般或土体稳定性较差时,管土接触状态倾向于全接触。在此基础上提出管土全接触、管顶及两侧与土体接触、管顶及一侧与土体接触和管顶与土体接触为4种最有可能的接触状态。分别进行管土和管浆摩阻力理论计算公式的推导,结果表明:管浆摩阻力可以忽略,采取太沙基竖向土压力理论可以较好地预测矩形顶管管顶竖向压力大小,据此建立了不同管土接触状态下的管周摩阻力计算模型。考虑不同管土接触状态,开展矩形顶管顶进数值模拟,通过与工程实测顶进力进行对比,结果表明:在管顶及一侧与土体接触的假设下,数值模拟和理论计算得到的顶进力与实测值误差分别为13.2%和8.5%。

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考虑管—土—浆相互作用的管段施工过程力学模型

侯俊锋, 肖楚怀, 李江, 郅彬, 李金华

地下空间与工程学报. 2023, 19(3): 767-776.

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顶管法应用广泛,为更准确控制顶进过程的顶力,假定注浆浆液为粘时变流体,将注浆过程分为初注和满注2个阶段,初注时采用柱形渗透扩散模型,满注时采用管土部分接触模型,提出了基于浆液扩散面积和渗流速度的浆液状态判断准则,建立了考虑管土浆相互作用的管段全过程力学模型。浆液满注时,基于粘性流体力学和管土部分接触模型,得到了管段不同接触面剪应力大小。在此基础上将浆液产生的浮力与管段自身重力比较,来确定管土浆共同工作模式下管段形态,得到不同形态下管段所处状态的力学模型。进一步的计算实例证明,其他参数已知的条件下,可以通过本文提出的管段全过程力学模型计算出管段的顶进阻力。与实测及其他文献计算结果对比可知,提出的计算模型能够实时准确反应管段所处工作状态且计算结果更为精确。

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基坑开挖卸荷对坑底管桩承载性状影响研究

杨庆光, 陈小巍, 贺敏, 刘杰, 何杰

地下空间与工程学报. 2023, 19(3): 777-783.

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对于先地面成桩后基坑开挖的坑底管桩基础,基坑开挖卸荷会对坑底管桩成桩挤土效应产生弱化效应,进而对管桩竖向承载力造成影响,而这方面的研究较少。本文基于Vesic圆孔扩展理论,在考虑基坑开挖卸荷对管桩挤土效应影响的基础上,建立了开挖卸荷影响下坑底管桩竖向承载力折减系数k计算方法。通过室内模型试验,对比研究开挖前后静压桩和钻孔桩荷载—沉降关系特征。结果表明:开挖卸载对静压桩极限承载力所对应变形量变化量是钻孔桩的3倍;沉降量相同时,竖向承载力折减系数k试验值为0.856,与计算值0.833相差仅为2.72%,但明显低于钻孔桩承载力折减系数k试验值0.923。此外,计算结果表明:折减系数k与基坑开挖深度/管桩桩长(H/L₀)比值变化曲线表现出明显非线性特征,且δ取值改变对k值影响较k₀和c取值变化对k值影响更为显著。本文研究成果能为坑底管桩承载力设计提供有益参考。

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高等与常用本构模型对黄土变形影响的模拟对比

廖军, 朱桥川, 王治军, 戴自航

地下空间与工程学报. 2023, 19(3): 784-792.

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选用合适的土的本构模型是确保岩土工程问题数值模拟定量计算精度的关键。近些年来,两种土的高等本构模型,即硬化土模型(HS模型)和考虑小应变刚度的硬化土模型(HSS模型)在已有的研究中表现出良好的有效性和先进性,但目前鲜有将其应用于黄土工程问题的研究。为此,针对笔者开展的室内黄土三轴压缩试验和现场黄土地基平板载荷试验,采用Diana有限元软件?械腍S和HSS模型及常用莫尔—库伦模型(M-C模型)和邓肯-张模型(D-C模型)开展了数值模拟对比研究。结果表明:HS和HSS模型比常用的M-C和D-C模型更好地拟合了这两种试验结果,且HSS模型比HS模型总体拟合结果更好。因此,HS和HSS模型在模拟黄土变形及其失稳破坏机理方面比后两者更可靠,具有推广使用价值。

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类岩材料非圆孔定向胀裂特征研究

范祥, 李龙, 黄旭飞, 曹校勇, 谢永利

地下空间与工程学报. 2023, 19(3): 793-803.

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采用自行设计的劈裂器,对含有非圆孔混凝土试样进行了胀裂试验,研究了不同孔洞形状试件破坏荷载特征、裂纹扩展规律及孔周应力分布情况。结果表明:与圆形孔洞试件相比,椭圆孔、矩形孔和菱形孔试件峰值荷载均显著降低,荷载减小比例为28.2%~70.3%;椭圆孔洞、矩形孔洞和菱形孔洞对裂纹的萌生均产生了导向作用,椭圆孔洞与菱形孔洞对裂纹的导向作用随着长短轴(对角线)比值的增大而增强,而矩形孔洞导向作用随边长比值的改变变化不显著;从裂纹导向效果来看,菱形孔洞优于椭圆孔洞,椭圆孔洞优于矩形孔洞;改变孔洞形状产生了明显的拉应力集中现象,椭圆孔洞长轴端点拉应力集中程度随着长短轴比值的增大而增大;矩形孔洞4个尖端拉应力集中程度随着边长比值的增大呈现出先减小再增大的规律;菱形孔洞拉应力集中程度随着对角线比值的增大表现出先增大再减小的变化趋势。

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不同黏粒含量红黏土失水与开裂关联性分析

王良玉, 刘宝臣, 杨柏, 崔延硕, 马江敏

地下空间与工程学报. 2023, 19(3): 804-814.

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为了研究不同黏粒含量对红黏土裂隙性的影响,制备4种含水率的试样,分别观察试样在20 ℃和60 ℃ 2种温度条件下裂隙的发展规律,并使用Image J图像处理软件对裂隙面积、裂隙率、裂隙长度进行测量和计算,对失水过程与开裂过程进行关联性分析。结果表明:当含水率相同时,相同黏粒含量红黏土的裂隙面积和裂隙长度发育的起止失水率随温度的升高而增大;当失水温度相同时,相同黏粒含量红黏土裂隙面积和裂隙长度发育的起止失水率随初始含水率的增大先下降后上升;当温度和含水率相同时,红黏土的表面收缩率随黏粒含量的增加逐渐减小;黏粒含量的变化与试样裂隙面积、裂隙长度发育的起止失水率之间未呈现出明显关联。

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预应力及冻融循环对砂岩物理力学特性的影响

史为政, 段志, 许晓亮, 黄天柱, 龚家伟

地下空间与工程学报. 2023, 19(3): 815-823.

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为研究地应力条件下岩石受季节性冻融的影响效应,以三峡库区岸坡砂岩为研究对象,设计研制出可对标准试样进行预应力加载的装置,开展了不同预应力水平与冻融循环次数下的砂岩物理特性及力学特性试验,分析了预应力与冻融循环作用下砂岩质量、孔隙率、波速及抗压强度的变化规律,并从孔隙周围应力分布的角度探讨了预应力与冻胀力对岩石力学特性的影响机制。结果表明:砂岩的质量损失率、孔隙增长率及纵波波速衰减率与冻融循环次数呈正比,预应力的施加会显著改善由于冻融循环引起的损伤;冻融作用下砂岩的单轴及三轴抗压强度随预应力的增加先陡增后趋于稳定,施加预应力的砂岩抗冻系数可达到75%以上,0～3 MPa范围的预应力能更为有效地提高砂岩的抗冻性能,围压的存在也可减弱冻融循环对砂岩强度的劣化影响;预应力改变了砂岩内部孔隙的应力分布,使孔隙两侧形成压应力区,可有效抵抗冻胀形成的切向拉应力,抑制了冻融循环对砂岩的损伤。研究成果可深化对冻融循环作用下砂岩损伤劣化规律与机制的认识。

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基于声发射不同粒径黄砂岩裂纹扩展研究

倪彬, 谢伟, 李乾龙, 王立

地下空间与工程学报. 2023, 19(3): 824-832.

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岩石受荷载后内部微裂纹扩展及其震源机制反演有助于认识宏观裂纹扩展过程的非线性断裂力学行为。基于声发射定位技术对不同粒径大小的黄砂岩试件进行了单轴压缩试验,结果表明:通过声发射定位技术以及矩张量反演等手段可以更为直观地反映出岩石内部的损伤程度;试验过程中黄砂岩试件的微裂纹破裂模式主要以张拉型裂纹为主,随着构成岩石的矿物颗粒粒径的增大,试件内部的剪切型微裂纹占比逐渐增大,试件微裂纹的破坏模式呈现出由张拉型破坏向剪切型破坏过渡的趋势;结合声发射震源空间分布可知,初始裂纹产生位置以及裂纹的扩展方向具有随机性,但随着荷载增加,其内部裂纹演化的有序度不断提高。研究成果可为地下岩体工程开挖稳定性评价提供理论参考。

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多尺度聚丙烯纤维混凝土二次衬砌受力特性研究

孙德彬, 杨沛文, 任联玺, 梁宁慧, 刘鎏

地下空间与工程学报. 2023, 19(3): 833-843.

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运营隧道出现开裂、渗漏水、腐蚀等严重病害时,对衬砌病害的治理不仅要考虑支护结构的受力状况,还需考虑支护材料的性能。基于某病害隧道二次衬砌置换项目,开展了多尺度聚丙烯纤维混凝土(Multi-scale Polypropylene Fiber Reinforced Concrete,MPFRC)的二次衬砌现场浇筑试验,对衬砌强度、隧道表观、初期支护与二次衬砌接触压力、混凝土应变等进行长期观测与数据采集,研究了纤维混凝土二次衬砌结构的受力特性。结果表明:纤维对混凝土的强度提升明显,抗压、劈裂抗拉和抗折强度分别增长了7.51%、11.45%和26.95%;普通混凝土段与纤维混凝土段初期支护与二次衬砌最大接触压力均在拱脚,分别为282.63 kPa和231.83 kPa;二次衬砌纤维混凝土的应变相比于普通混凝土要小约45.45%,其应变—时间曲线相对平缓、数值更加稳定;MPFRC提高了衬砌强度的安全性,研究成果可为类似工程的病害预防与治理提供参考。

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软黏土小应变本构模型参数研究与应用

王卫东, 李青, 徐中华, 宗露丹, 李耀良

地下空间与工程学报. 2023, 19(3): 844-855.

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小应变范围内土体刚度的非线性特性是土体的重要特性之一,合理获取小应变参数对基坑工程周边环境变形分析至关重要。以上海软黏土为例,采集了该地区的典型黏土层(②~⑥层)的原状土样进行了试验研究,提出了由常规岩土勘察报告提供的压缩模量E_s1-2确定刚度参数E^ref_oed、E^ref₅₀、E^ref_ur及小应变剪切模量G^ref₀的方法,给出了R_f、m、ν_ur、γ_0.7等参数的取值范围,结合勘察报告提供的c′、φ′等强度参数指标,可以合理得到HS-Small模型的全套参数,上述方法及模型参数已被纳入上海市《基坑工程技术标准》。最后,基于该方法确定的小应变模型参数,对上海深隧排水系统云岭西超深竖井基坑进行了三维数值分析,验证了小应变本构模型在超深基坑工程中的适用性。

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溶洞型基桩承载特性离心试验及承载力计算方法

陈慧芸, 冯忠居, 夏承明, 刘旭照, 王逸然

地下空间与工程学报. 2023, 19(3): 856-866.

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为确定溶洞对基桩荷载传递规律和承载特性的影响,通过离心模型试验,研究了4种洞高、4种洞跨和3种溶洞层数下基桩的荷载—沉降规律、竖向承载力、荷载分担比、轴力和侧阻的变化;引入敏感分析模型,研究了基桩竖向承载力对两因素的敏感性;采用荷载传递法建立了穿过溶洞的基桩荷载—沉降计算公式。结果表明:洞高、洞跨、层数的增加会削减基桩竖向承载力,洞高对承载力的影响大于洞跨;两因素变化下溶洞处桩身轴力几乎不衰减,单位侧阻骤减至接近零;采用改进的荷载传递法和双曲线模型建立了基桩承载力计算公式,计算结果与试验结果相比,最大误差5.96%,具有较高吻合度。研究成果可为岩溶区基桩竖向承载力和沉降计算提供参考。

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浸水浅埋黄土隧道复合地基受力性状试验研究

胡昆昆, 何勇, 李又云, 刘路路

地下空间与工程学报. 2023, 19(3): 867-880.

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湿陷变形是黄土隧道建设与运维过程中一直面临的难题,其中复合基底在黄土隧道建造中发挥着关键作用,有效缓解了黄土隧道的湿陷变形问题。为了研究湿陷性黄土地层隧道复合基底承载力及其湿陷变形问题,通过室内大型模型试验,研究了复合基底浸水和未浸水工况下基底受力变形性状,结果表明:较天然基底,复合基底各测点应力响应深度有所增大,基本都在60 cm以内,但基底土体应力减小幅度较无桩工况有所减小;浸水能提高复合基地桩顶和桩间接触压力,但桩顶压力变化趋势相对较大;此外,浸水作用能降低加固区应力增量,下卧层应力增量有所增大。

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岩溶区诱发性土洞塌陷的水膜效应作用机理研究

廖云平, 吴斌, 陈立川, 徐洪, 董平

地下空间与工程学报. 2023, 19(3): 881-887.

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岩溶区土洞塌陷是典型的诱发性地质灾害,其致灾过程具有强隐蔽性、难预测性、过程复杂性、群发性的特点。为研究其致塌作用过程与机理,以重庆典型岩溶区的诱发性土洞塌陷为研究对象,自制试验装置,现场采集盖层土样,开展地下工程诱发土洞塌陷物理模拟试验,采集了负压与盖层土体微应变信息,揭示了水膜效应在土洞塌陷过程中的作用机理。结果表明:在水位下降与降雨条件下,覆盖层土体在土洞正上方变形最大,并向边缘逐渐减小,且土体变形与土洞空腔内的负压值正相关,与厚度负相关。水膜效应是由水—土—气耦合作用导致,其加剧了土洞塌陷的风险,是岩溶区土洞成群成片致塌的内因,为该地区土洞塌陷的监测预警和治理对策提供了理论支撑。

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含卸荷裂隙北山花岗岩蠕变特征试验研究

王春萍, 刘建锋, 刘健, 陈亮, 王璐

地下空间与工程学报. 2023, 19(3): 888-896.

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为研究开挖卸荷后围岩的长期力学行为特征,以完整岩石卸荷试验获得的含裂隙花岗岩为研究对象,基于裂隙试样三轴压缩试验获得的强度参数,开展了干燥和饱和2种状态下的蠕变特性试验研究。试验过程中采用三维声发射定位系统对试样的应力应变全过程进行实时监测。结果表明:裂隙花岗岩的横向蠕变变形及稳态蠕变速率均比轴向上更加显著;饱和条件下的蠕变应变占总应变的比例及稳态蠕变率比干燥条件下的更低;损伤加速发展的临界应力值约为抗压强度的90%,声发射累积振铃计数的变化趋势与横向应变的变化趋势一致;建议在地下工程围岩稳定性分析中,根据工程实际状况考虑含水状态对围岩变形和强度弱化效应的影响。

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南沙港区深厚淤泥软土特性及空间异性研究

蔡子勇, 乔世范, 檀俊坤, 刘屹颀

地下空间与工程学报. 2023, 19(3): 897-910.

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软土参数作为岩土工程勘察的关键指标,是研究软土特性及解决工程问题的前提和依据。以广州南沙港区深厚淤泥及淤泥质软土为研究对象,共收集371组室内试验及147组原位测试资料,采用数理统计方法及随机场理论对软土参数空间特性进行研究。结果表明:软土表现为“四高一低”,即含水量高、液限高、孔隙比大、压缩性高、抗剪强度低,具有较强的区域性及空间异性,时空效应显著。建立了软土参数之间的经验公式,发现软土物理指标相比力学指标稳定性较好,变异系数较小,具有更强的相关性;随着软土深度的增加,含水量、孔隙比、压缩系数、液限及液塑性指数呈减少趋势,天然密度、压缩模量、强度指标及静力触探指标呈缓慢增长趋势,十字板抗剪强度呈先减少后增大趋势;自相关距离随探孔深度的增加无明显相关性,采用锥尖阻力指标能更好地反映土层的空间变异特性及试验结果的重现性,实现软土参数由“点”特征向“空间”特性的转变;提出了该区域软土判定标准建议值,为类似地区淤泥软土勘察设计、软基处理及施工提供参考。

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考虑围岩参数空间变异性的连拱隧道稳定性分析

刘昆珏, 随意, 程晓辉, 陈朝晖, 普利坚

地下空间与工程学报. 2023, 19(3): 911-920.

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依托某高速公路连拱隧道,通过有限元极限分析结合随机场分析的方法,研究了围岩参数空间变异性对连拱隧道施工稳定性的影响。首先,开展了将岩石视为均质材料的确定性分析,通过有限元极限分析计算出了后行洞施工过程中各个开挖施工阶段的稳定系数,阐释了此时隧道结构的变形破坏模式和塑性区分布,得到了施工过程中的最危险工况。之后,通过随机场分析,研究了包括变异系数、相关长度在内的因素对连拱隧道最危险工况下的稳定系数、塑性区分布的影响。将随机分析得到的稳定性系数分布与确定性分析结果进行比较可知,即使岩石材料强度达到工程常用的置信度,确定性分析的结果仍然在一定程度上高估了工程安全性,这表明了确定性分析的局限性。最终,在考虑围岩参数空间变异性的情况下,得到了本工程隧道的失效概率及围岩强度参数设计标准值的建议值。本文的研究成果表明了隧道设计中考虑围岩参数空间变异性的重要性,可为相似工程的设计与施工提供参考。

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黄土隧道不同支护体系下围岩变形响应研究

蔡元成, 杜可, 王志超, 赖金星, 谢少华

地下空间与工程学报. 2023, 19(3): 921-934.

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随着隧道机械化、装配化施工的推进,探索新型结构的支护效应对于实现“双碳”目标具有重要意义。基于新型组合结构支护体系,依托某浅埋黄土隧道,探讨了传统型钢钢架与π型钢架的抗弯性能,并通过现场监测结合数值模拟,对比分析了传统支护体系与新型支护体系下的围岩变形特征及响应规律,明确了各自的支护效应。结果表明:相比传统型钢钢架,π型钢架I_x/I_y更加接近1,水平和垂直方向的抗弯能力相对平衡,稳定性更好;数值计算结果与现场监测数据的沉降趋势较为吻合,围岩变形发展均经历4个阶段,且拱顶最终沉降及周边收敛的计算平均误差分别为14.85%和15.25%,验证了数值建模方法的正确性;建立对比分析模型,与传统支护体系相比,新型组合结构支护体系下的拱顶沉降、周边收敛以及初期支护压应力分别减少53.4%、61.0%、35.2%,塑性区的扩展得到有效控制。本研究可进一步丰富黄土隧道支护结构选型,为同类工程施工提供参考。

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基于流固耦合的盾构地中对接法管片松动研究

尹清锋, 何明高, 陈星欣, 郭力群

地下空间与工程学报. 2023, 19(3): 935-945.

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盾构地中对接法是指2台盾构机相向掘进至某点对接,然后在地层中弃壳解体的方法,适用于水域、山川和城市密集区。通过建立应力—渗流耦合模型,研究后行隧道开挖和推进千斤顶推力卸载对先行隧道环缝的影响,并基于环缝张开量提出防松动环设计参数。结果表明:先行隧道开挖时,环缝张开量随开挖步增加而增加,错台量受隧道顶部下沉和管片张开影响出现2个波动;后行隧道开挖时,环缝张开量随隧道开挖步增加而增加,错台量随隧道开挖步增加而减小;其次,通过提高顶推力大小能有效减小开挖扰动造成的影响,但在较大顶推力下,弃壳解体时会引起环缝发生明显的二次张开;为了控制张开量在合理范围内,增加钢环厚度能有效减小防松动环应力和变形。

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长大隧道风仓式施工通风结构参数优化研究

杨帅, 任锐, 王庭川, 王亚琼

地下空间与工程学报. 2023, 19(3): 946-954.

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为了解决隧道施工过程中独头掘进距离受风管长度限制的问题,本文以伏牛山特长公路隧道为工程背景,通过数值模拟的方法对风仓的结构参数进行了研究。以风仓内轴流风机的通风效率作为评价标准,得到了风仓结构的优化参数,并对其整体的通风效果进行了评价。结果表明:风仓的合理长宽比为1∶2,风仓同侧2台轴流风机的间距应为2~4 m;当风仓左右两端的需风量差异较大时,风仓中隔板的长度与风仓宽度比为1∶1.5可以有效地减小风仓内的抢风现象;采用30°的“人”字形中隔板可以有效地减小59.40%的局部损失。通过对整体数值模拟可得,风仓式施工通风可以有效地减小风管的长度,去除隧洞内的污染物,达到良好的通风效果。

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地下层状岩体爆破的DDA方法模拟研究

杜鑫, 甯尤军, 杨军

地下空间与工程学报. 2023, 19(3): 955-961.

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爆破破岩是爆炸应力波和爆生气体压力共同作用的结果,岩体不连续面和地应力是影响地下岩石爆破的重要因素。在非连续变形分析(DDA)方法中引入接触阻尼算法,同时改进爆腔搜索算法,采用递归策略搜索联通裂隙网络,实现节理岩体爆破模拟中爆腔的实时跟踪,进而对爆炸应力波和爆生气体共同作用下地下层状岩体的单孔爆破进行数值模拟,研究节理间距对破岩效果的影响。结果表明:节理对爆炸应力波的衰减作用随着节理间距的增大而明显减弱,相应的爆腔体积增大和爆腔压力衰减减慢;节理间距的增加将减慢爆破能量的衰减,从而导致更多的裂纹数量和更大的破岩程度;当节理间距较小时,爆生气体破岩作用较大,而随着节理间距的增加,爆炸应力波破岩作用愈加明显;节理的存在还将导致爆破径向裂纹沿节理面的偏转并进而继续沿径向扩展或停止扩展;节理间距越大,径向主裂纹发育也越明显。

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二元基坑新型吊脚墙(桩)技术工程实践

李隆平, 王林枫, 王自强, 李良军, 王天水

地下空间与工程学报. 2023, 19(3): 962-972.

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为给围护结构提供足够的末端嵌固,传统吊脚墙(桩)底部设置岩肩及预应力锁脚锚索。针对一种新型的无岩肩吊脚墙(桩)支护结构开展研究,依托实际工程,分别介绍了无岩肩吊脚桩、无岩肩长短吊脚桩、无岩肩吊脚墙的设计方案,并采用三维数值模型研究了3种支护形式的开挖变形特征,并与现场监测数据进行了比对,结果表明:该无岩肩无预应力锁脚锚索的新型吊脚墙(桩)支护形式,通过内支撑与吊脚结构,可保证支护段稳定;可视基岩的岩石强度、完整性灵活选择中风化、微风化岩层作为吊脚结构持力层,结合注浆、锚喷支护等措施并控制岩壁开挖质量,可保证岩壁段稳定;下部岩壁段开挖对上部支护结构的内力、变形及地面沉降影响甚微,均可忽略不计;数值模拟和现场实践均表明,3种支护方法均能保证基坑与岩壁段稳定。

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多向荷载作用下超大直径群桩基础方案评价

杨勇, 杨春山, 胡会勇, 欧振锋, 王巍

地下空间与工程学报. 2023, 19(3): 973-980.

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海心桥是连接广州南北轴线的重要联系纽带,因上部复杂的异性结构体系,导致其下部基础承受了复杂的多向荷载作用。考虑土层—结构相互作用,建立海心桥超大直径群桩基础三维精细计算模型,分析基础结构与桩周土的力学性状,量化结构承载力安全富余度和土层稳定系数,而后综合评价多向荷载作用下群桩基础的可靠性。结果表明:(1)基础最大位移不足限值的10%,最小承载力安全系数为2.56,且最大应力显著小于强度设计值,结构未出现裂隙和强度破坏;(2)基础桩周土层受到挤压剪切效应,土层最小稳定性系数为2.58,没有出现塑性破坏;(3)综合土层与结构力学特性研判,实例群桩基础满足可靠性要求;(4)基础在单向荷载作用下表现出的受力变形一致性在多向荷载作用下不复存在;(5)承台—土层相互作用特性对桩基内力影响明显,桩基设计计算中应充分考虑。项目实施后,计算结果与实测值进行了对比验证,指出了规范中m法的局限性,并给出了修正建议,可为类似工程提供参考。

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BIM在公路山岭隧道全生命周期中的应用

李德宏, 周翔, 黄小通, 田大鹏, 李维瑞

地下空间与工程学报. 2023, 19(3): 981-991.

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以云南昆明绕城高速公路杨林隧道为依托工程,结合BIM技术开展了从隧道参数化建模到施工信息管理再到BIM模型与数值模型交互方法的研究。应用Autodesk Revit软件平台,基于Dynamo可视化编程技术,开发了公路山岭隧道参数化建模系列节点包程序,高效地创建了隧道路线模型、隧道衬砌模型、隧道支护模型、地质模型;开发参数信息创建及录入自动化程序,实现隧道工程数据批量化导入BIM模型;基于中间格式文件“. sat”实现Revit与Midas GTS NX之间的模型交互,将建模区段的模型进行施工数值模拟并反馈到模型中。研究成果可为BIM技术在公路山岭隧道以及其他地下带状工程在设计、施工、运维等全生命周期中的应用提供技术参考。

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深基坑的机器视觉监测与变形预测研究

李尚明, 洪成雨, 姬凤玲, 陈伟斌, 朱旻

地下空间与工程学报. 2023, 19(3): 992-1000.

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建立了一套基于机器视觉技术的深基坑变形监测系统,该系统包括焦距8 mm的摄像头、标靶以及固定装置,研究中成功地将改机器视觉系统应用到深基坑的变形监测中。为了验证机器视觉技术在深基坑施工过程中的监测效果,首先对机器视觉技术进行位移标定试验,监测系统最小分辨率达到0.1 mm,焦距越长、距离越近精度越高。对于8 mm焦距相机,摄像头距离标靶距离15 m内位移20 mm内时精度达到±0.5 mm,随着距离增大,精度明显变差,距离20 m时位移不超过20 mm时精度为±1 mm。在黄木岗交通枢纽施工过程中利用机器视觉技术进行监测,并对监测结果运用支持向量机进行预测,预测误差不超过6%。研究成果对深基坑施工中的安全管理提供了新的思路。

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地基处理施工扰动引起软土灾变的识别方法

武凤远, 徐永福

地下空间与工程学报. 2023, 19(3): 1001-1008.

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沿长江两岸沉积了第四系漫滩相软土,新近河流漫滩相沉积物以粉质黏土、粉细砂、细砂为主,表现为高压缩性、低强度、易触变液化,地基处理施工扰动引起漫滩相软土产生灾变破坏。对地基处理施工扰动引起的长江漫滩相软土灾变现象进行总结,通过在地基处理现场监测软土的土压力、孔隙水压力和土体水平位移,提出地基处理施工扰动引起漫滩相软土灾变的判据,建立施工扰动引起长江漫滩相软土灾变的判别方法。水泥搅拌桩施工扰动引起软土灾变表现为搅拌桩桩顶下沉,形成充满水的空洞,搅拌桩顶下沉量最大达到70 cm,并伴有大量细砂翻涌;在水泥搅拌桩钻芯取样过程中,相邻水泥搅拌桩位置出现喷水冒浆现象,搅拌桩的取芯率不足60%,水泥搅拌桩成桩质量很差;软土灾变位置处测得的超孔隙水压力大于土压力。

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综合管廊阻燃电缆材料燃烧特性与危险性研究

郭军, 高文静, 蔡国斌, 文虎

地下空间与工程学报. 2023, 19(3): 1009-1018.

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采用锥形量热仪,考虑多个热辐射功率,多尺度研究综合管廊电力舱铺设的ZRC-YJV22阻燃电缆的点燃及燃烧性能,采用多类评价指标对ZRC-YJV22阻燃电缆各个组成部分进行危险评估。结果表明:ZRC-YJV22阻燃电缆包裹材料属于热中型材料,其点燃性能可用热中型材料点燃公式判定;内外护套PVC材料燃烧产物明显有黑色类油脂物质,火灾过程可能会发生熔滴现象,加速火灾发展和蔓延;填充材料PE和绝缘材料XLPE耐热性高,阻燃性能好;内外护套PVC材料和填充材料PE在充分燃烧时,HRR曲线有1个最大峰值,且峰宽较大;绝缘材料XLPE的HRR曲线出现2个最大峰值,峰值之间相隔时间较长;热源功率较小时,铜套可对内衬材料起保护作用;FIGRA、FGI和THR值分析法适合阻燃电缆包裹材料的火灾危险性研究。研究成果可为综合管廊电力舱铺设的ZRC-YJV22阻燃电缆火灾安全提供技术支持。

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福州滨海软土MJS工法桩加固施工及环境效应

姚志雄, 夏华灿, 黄敏, 陈进, 李健

地下空间与工程学报. 2023, 19(3): 1019-1026.

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结合福州滨海首例MJS工法桩涉铁深厚软基加固工程,总结提出MJS工法桩软基加固施工工艺参数。基于圆柱形孔穴扩张模型建立轴对称有限元数值模型,精细化分析考虑MJS喷浆成桩过程的桩侧土体变形规律。结果表明:桩侧土体侧向位移总体呈Z字形分布,随着喷浆成桩逐步提升过程中压力的释放,正向位移幅值逐渐减小,负向位移幅值逐渐增大,且最大位移位置逐渐上移;通过喷浆压力影响分析表明,喷浆压力在1.3P_地～1.6P_地时土体侧移较小,变形性态较好;地表沉降小且一致性较好,地内压力系数控制在1.3～1.6比较合理。变形实测值和计算值相近,最大侧移及地表沉降各占预警值的13.4%和50.4%,属于微扰动施工,满足工程要求。在喷浆成桩过程中,靠近地表时控制好内部喷浆压力是关键,且在喷浆压力与地压相互作用中,产生的地表沉降应值得关注。

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穿越活动断裂带铁路隧道震害特征及修复技术

令永春

地下空间与工程学报. 2023, 19(3): 1027-1037.

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依托穿越发震断裂的兰新高铁大梁隧道震害复旧整治工程,通过现场调研、测绘、勘探等手段,揭示了穿越活动断裂带铁路隧道在近场强震作用下的变形破坏特征;结合地震安评结论,提出“预防护与加固、结构拆除重建、预留变形空间、增设减震消能层、结构节段设计、大调整量无砟轨道”多维一体的活动断裂带隧道震害综合修复方案。在保障施工快速安全的同时,一次性解决后续运营阶段活动断裂可能进一步变形带来的相关问题,达到震后余滑、濡滑变形结构自适应和粘滑错位破坏快速修复的效果。经现场施工及监测结果反馈,相关方案可实施性强,修复后的隧道结构受力良好,可为后续类似工程震害抢通及隧道抗震设防提供实践经验。

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高地应力判据及其影响因素研究综述

段淑倩, 孙远达, 熊杰程, 高坡

地下空间与工程学报. 2023, 19(3): 1038-1050.

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工程岩体赋存应力状态的准确评价和判断是地下工程设计、稳定性分析和风险控制的重要前提。为明确高地应力判据的理论研究和工程实践应用的发展现状,详细归纳了温度、地下水、构造运动、不良地质条件、埋深和地形地貌等因素对地应力大小的直接或间接的影响效果;分析了现存的几种高地应力判据,结合最新研究成果汇总了18种高地应力地区的地质标志,并依据工程现象、发生条件以及破坏机制总结出了13种地质标志的相应工程现象和典型图片。对各种判据的普适性进行了合理评价,指出强度应力比判据是目前相对较权威的判据,进而结合工程实例对该判据现存的6种计算和分级方法进行了对比分析,确定准确度最高的强度应力比判据为岩石干燥单轴抗压强度与最大主应力比值法(UCS_干燥/σ₁)。研究成果可为相关高地应力分级的理论研究和工程实践提供借鉴。

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