地下空间与工程学报

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谢尊贤, 张傲雪, 张志远, 郝聪

地下空间与工程学报. 2024, 20(2): 351-358. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2024.02.01

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为提升地下商场安全文化建设水平,预防安全事故发生,保障运营安全,从安全文化4个层次全面分析了地下商场安全文化建设因素,首次系统地构建了由安全观念文化等4个一级指标和安全战略意识等28个二级指标构成的地下商场安全文化建设水平评价指标体系;首次将优化层次分析法(OAHP)和信息熵权法的组合权重计算法与物元可拓模型有机融合构建了地下商场安全文化建设水平评价模型;应用该评价体系对西安某大型地下商场进行了实证研究,得出其安全文化建设水平较高,等级为II级,属于自主管理阶段,评价结果与实际情况相符,通过关联分析发现了其安全文化建设的不足,提出了针对性提升措施。研究表明:该评价体系适用于地下商场安全文化建设水平评价。本文成果为地下商场安全文化建设水平评价提供了一种方法。

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地下空间的物权客体属性及其政策演变趋势

杜茎深

地下空间与工程学报. 2024, 20(2): 359-368. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2024.02.02

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围绕城市地下空间治理体系与治理能力现代化的改革总目标,研究地下空间的法律界定,揭示地下空间政策演变趋势,以期为国家层面的政策供给提供思路。研究表明,过去二十多年来,地下空间政策围绕构建地下空间工程管理制度、物权管理制度和三维产权管理制度,可以划分为早期探索、初步形成和规范完善3个阶段。但是,既有政策对地下空间的界定主要着眼于自然属性,混淆了地表与地面、地下空间与地下工程的区分。在《民法典》第345条分层设立建设用地使用权制度框架下,地下空间在法律上摆脱了自罗马法以来附属于地表的状态。作为独立的地下建设用地使用权客体,地下空间必须为人类所能控制,具有特定性、独立性和明确的三维产权边界。基于此,政策演变呈现出了从自然属性到法律属性、从资源到资产资本、从工程思维到物权思维、从平面思维到三维思维、从计划配置到市场配置的趋势性。

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基于传导思维的人防工程专项规划编制方法

陈智乾

地下空间与工程学报. 2024, 20(2): 369-377. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2024.02.03

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伴随着新时期国土空间规划体系的建立,新一轮人防工程专项规划编制需要与时俱进,不断提升其传导思维,以解决现行人防工程专项规划与城市规划衔接不够、内容传导不足等问题。本文首先阐述了国土空间专项规划横向、纵向以及内在三方面的传导需求,并基于以上需求,提出新一轮人防工程专项规划的编制框架及编制要点,结合A城市规划实践,从"加强现状问题识别传导规划目标、强化市域综合防护体系建设引导、突出城区人防工程体系逐级传导、构建防空区片管控要素传导机制、加强规划传导促进各类空间融合"五方面详细阐述了传导需求在具体城市人防工程专项规划中如何落实,期望为新时期人防工程专项规划的编制提供参考和借鉴。

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考虑横向约束的锚杆复合锚固力计算方法

刘思帆, 袁维, 孙瑞峰, 黎海滨, 王安礼

地下空间与工程学报. 2024, 20(2): 378-386. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2024.02.04

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为了研究剪切方向与锚杆倾向共面条件下锚杆的复合锚固力计算和锚固角对有锚结构面抗剪力的影响规律,利用FLAC3D有限元软件进行数值模拟。首先,基于实体单元和接触面单元建立数值计算模型,通过物理试验结果反演数值模拟所需参数;其次,采用FLAC3D中的fish语言记录在剪切过程中结构面抗剪力随剪切位移的变化规律;最后,通过力学模型中的几何关系得到锚杆受压侧反力沿锚杆的分布函数,基于经典梁理论,根据最小势能原理和位移变分法推导出结构面处锚杆的抗剪力计算公式。结果表明:随着锚固角的增大,有锚结构面的抗剪力呈先增大后减小的趋势;当锚固角β≤90°时,锚杆的“导轨效应”较明显;锚固角β>90°时,剪切变形后,由于锚杆的变形使岩块分离。

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基于桩侧砂土圆锥型修正应变楔模型的p-y曲线

张勋, 胡志平, 张陈蓉, 高志华, 张亚国

地下空间与工程学报. 2024, 20(2): 387-397. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2024.02.05

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基于桩侧砂土三维圆锥型应变楔的变形特征,提出砂土中水平受荷桩的非线性p-y曲线。构建圆锥型楔形体前表面应力体系并引入土体应力-应变双曲线模型,进而考虑应变楔的水平受力平衡得到桩侧土反力的表达式。在此基础上,结合弹性地基梁有限差分数值分析,建立了水平受荷桩非线性p-y曲线的理论推导方法。将该理论用于钻孔桩和打入桩模型试验的算例分析,结果表明:相对于API规范的p-y曲线、双曲线型p-y曲线以及传统非圆锥型应变楔模型得到的p-y曲线,本文方法得到的非线性p-y曲线与模型试验结果更为接近。通过比较本文圆锥变形模式与传统非圆锥型应变楔模式的差异以及桩-土参数的影响分析,进一步论证了该方法的优点。

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软基处理对桩基水平承载力提高的影响研究

莫连华

地下空间与工程学报. 2024, 20(2): 398-407. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2024.02.06

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工程实践证明软土地基加固处理后桩基水平承载力提高显著,但如何在工程前期合理预估其提高值仍需深入研究;基于此,文中参考港口工程桩基规范建立了简化p-y法模型,推导了桩侧土极限水平土抗力P_u=m(x+x₀)ⁿ幂函数关系曲线,建立了桩身平衡微分方程,并利用常微分方程的级数解理论建立了水平受荷桩解析解,解决了港口工程桩基规范中p-y法计算困难的问题,且便于工程师实际应用。最后通过依托工程现场试桩试验,利用新推求的桩基水平承载力计算公式,分别对软土地基真空预压处理前、后的桩基水平承载力对比分析,认为软土地基真空预压处理后桩基水平承载力由51.6 kN提高至121 kN,并通过现场桩基检测成果对比验证其合理性,为类似工程提供技术参考。

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考虑干湿循环累积损伤的膨胀土土水特征研究

朱翔, 赵迎澳, 张景伟, 刘云龙

地下空间与工程学报. 2024, 20(2): 408-418. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2024.02.07

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为探明干湿循环中膨胀土裂隙发育对其土水特征的影响,制备经历不同次数干湿循环的柱状土样,并对其土水特征曲线进行测定。结合CT扫描结果,基于裂隙的分形特征构建土柱截面和整体损伤变量,通过其变化规律阐明裂隙发育对土水特征的影响。结果表明:裂隙的分形维数沿深度方向逐渐减小,大体呈线性变化规律,不同循环次数下裂隙的开展过程具有相似性;基于裂隙分形维数构造的损伤变量能够较好描述干湿循环对膨胀土的累积损伤效应,土柱的整体损伤变量随干湿循环次数逐渐增加,且增速逐步提高;提出的基于土柱整体损伤变量进行修正的Fredlund-Xing模型能够较好拟合裂隙膨胀土的土水特征曲线。研究成果能够为后续裂隙膨胀土的渗流和工程应用研究提供理论支持。

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饱和砂土液化Finn模型的关键参数

关振长, 张浩浩, 苏拯弘, 黄博洋, 宁茂权

地下空间与工程学报. 2024, 20(2): 419-425. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2024.02.08

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以闽江中细砂层为对象,开展三因素三水平正交设计的小型振动台试验,定性探讨闽江砂土液化特性;同时基于Finn模型,在FLAC3D数值平台上对典型试验过程开展动力时程数值模拟。结果表明:Finn模型可有效模拟地震动作用下饱和砂土孔压的增长与有效应力的降低,能较为准确地反映饱和砂土的液化效应,Finn模型中的关键参数C₁、C₂对计算结果影响显著。以超孔压比峰值及超孔压比稳定值为指标,通过大量数值模拟结果与试验结果的对比,对上述关键参数进行标定,建议闽江饱和砂土液化Finn模型的关键参数取值为C₁=1.30、C₂=0.31。饱和砂土激振过程中呈现出轻微剪胀趋势,大致与液化现象同步出现。

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不同加卸载路径下灵敏性粉土的变形特性

卢瑞娜, 余蓉, 高原, 石雪英, 巩天真

地下空间与工程学报. 2024, 20(2): 426-436. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2024.02.09

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山西汾河中游一级阶地的施工中发现,饱和粉土地基受扰动后会产生很大的附加沉降,且迟迟不能稳定,表现出灵敏性。基于一维固结蠕变试验研究不同的加卸载路径对灵敏性粉土变形特性的影响,结果表明:加卸载路径和加卸荷比是影响压缩曲线的重要因素;压缩曲线在出现转折时对应的应力为结构屈服应力;加荷比越大,同级荷载下沉降值、固结系数、次固结系数和主固结比都会增大,同时其压缩曲线越趋近于线性,特征转折点消失,但加荷比越大,可大大减少工期;预压荷载的大小和卸荷比都会影响灵敏性粉土的回弹量,预压荷载大于结构屈服应力时,卸荷比越大,回弹量越大,因此需要采取分级卸载方法减小回弹量,保证预压效果;目标荷载小于结构屈服应力时,超载预压法降低工后沉降效果显著。

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高温环境下花岗岩损伤演变及量化研究

李琴, 张峰, 翟预立, 黄志强, 陈科

地下空间与工程学报. 2024, 20(2): 437-448. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2024.02.10

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为揭示高温环境下岩石的损伤演变,将花岗岩加热至600 ℃、800 ℃、1 000 ℃并分析其断口形貌特征,采用数字图像处理技术、损伤力学和“损伤微元”理论,结合各温度下花岗岩细观裂纹特性,建立了岩石损伤评价方法,并开展岩石损伤量化研究。结果表明:花岗岩的断口特征与裂纹的萌生和扩展相关,且裂纹数量、分布密度随温度上升而增加;各温度区间下,花岗岩细观裂纹长度服从对数正态分布,内部损伤表现形式以短裂纹为主,长裂纹为辅;不同温度下花岗岩细观裂纹由单方向延伸发育成多方向贯穿,最高损伤度和温度呈正相关。该研究揭示了高温下花岗岩内部裂纹损伤演化规律,该损伤评价方法对高温地层岩石稳定性评估和地下工程的维护具有重要的参考价值。

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循环荷载下砂土滞回曲线形态特征的定量研究

宋东松, 刘红帅, 陈佩云

地下空间与工程学报. 2024, 20(2): 449-459. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2024.02.11

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以福建标准砂(粒径0.5~1.0 mm)为试验对象进行动三轴试验,研究了围压、相对密度、振次对砂土滞回曲线的影响。分别采用滞回曲线长轴斜率K、滞回曲线的面积S、滞回曲线压拉半轴面积差S′、不闭合程度σ_P以及短长轴比α对福建标准砂滞回曲线形态特征进行定量描述。结果表明:K随着应变增大而减小;当应变较小(＜0.1%)时,随振次的增大K值逐渐增大,但当应变较大(>0.1%)时,K值随振次的增大而减小;围压对K值的影响比较明显,K值随着围压的增大而增大,而相对密度影响则较小;在应变(＜0.1%)发展前期,围压和相对密度等对砂土的滞回曲线S、S′、σ_P基本无影响,而随应变的增大,S、S′、σ_P逐渐增大,但它们都随振次的增大在逐渐减小;α随着应变的增加先减小后呈指数增大,其应变转折点随围压的增大在逐渐后移,α随着围压的增大而减小,但随着振次的增大而增大,相对密度对α的影响规律不明。

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冻融作用下冰碛体剪切特性与围岩压力研究

陈志敏, 刘耀辉, 李宁

地下空间与工程学报. 2024, 20(2): 460-470. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2024.02.12

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冰碛体是由冰川作用搬运大量碎屑物质堆积形成的特殊岩土体。受赋存的地理及气候条件影响,冻融作用会对穿越该类围岩的隧道尤其是洞口段的工程建设带来挑战。笔者调研了中国西藏地区冰碛体围岩地质条件,设置冻融循环直剪试验研究了冻融循环次数与含水率对冻结冰碛体的力学特性和力学指标影响,引入冻融次数与含水率综合参数K,拟合得出黏聚力c公式。结果表明:冻融循环和含水率对冰碛体黏聚力c有较大影响。改进了太沙基理论,提出了适用于冰碛体围岩隧道洞口段的围岩压力计算公式。以昌林铁路某隧道为例,计算不同条件下的围岩压力,验证了公式的合理性。研究发现:冻融循环和含水率是影响冰碛体力学性能变化的重要因素,冻融作用对洞口段隧道围岩压力有不同程度的影响,在工程建设中应充分考虑。

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岩石平面应变状态辨识特征与精度控制

温嘉琦, 汤雷

地下空间与工程学报. 2024, 20(2): 471-479. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2024.02.13

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水工隧洞等地下工程围岩可视为处于平面应变状态,为了认识岩石平面应变状态辨识特征,开展了系列离散元岩石力学试验。首先,阐述岩石平面应变试验的意义及问题;然后,通过实验室单轴结果标定一类花岗岩参数,从“数据”和“损伤”两方面分析了岩石平面应变状态的辨识特征;最后,探索了岩石平面应变试验侧限装置的精度控制阈值。结果表明:(1) 通过分析平面应变压缩下岩样轴向应力、侧限墙应力、裂纹发育趋势,给出了3个特征数据点,揭示了岩石从损伤到破裂的阶段性变化过程;(2) 平面应变压缩过程中的3个特征点界定了试样裂纹发育的演化规律;裂纹从零星分散发育到局部化发育,然后开始深化连通直到试样破裂;(3) 建议岩石平面应变试验的侧限装置的位移允许值取单轴峰值点对应的单向侧应变,在该阈值控制下获得的“半平面应变状态”的特征点与“完全平面应变状态”的特征点基本吻合。

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酸作用时间对页岩微观特征和力学性质的影响

柳兵, 党炜, 聂毓斌

地下空间与工程学报. 2024, 20(2): 480-487. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2024.02.14

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为探究页岩性质随酸性溶液作用时间的演化规律,采用CT扫描、核磁共振技术和单轴压缩实验对不同时间(0～80 d)处理后页岩的孔隙特征和力学性质演化规律进行了表征和分析。结果表明:由于矿物的溶蚀作用,随着酸溶液浸泡时间的增加,页岩基质中逐渐形成新的细观裂缝并不断扩展,页岩的总孔、大孔和中孔孔隙度逐渐增加,而微孔孔隙度逐渐减少;分形维数随酸溶液浸泡时间的增加逐渐递增,页岩的孔隙结构越来越复杂;酸性水溶液下孔隙度增大增强了页岩的损伤变量,最终导致了页单轴压缩强度和弹性模量弱化。

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冲击荷载作用下地铁隧道盾构管片破坏特性

张震, 姚颖康, 贾永胜, 谢全民, 孙金山

地下空间与工程学报. 2024, 20(2): 488-496. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2024.02.15

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为了研究冲击荷载下地铁隧道盾构管片的破坏特性,采用轻气炮试验和动力有限元数值模拟相结合的研究方法,对冲击荷载下盾构管片的破坏情况进行分析,通过分析管片单元的应力状态研究了冲击荷载下盾构管片的破坏机理。结果表明:以冲击位置为中心,盾构管片试件表面径向主要受压,环向主要受拉,相同位置压应变大于拉应变;不同速度子弹冲击下,管片正面冲击坑水平方向及竖直方向尺寸相差不大;随着子弹速度的增加,管片正面冲击坑尺寸不断增大,冲击坑的深度不断增加,冲击坑等效直径增长随子弹冲击速度增加呈“三段式”;沿着子弹冲击方向,盾构管片试件单元应力状态从三向受压变化到三向受拉,盾构管片冲击正面混凝土受压破碎,盾构管片冲击背面发生受拉破坏。研究结果可为管片抗冲击设计提供一定的理论基础。

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大直径盾构隧道新型纵缝接头抗弯性能试验研究

柳献, 师一鸣, 胡秋斌, 曹伟飚, 李文勇

地下空间与工程学报. 2024, 20(2): 497-506. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2024.02.16

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纵缝接头是盾构隧道受力性能的薄弱部位,管片接头的形式直接影响盾构隧道的力学性能。目前国内的盾构隧道纵缝接头使用的连接件多为螺栓,新型纵缝接头使用了一种新的连接件—滑入式连接件,此种接头在大直径盾构隧道中的受力性能有待研究。本文以新型纵缝接头为研究对象,针对两种不同型号的滑入式连接件,采用模型试验的方法探究了大直径盾构隧道新型纵缝接头的受力性能,通过理论分析计算了新型纵缝接头的极限承载力,并比较分析了传统螺栓纵缝接头和新型纵缝接头的受力性能。结果表明:新型接头衬砌管片的薄弱部位在连接件周围的混凝土区域;滑入式连接件的型号直接影响新型纵缝接头的受力性能,两种接头中连接件尺寸较大的接头转角刚度相较于连接件尺寸较小的接头转角刚度增加了7.2~169.5%,极限承载能力增加了69.9%;新型纵缝接头比螺栓接头有更高的转角刚度,受力性能更好,适用于大直径盾构隧道。

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电渗热固结处理顶管废弃泥浆的减量化研究

王炳辉, 栾佶, 张雷, 金海晖, 张文博

地下空间与工程学报. 2024, 20(2): 507-517. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2024.02.17

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针对顶管废弃泥浆渗透性差、含水率高、承载力低等特点,采用电渗热固结法对其进行减量化研究,并探究不同温度条件下电渗热固结的处理效果。选取EKG电极板作为电极,分析在40 ℃、60 ℃、80 ℃等不同加热温度下,泥浆固化过程中的排水量、排水速率、温度、电流等参数的变化趋势,对比电渗热固结前后泥浆的物理力学特性变化。结果表明:电渗热固结能够有效促进泥浆的排水,提高固结效率,降低含水率,增强固化泥浆的承载力和抗剪强度;在其加热到一定程度时,裂缝进展过快,泥浆导电性减弱,加热效率降低,且加热的温度越高,加热效率越低;电渗热固结对顶管废弃泥浆减量化应用具有一定的有效性与可行性。本文的研究成果可为其实际工程应用提供借鉴与参考。

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基于新型接头的装配式地铁车站力学性能研究

昝子卉, 王冉

地下空间与工程学报. 2024, 20(2): 518-526. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2024.02.18

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装配式车站可有效提高地铁工程建设质量和效率,是城市轨道交通高质量发展的趋势。本文以深圳地铁首个采用新型C-H-C接头的全新装配式车站为背景,进行了装配式地铁车站静力模型试验,在此基础上使用有限元软件ABAQUS建立装配式地铁车站整体框架有限元模型。通过弹簧-实体接触模拟C-H-C接头的非线性特性,采用非线性弹簧模拟土-结构相互作用,建立地层-结构非线性相互作用有限元分析模型,对不同设计荷载工况下的结构静力反应进行数值模拟。结果表明:通过与模型试验结果进行对比分析,验证了数值模型的合理性;相较于低水位工况,高水位工况结构底板的内力、变形显著增大,底板设计时应按照压弯构件考虑;内力主要通过顶、底角点构件接头传递,且主要受接触面积影响。本文成果验证了基于新型C-H-C接头的装配式地铁车站受力合理可行。

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滚轮式PDC钻头工作机理的试验研究

黄奎林, 李华, 宋东东, 王云田, 牛世伟

地下空间与工程学报. 2024, 20(2): 527-534. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2024.02.19

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针对页岩气钻采中定向钻进的PDC钻头扭矩波动大、冲击振动大、工具面不稳定等问题,笔者提出一种刀翼上设置有双侧支撑的滚轮新结构钻头,通过滚轮单元破岩实验以及全钻头钻进破岩实验来开展新型钻头减扭、缓冲机理研究,主要研究6种滚轮轮廓形状、4种滚轮的吃入深度、6种滚轮径向位置、7种PDC齿相对高度等因素对新型钻头扭矩、钻压的影响规律。结果表明:6种轮廓滚轮的等效摩擦系数均低于PDC齿,且为PDC齿的18.65%~43.73%,得出滚轮减扭能力高于PDC齿; 6种不同径向位置的滚轮缓冲能力均强于PDC齿,为PDC齿的1.59~9.17倍,滚轮式PDC钻头的扭矩为常规PDC钻头的71.72%~98.33%;随着滚轮与PDC齿相对高度的减小,钻头扭矩逐渐减小,滚轮钻压的占比也逐渐增加,钻头减扭能力、缓冲能力均增加,为适用于页岩气钻采的新型钻头产品设计与研制提供理论支撑。

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富水软土基坑组合式冻结加固模型试验研究

亓源水, 岳祖润, 孙铁成, 张松, 顾相涛

地下空间与工程学报. 2024, 20(2): 535-545. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2024.02.20

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近年来随着环保理念的贯彻和对城市水资源保护的重视,许多地区对地下水抽排进行限制,导致大量基坑工程必须寻找新的止水方式。对此,“地下连续墙+水平冻结封底”的组合式冻结加固被提出,利用模型试验对其在不同水压地层中可行性和差异性进行了分析,验证了该支护方式的可行性。结果表明:(1)随着水头高度的增大,冻结壁水分补给速率有所提升,冻结壁交圈时间与地层水头高度呈正相关,而冻结壁厚度与地层水头高度呈负相关关系。(2)临时竖井受地层冻结影响,会有明显冻胀压迫作用,伴随冻结壁发育,冻胀力最终降至某一特定值,并趋于平稳,且其峰值与水头高度成正相关关系;(3)模型试验中冻结壁上部土体的最大位移点位于土体35 cm深度位置,其位移数据为2~3 mm;(4)基坑开挖期间,冻土帷幕的温度随着基坑的开挖和积极冻结的双重作用下能够维持相对的平衡,整个冻结壁保持基本稳定状态。研究成果可为该支护方式在基坑工程中的应用提供理论支撑。

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盖挖与明挖组合建造地下交通枢纽方案研究

郭飞, 李兆平, 韩雪刚, 崔向阳, 宋健平

地下空间与工程学报. 2024, 20(2): 546-555. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2024.02.21

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为满足北京城市副中心地下交通枢纽区域内的城市道路先行投入运营的需求,提出采用盖挖法与明挖法组合方法进行地下枢纽基坑开挖与支护的方案,主要特点如下:(1)将地下交通枢纽基坑分割为“盖挖基坑、明挖基坑和多级放坡基坑”等3个并列布置基坑;(2)盖挖区基坑与明挖基坑共用围护结构;(3)先完成盖挖区顶板结构施工,恢复城市道路运营,然后采用逆作法完成盖挖区负一层施工,随后同步开挖支护盖挖区两侧的明挖基坑和放坡区基坑;(4)盖挖区负二层和负三层采用顺作法施工。论文详细阐述了盖挖与明挖组合工法的施工工序,分析了组合工法的优势。鉴于盖挖区钢管柱始终处于基坑开挖扰动中,为此采用数值模拟方法并结合现场监测结果,分析了基坑开挖期间的钢管柱变形规律。结果表明,钢管柱水平变形和隆起变形指标均满足控制要求。本文提出的盖挖与明挖组合建造方案不但能确保地下交通枢纽区域内的城市道路尽快投入运营,而且并列基坑群中的3个基坑开挖支护及结构浇筑基本上相互独立,有效降低了盖挖区和明挖区基坑施工的相互影响,提高了施工效率。

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深厚软土地区倾斜桩组合支护基坑稳定性研究

王淞, 刘永超, 张建新, 胡军, 刘岩

地下空间与工程学报. 2024, 20(2): 556-565. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2024.02.22

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倾斜桩组合支护是一种新型基坑支护形式,适用于大面积无内支撑的基坑。本文依托天津市某倾斜桩支护基坑项目,设计6种预制桩支护对比结构,其中4种为倾斜桩组合支护,进行基坑开挖大型现场试验,量测分析周边不同环境下各组合结构支护基坑的变形情况,并运用Plaxis 3D有限元软件进行基坑安全性分析。结果表明:不同形式的倾斜桩组合支护中,内斜直组合桩身位移最小,支护效果最优;基坑周边存在超挖等不利因素时,倾斜桩组合支护的刚架效应、斜撑效应与重力效应决定其依旧能较好地发挥自身稳定作用;软土蠕变对斜桩基坑支护影响亦不容忽视,开挖至坑底时,应及时施工垫层和底板;数值模拟分析发现倾斜桩组合支护基坑安全系数及临界破坏形态受超挖影响小于常规排桩支护,小幅超挖对基坑的稳定性影响较低。

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受邻近开挖影响的浅基础砌体结构三阶段分析法

刘晓燕, 李瑛, 谢锡荣, 童星, 刘兴旺

地下空间与工程学报. 2024, 20(2): 566-576. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2024.02.23

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浅基础砌体结构的材料力学行为和受力体系决定了其对变形极其敏感,尤其是邻近深基坑工程施工时,需在基坑开挖前对影响范围内的砌体结构建筑进行安全评价。鉴于此,提出一种用于受邻近深开挖影响的浅基础砌体结构变形和损伤分析的三阶段分析法。三阶段分析法依托于数值模拟,根据影响因子权重依次构建地基结构模型、荷载结构模型和分离式砌体模型,在减少计算量的同时,尽可能准确预测砌体结构的变形和损伤风险。本文依托杭州市某深基坑工程,采用该分析法对受深开挖影响的砌体结构建筑进行深入分析,结合实测数据验证计算结果。结果表明,三阶段分析法能较好地反映因基坑开挖引起的周边建筑物的变形和表观损伤情况,在评价浅基础砌体结构损伤、预测结构变形等方面有较好的适用性,可为基坑开挖与周边建筑物相互影响的超前预测提供一种思路。

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深厚淤泥土深大基坑群同步开挖对紧邻建筑的影响

何润洲, 罗胜亮, 杨忠平, 谢惠珍

地下空间与工程学报. 2024, 20(2): 577-586. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2024.02.24

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超大型基坑群工程开挖过程中的群坑耦合效应对土体变形和构建筑物的影响极大,且在深厚淤泥层等软弱地层中施工时其影响程度更加剧烈。因此在含深厚淤泥土的深大基坑群工程中选取适当的开挖顺序对降低保护区的土体扰动有着重要意义。依托于深圳某复杂深大基坑群工程,通过有限元三维数值模拟,探究了两侧基坑群5种不同施工方案对围护结构和敏感建筑的影响。结果表明:由于淤泥、淤泥质土等具有高流变性、高压缩性,土体水平位移较相邻上下土层产生了突变,于C区西南方向侧墙中下部分达到最大,为4.46 mm~7.01 mm,东南方向地连墙水平位移为2.67 mm~5.00 mm;当敏感建筑物周边有多个基坑时,深长基坑与保护区相邻小基坑同步开挖可进一步降低沉降敏感建筑所在场地的竖直位移,较原开挖顺序降低了31.7%;先开挖深长基坑再对小坑进行施工的工况开挖完成时围护结构侧移最小,但在对拉锚索连接的情况下同步开挖深长基坑与相邻基坑可降低群坑的时间效应,可进一步协调和控制基坑长时间施工后的最终变形。

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软岩隧道NPR锚索主动控制关键技术

钟华, 韩玉, 陶志刚, 刘能源

地下空间与工程学报. 2024, 20(2): 587-596. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2024.02.25

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为解决横断山区软岩隧道的大变形问题,本文以云南省昌宁至保山高速公路昌宁隧道为工程背景,采用理论分析、现场试验等方法,从作用机理、支护方案、施工工艺等方面对软岩隧道开展了高预紧力恒阻大变形(NPR)锚索主动支护及关键技术研究。结果表明:被动支护下,隧道围岩节理裂隙发育、黏土矿物含量高、围岩强度低、微观结构存在细小溶蚀孔、结构疏松等是昌宁隧道围岩发生变形破坏的主因;提出了“NPR锚索+PR锚索+“W”钢带+高强柔性网”主动支护技术,并通过现场松动圈测试等试验,确定了NPR锚索、PR锚索等的支护参数;针对极破碎围岩及含水软岩的特殊环境,提出了“先喷后支+复喷”和“锚固端下缘封堵+钢绞线端头加丝”NPR锚索主动支护优化技术;现场试验结果表明,NPR锚索主动控制技术能够有效控制软岩隧道围岩大变形,最大变形量由原来的2 125 mm控制到300 mm以内,保障了隧道支护结构的安全。

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陡倾柱状节理岩体洞室松弛特征与破坏机制

裴书锋, 王驭正, 江权, 张建聪, 樊义林

地下空间与工程学报. 2024, 20(2): 597-605. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2024.02.26

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白鹤滩水电站柱状节理岩体具有特殊的柱体结构特征,洞室开挖后卸荷松弛破坏严重。通过对白鹤滩水电站4#导流洞柱状节理岩体现场破坏调查、位移和松弛深度监测,发现柱状节理洞室呈现典型的非对称破坏特征,不同部位松弛深度差异较大,左右侧边墙破坏模式受倾角影响,分别呈现倾倒破坏和滑移破坏。离散元数值模拟结果显示洞室表层围岩主要以柱间节理张拉破坏为主,内部围岩以剪切破坏为主,左右侧边墙不同的变形破坏特征是柱体倾角和地应力综合作用的结果。最后分析了不同柱体倾角对洞室变形破坏特征的影响,不同倾角下洞室各部位松弛深度差异显著,应根据洞室不同部位塑性区深度和柱体角度进行预应力锚杆设计。

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基于光滑有限元的隧道掌子面稳定性分析

王炜, 刘锋涛, 周锡文, 杨四海, 汤连生

地下空间与工程学报. 2024, 20(2): 606-614. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2024.02.27

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隧道掌子面稳定是影响地下工程施工安全的重要问题之一。基于塑性上限和下限定理的极限分析方法是分析掌子面稳定性常用方法之一。其中,自适应混合常应力-光滑应变极限分析(MCSE-LA)方法在计算精度、效率以及收敛性方法已被证明比传统有限元极限分析方法具有一定的优势。基于此,首先验证自适应MCSE-LA在隧道掌子面稳定分析中的可行性,发现该方法求出的隧道掌子面稳定指标(稳定数)与传统有限元上限和下限法相同,同时,还可以通过基于最大剪应变率自适应网格加密技术获得掌子面失稳模式。另外,还将该方法用于分析隧道开挖未支护段长度对掌子面稳定性的影响,通过分析总结了稳定数随未支护长度的变化规律,对指导地下工程施工具有一定的意义。

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复杂运动路径下滑坡转向变形机理研究

谢强, 陈昱成, 田仁珺, 傅翔, 班宇鑫

地下空间与工程学报. 2024, 20(2): 615-624. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2024.02.28

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滑坡受地表地形地貌和滑面形态的影响,在运动过程中常表现出转向、分叉、聚合等复杂行为,研究复杂运动路径下滑坡转向变形机理对滑坡的防灾减灾工作有重要意义。以三维地质建模技术为基础,构建庞家湾滑坡的三维颗粒流模型。通过PFC模拟滑坡的运动过程,得到如下结论:庞家湾滑坡发生了转向和聚合行为,滑坡中后部土体的滑动方向发生偏转并在坡脚与东北区域滑体聚合;滑坡中部发生转向运动的颗粒以较快的速度首先开始滑动,且速度由滑坡中部向周围呈辐射状减小;滑坡前缘在整个运动过程中,始终保持较快的运动速度,而后缘运动速度较慢,此外滑体表面速度大于滑体内部和底面速度,而滑坡各部分运动速度不同则是造成滑坡转向变形的重要原因。揭示了复杂路径滑坡的运动规律和转向变形机理,为评估滑坡风险,采取更为合理的防治方案提供理论依据。

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基于可拓理论的隧道洞口段动力响应规律研究

周佳媚, 李瑞涵, 黄柯, 崔凯琪, 岳飞翔

地下空间与工程学报. 2024, 20(2): 625-635. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2024.02.29

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隧道洞口段存在偏压浅埋、围岩破碎等情况,为探究隧道洞口段在地震作用下的动力响应规律并给出安全性定量评估指标,以雅万高铁6号隧道为依托建立数值模型,分别输入雅万人工合成波、EI波、KB波以及WL波4个地震波,基于可拓理论,建立可拓物元模型,对采用数值模拟方法得出的隧道洞口段在最不利地震波作用下的弯矩、轴力、相对位移、加速度4个安全评估指标结果创建分区,以综合定量指标对雅万高铁6号隧道洞口段进行安全性评估,并提出了抗震设防长度。同时,分析了在不同地震波作用下的雅万高铁6号隧道洞口段的动力响应规律。结果表明:(1)在雅万人工波作用下,隧道各评估点动力响应程度约为其余3种天然波作用下动力响应程度的1.2倍;(2)各地震波计算所得4个评估指标沿纵向方向变化规律基本相同,轴力及弯矩峰值均出现在拱肩拱脚位置,相对位移峰值均发生在洞口处仰拱至拱顶测线,评估指标峰值发生时刻略微滞后于地震波峰值加速度对应时刻;(3)在雅万人工合成波作用下,雅万高铁六号隧道洞口段抗震设防长度为45~55 m,为隧道洞径的3.5~4倍。研究成果可为通过综合定量指标对隧道洞口段进行抗震安全性评估提供参考。

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考虑地应力与先爆孔损伤的光面爆破数值模拟

于玲玲, 张飞, 何文凯

地下空间与工程学报. 2024, 20(2): 636-644. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2024.02.30

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为了研究先爆孔损伤与地应力对不同埋深条件下岩石光面爆破损伤演化规律的影响,首先采用二维数值模拟确定了RHT模型适用于光面爆破的损伤阈值为0.5,然后建立三维模型,采用ANSYS-DYNA隐式-显式序列求解法对模型施加地应力,通过等效刚度折减模拟先爆孔损伤,探究了岩石损伤在空间中的分布规律。结果表明:地应力的存在对深部岩石的爆破损伤有抑制作用,且这种抑制作用会随埋深的增加而愈发明显;先爆孔爆破对岩石造成的损伤对后续光爆孔破岩有促进作用;不同埋深下进行光爆作业时最佳光爆层厚度及光爆孔间距均不一样,当同时考虑先爆孔损伤与地应力影响时,埋深较小时二者取值可适当增加,埋深较大时二者取值应随埋深的增加而相应减小。

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隧道近接穿越古迹爆破施工安全控制技术

王延雨, 温小宝, 王军, 叶飞, 曹凯

地下空间与工程学报. 2024, 20(2): 645-656. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2024.02.31

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为了降低隧道爆破施工对临近古迹等敏感建筑物的安全威胁,依托新建石板沟一号公路隧道工程,通过现场监测和数值模拟,揭示了不同掏槽眼型式与传播介质参数对临近古迹的减振规律。对上台阶全断面爆破施工阶段进行监测,发现影响控制点振速峰值的主要因素为掏槽眼爆破,其中寺内水平向振速V_R显著较大;在爆破断面距寺庙约60 m处V_R达到0.961 cm/s,即将超出1.0 cm/s的安全限值,建议以60 m为分界线调整爆破方案。为兼顾施工效率和爆破减振,利用数值模拟对掏槽型式与台阶法施工参数进行研究,结果表明,掏槽型式与仰拱开挖对控制点的影响具有区段性,采取斜眼掏槽型式、及时开挖仰拱、增大台阶长度和台阶高度分别能够减小控制点振速峰值0.071 cm/s、0.039 cm/s、0.097 cm/s、0.065 cm/s。为保证工程顺利进行,最终提出三区段小导洞先行爆破施工方案和相关辅助减震措施,有效控制了隧道爆破对古迹的振动影响。

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基于扫视路径速度的隧道入口驾驶舒适性分析

梁波, 牛佳安, 张红杰

地下空间与工程学报. 2024, 20(2): 657-666. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2024.02.32

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为了更准确地评价公路隧道入口段驾驶员的视觉舒适性,以隧道入口段的驾驶员视觉特性为研究对象,在云南上鹤高速公路的野鸭塘1号、2号和3号隧道开展实车试验,采集驾驶员的注视与扫视时间、视点位置、瞳孔直径等眼动参数,并依次对20名驾驶员进行问卷调查。基于试验数据和问卷调查结果,提出扫视路径速度指标并验证其合理性。结果表明:扫视路径速度能够有效地对隧道入口段的驾驶视觉舒适性进行评价;当隧道照明条件相同时,新型蓄能反光发光材料能够使驾驶员的平均扫视路径速度降低50.62%,峰值扫视路径速度降低40.32%。通过对视觉舒适指标的关联性分析,进一步表明:扫视路径速度与驾驶员的视觉舒适性呈反比关系;随着隧道入口光环境质量的提高,驾驶员的扫视时间占比增加,进而扫视所用时间变长,扫视路径速度减慢,此时驾驶员的视觉舒适性较高有利于安全行驶,反之则不利于行车安全。

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水电站尾调室湿环境控制方案对比分析

肖益民, 陈露, 高祥骙, 俞柯丞, 陈川

地下空间与工程学报. 2024, 20(2): 667-676. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2024.02.33

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尾调室作为水电站的重要组成部分,其热湿环境影响水电站的安全稳定运行。实际工程中发现,尾调室内起雾与冷凝现象严重,内部设备运行和工作人员健康受到影响。本文根据XLD水电站尾调室的实际情况,提出机械通风、冷却除湿、冷却除湿+机械通风3种湿度控制方案,并通过数值模拟的方法比较3种方案在夏季最不利条件下对湿环境的控制效果,寻找尾调室湿度控制的最优方案。结果表明:机械通风方案不能有效解决尾调室湿度过高的问题,端部及底部空气多处呈饱和状态;冷却除湿方案能起到一定除湿效果,但存在风流分布不均匀的现象,中部和端部相对湿度仍不满足要求;冷却除湿+机械通风方案能够使尾调室工作区湿度降至80%以下,室内空气温湿度分布较为均匀。

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地铁入口空间布局对室内空气质量的影响研究

王薇, 张蕾, 夏斯涵, 代萌萌

地下空间与工程学报. 2024, 20(2): 677-689. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2024.02.34

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城市地铁地处繁华地区,结构封闭,周边环境污染源较多,室内易积累污染物。本研究重点关注地铁口空间布局对室外颗粒物进入的影响,在调研中选取地铁站入口方向、顶棚形态、入口高宽比3个形态指标作为影响因子,经过实测验证CFD模型的可行性后,选择RNG k-ε模型模拟不同风速下各地铁口形态的室内污染情况。结果表明:(1)侧向比正向入口颗粒拦截率高一倍;(2)入口高宽比小于1∶1时入口宽度越大,地铁站整体空气质量越好;(3)顶棚形态对室内颗粒物的消减排列为:斜顶>平顶>无顶;(4)地铁口空间形态对不同直径的颗粒拦截效果不同。形态设计可以改善站内颗粒物进入情况,通过空气对流、回流减少室外污染物的直接灌入。

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超深软土区真空预压对复合地基的影响及其防治

陈仕文, 李栋, 汪旭

地下空间与工程学报. 2024, 20(2): 690-700. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2024.02.35

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在超深软土区,地块进行真空预压处理时可能会对近邻既有复合地基产生不利影响,针对性分析这种影响并寻求实用的防治方法具有重要意义。本文以某深厚软土区实际工程为原型,建立了平面应变模型,还原路侧真空预压过程,探索了复合地基受到的影响,并分析了4种对策的效果。结果表明:(1)真空预压产生的水平位移在场地边缘最大,场地边缘与复合地基之间的过渡区变形剧烈,承受了两个区域之间主要的水平和沉降变形差;(2)对于低渗透性的软土,真空预压产生的沉降主要集中在地表以下15 m范围内,深层的排水板对沉降贡献率低;(3)负压经历了从排水板向土体,从上至下的传递过程,排水板与土体之间的孔压差随着排水板深度增大而减小;(4)群桩中边桩侧向位移最大,弯矩是桩破坏的控制指标,群桩可能从边桩破坏,然后向地基中心蔓延;(5)增大场地处理边缘与路基距离、复合地基施工前先对路基进行真空预压处理、缩短地路基边缘排水板的长度以及在过渡区靠近路基一侧增加钢混支护,均是控制复合地基变形和受力的有效措施。

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