地下空间与工程学报

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郑方方, 王大川, 李凝, 周铁军

地下空间与工程学报. 2025, 21(S1): 1-12. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2025.S1.01

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我国地下空间开发利用深层化、立体复合化发展趋势带来了安全方面的严峻挑战,深层地下空间因出口冗余有限、空间复杂、疏散距离长等原因,在突发事件中逃生救援困难,易造成人员伤亡。运用电梯辅助疏散是解决深层地下空间疏散难题的潜在有效方法,但尚未纳入法规中。现阶段我国深层地下空间运用电梯辅助疏散缺乏可指导性规范、设计理论研究不足,人员行为、政策管理等因素研究尚存在诸多空白。文章通过回顾近年来电梯疏散的相关研究成果和发展动态,梳理电梯辅助疏散主要现状、应用优势与挑战等内容,并提出未来研究的跨学科概念性框架。研究可为未来在深层地下空间应用电梯安全疏散研究与实践提供参考。

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可持续理念下覆土办公建筑自然采光通风设计探究

刘阳, 周文晰

地下空间与工程学报. 2025, 21(S1): 13-24. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2025.S1.02

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覆土建筑起源于窑洞与地下建筑,又被遗忘于历史长河。当今世界,在可持续理念影响下,覆土建筑以其优异的节能和环境保护特性重新被提起,并备受青睐。其从古代窑洞到住宅、博展类,乃至办公类建筑,发展过程中存在的一个主要挑战就是如何有效组织自然采光和通风。通过对13个覆土建筑案例研究总结,覆土型办公建筑可通过调整建筑形体与功能布局、增大开窗界面、置入中介空间、运用被动式技术等多种策略的结合,以满足不同建筑侧重的多元化解决方式。以安徽合肥新河村办公综合体为策略实践对象,基于覆土建筑价值提升、建筑可持续性和办公舒适度优化的目标,运用Climate Studio和斯维尔Vent分别对应用策略前后建筑进行采光通风模拟。通过对模拟结果的评估与优化,寻求自然通风与采光的解决方式。

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城市轨道交通地下空间确权登记的探索与实践

李承瑾, 刘梓锌

地下空间与工程学报. 2025, 21(S1): 25-30. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2025.S1.03

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文章针对地下空间位置特殊、权利复杂,尚缺少统一的城市地下空间权登记体系的问题,梳理了我国地下空间确权现状,着重分析了地下轨道交通的确权登记现状。结合广州市地铁三号线确权工作,依据相关的法律法规以及不动产界址确定方法,利用已有的地下轨道交通规划条件核实测量成果,采用“分段登记”的登记方法,提出以车站或区间宗地为单元分别办理登记的方法,解决地下轨道交通设施权属来源材料补办难、空间权利清晰定界难、登记体系缺失、空间技术表达难等问题,完成了广州市地铁三号线主线的确权登记,为解决地铁设施不动产确权难题提供了实例参考。

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强风化泥质粉砂弹塑性损伤本构关系研究

蔡家城, 石钰锋, 陈焕然, 王超, 胡梦豪

地下空间与工程学报. 2025, 21(S1): 31-36. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2025.S1.04

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为研究渗透影响下的全风化泥质粉砂岩的本构关系,依托南昌地铁隧道下卧全风化泥质粉砂岩,根据三轴不排水剪切试验,揭示其在静载下的力学响应机制。同时在试验结果的数据支持下,结合已有弹塑性本构模型,引入初始裂隙损伤变量和渗透次损伤变量,构建了相适用的本构模型,对其通过程序进行二次开发,最后对比验证了自研全风化泥质粉砂岩弹塑性损伤模型的正确性。结果表明:(1)通过考虑初始损伤与渗透次损伤共同作用下的耦合损伤变量关系,建立了适用于该岩样的本构关系;(2)推导出相应的本构积分算法,通过UMAT接口程序完成了本构模型的二次开发;(3)基于二次开发后的本构模型,借助有限元软件对考虑损伤的全风化泥质粉砂岩进行数值模拟,并通过数值验证发现,模型能够较好地描述不同围压、不同应力水平下应力﹣应变关系,在一定程度上还能反映其应变累积性。

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黏土地层顶管开挖面被动支护压力极限分析上限解

刘卫华, 方亚彪, 罗利, 王峰, 王佳林

地下空间与工程学报. 2025, 21(S1): 37-43. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2025.S1.05

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顶管施工中设置合理的泥水压力是保证开挖面稳定的关键,泥水压力过小会导致地表沉降,严重时发生主动失稳;泥水压力过大会引起地表隆起,严重时发生被动失稳,影响施工及周围构筑物的安全。以西南地区某给水顶管隧道工程为背景,理论推导出黏土地层顶管施工开挖面被动极限支护压力的上限解,对比分析被动支护压力上限解与现场泥水压力的关系,并进一步研究不同埋深、内径对被动支护压力的影响。结果表明:(1)对比本文被动支护压力上限解与现场泥水压力,得到理论解值高于实测泥水压力;(2)随着埋深的增大,被动支护压力呈线性增大,其压力比呈抛物线形增大,增大速率逐渐减小,埋深2 m增大至10 m时,被动支护压力和压力比分别增大456.6%和59.1%;(3)随着内径的增大,被动支护压力呈抛物线形增大,增大速率逐渐减小,内径2.0 m增大至3.2 m时,被动支护压力增大5.6%。本研究可为类似工程中泥水压力的合理设定提供一定参考。

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一种盾构隧道结构健康诊断指标变权重计算模型

郑寰宇, 张薇, 黄震, 胡钊健, 刘莹

地下空间与工程学报. 2025, 21(S1): 44-50. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2025.S1.06

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典型盾构隧道结构缺陷如衬砌裂缝、渗水、材料劣化等会随着运营时间不断发展,受地质条件等复杂外部定性因素影响,量化这些因素的变化规律十分困难,隧道结构健康诊断也因此受到阻碍。基于此,通过量化各结构缺陷不同时刻的相对重要性,间接考虑了结构缺陷发展对结构健康的影响,建立了一种盾构隧道健康诊断指标变权重计算模型,该模型包括诊断指标变权计算的重要性、变权模型、模糊最优最劣主观权重计算方法,解决了现有权重计算中主观性强、计算步骤繁琐、权重静态等问题,为构建系统化的结构健康诊断方法奠定了基础。将该模型应用到南宁轨道交通1号线上行线结构健康诊断中,健康诊断结果与实际结构健康状况一致。

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桩底沉渣对嵌岩桩扭转振动特性的影响研究

张存, 张永娟, 平措卓玛, 李振亚

地下空间与工程学报. 2025, 21(S1): 51-59. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2025.S1.07

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嵌岩桩施工过程中桩端不可避免地会产生一定厚度的沉渣,本文采用虚土桩模型研究其对桩的扭转振动特性的影响。首先,将沉渣看做虚土桩,截面积与桩端一致,并将桩及虚土桩沿竖向划分为若干段;然后,建立扭转动荷载作用下的桩(虚土桩)﹣土体系振动控制方程;通过求解土体振动控制方程,得到桩(虚土桩)﹣土界面环向剪切复刚度;通过求解虚土桩振动控制方程,得到虚土桩顶部的位移阻抗函数(即桩端环向支承复刚度),通过桩段间阻抗函数的递推,求得桩顶位移阻抗函数;最后,将所建立的基于虚土桩模型的解答与已有解答进行对比,并通过参数分析的方法研究不同桩﹣土参数下桩底沉渣厚度、剪切波速及密度对嵌岩桩扭转振动复阻抗的影响。

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基于迭代插值和约束修正的钻孔构建方法及应用

王培瑞, 郑飞, 安雪锋, 李芷

地下空间与工程学报. 2025, 21(S1): 60-66. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2025.S1.08

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钻孔插值建模方法因流程自动化、模型更新快速化的特点在地下工程三维建模场景中得到广泛应用,而较为稀疏、数据有缺失的原始钻孔数据限制了建模的准确性,且其他非钻孔类的地质数据难以有效利用。针对以上问题,提出一种基于迭代插值和约束修正的虚拟钻孔自动化构建方法,同时考虑数据空间分布均匀性、非钻孔数据有效约束及插值数据的复利用,以获得更高质量的虚拟钻孔数据,提高建模准确性。首先,提出针对空间虚拟点位均匀获取的三角化加密方法,获得钻孔加密系数μ;其次,提出搜索和迭代插值算法实现虚拟钻孔分层信息获取,并引入多源数据约束修正准则和异常值剔除修正准则对迭代算法进行优化;同时,提出了基于加权平均表征的模型准确性评估方法。基于营盘壕煤矿延安组地层数据,采用提出的方法进行了建模验证,结果表明:“迭代插值”和“约束修正”分别使模型的层厚误差、层厚相对误差、埋深误差减少“3.12 m、1.39%、1.09 m”和“0.42 m、0.19%、0.41 m”。

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岩石磨蚀性影响因素及预测模型研究

槐荣国, 董晋鹏, 许迪, 曾柳祁, 吴金标

地下空间与工程学报. 2025, 21(S1): 67-78. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2025.S1.09

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岩石磨蚀性是TBM滚刀产生磨损的重要因素之一。本文在已有研究的基础上,系统地分析总结了岩石Cerchar磨蚀性指数的影响因素,其可分为岩石物理力学参数和试验环境因素两类。前者包括岩石等效石英含量、岩石强度、硬度、含水量、P波波速等;后者主要为围岩应力、钢针硬度、岩样表面条件和划痕长度等。在岩石的物理力学参数中,Cerchar磨蚀性指数随着岩石等效石英含量、岩石强度及硬度的增加而增加;岩石饱水后的CAI值较干燥岩石的有所降低;岩石P波波速在一定程度上可以反映岩石的磨蚀性特征,二者呈良好的线性相关性。随后通过XGBoost机器学习方法建立了Cerchar磨蚀性特征预测模型,分析了等效石英含量及强度等两个决定性因素的特征重要性权重,其权重值分别为0.723和0.277。XGBoost分析结果表明其预测模型的预测效果很好。

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Burgers模型参数确定方法

张雪莉, 蔺旭博, 杨敏, 姚晓亮, 王文丽

地下空间与工程学报. 2025, 21(S1): 79-86. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2025.S1.10

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Burgers力学元件蠕变模型由于其简洁的数学形式,目前广泛应用于冻土工程的蠕变计算中。力学元件模型的计算准确性很大程度上取决于模型参数获取方法的准确性。现阶段采用Burgers模型的蠕变计算分析工作大多是基于“试错法”原理进行蠕变参数的确定,该方法缺乏明确的物理意义,从而大大降低了模型的可靠性。本文以冻结粉质黏土为试验对象,开展了不同温度和轴向压力条件下的单轴蠕变试验。结合Burgers蠕变模型和不同条件下的蠕变应变试验数据提出了根据物理意义标定参数的方法,Maxwell弹性剪切模量G_M是通过施加荷载时的瞬时应变来计算的;Maxwell粘滞系数H_M取决于蠕变应变曲线上直线段的斜率;Kelvin弹性剪切模量G_K可以根据直线段延长线与应变轴的交点来确定;Kelvin粘滞系数H_K则可以通过蠕变应变曲线上蠕变应变率非线性减小段的某一点的应变和时间来计算。该方法的提出为参数的确定提供了理论基础,与“试错法”相比,该方法更加科学直观且提高了参数确定的准确性和效率。通过对比分析试验结果与计算结果表明,Burgers模型的计算结果能够准确描述冻土蠕变的衰减和稳定发展蠕变阶段。这说明本文提出的Burgers模型参数确定方法是有效的。

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基于CNN-BiLSTM-Attention的深基坑变形预测方法

孟飞, 郑卓然, 黄文聪, 岳学军, 张伟锋

地下空间与工程学报. 2025, 21(S1): 87-94. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2025.S1.11

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深基坑变形的准确预测一直是基坑工程面临的关键问题之一,地下空间的复杂性和基坑施工环境的多样性使得传统的预测方法在应对这一问题时显得力不从心。为了提高深基坑变形预测的精准度,提出一种结合卷积神经网络(CNN)、双向长短期记忆神经网络(BiLSTM)和注意力机制(Attention)的深基坑变形预测模型。通过构建时空网格,利用卷积神经网络提取基坑变形的空间特征,结合双向长短时记忆网络对时序特征进行建模,引入注意力机制提高模型对关键时空位置的关注度,最后通过全连接层整合特征,输出预测的监测值。基于广州市某人才公寓深基坑的监测数据进行工程案例验证,通过消融试验和对比试验结果表明,所提方法在深基坑变形预测中精度较高。

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考虑空间信息的地连墙变形智能动态预测方法

伍浩, 邓丽钰, 刘文源, 王浩然, 童立元

地下空间与工程学报. 2025, 21(S1): 95-101. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2025.S1.12

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地连墙变形的准确预测对保障深基坑施工安全至关重要。地连墙变形具有显著的时间和空间特征,传统预测方法在处理多步预测任务时面临稳定性和精度不足的问题。本文提出了一种基于全卷积网络(FCN)的地连墙变形动态更新模型,针对复杂变形数据的时空特征提取和多步动态预测进行了创新设计。所提出的模型通过利用全卷积架构有效保留空间信息,并引入跳跃连接策略增强了网络的特征传递能力,从而提高了模型在多步预测中的稳定性与精度。基于南京地铁11号线某车站基坑的实测数据,验证了所提出模型的有效性。结果表明,模型在捕捉地连墙变形趋势和最大变形位置方面具有显著优势,为复杂时序数据的预测提供了新思路。

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广州滨海地区软土变形指标研究

王伟奇, 连长江, 袁强, 李建平, 李建安

地下空间与工程学报. 2025, 21(S1): 102-110. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2025.S1.13

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沉降计算涉及的主要参数有压缩系数、压缩模量、压缩指数、回弹指数。本文以广州滨海地区软土为研究背景,进行了大量的固结试验,分析了软土的固结状态,对物理指标(含水率、初始孔隙比、天然密度、液限)和变形指标(压缩系数、压缩模量、压缩指数、回弹指数)进行了相关性分析,并通过实例验证了本文公式的可行性。结果表明:(1)本地区软土具高压缩性、欠固结性,但地表浅部5 m埋深内仍有较多呈超固结状。本文建立了软土超固结系数和埋深的经验模型;(2)压缩系数、压缩指数、回弹指数与含水率、初始孔隙比、液性呈正相关,但与天然密度呈负相关;(3)压缩模量与含水率、初始孔隙比、液性呈负相关,但与天然密度呈正相关;(4)本文经验公式有一定误差,需要根据使用目的选择相应的计算公式。

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隧道下卧全风化泥质粉砂岩静力剪切特性试验研究

罗干, 石钰锋, 王超, 陈焕然, 肖敦珂

地下空间与工程学报. 2025, 21(S1): 111-116. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2025.S1.14

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全风化泥质粉砂岩性质介于土、岩之间,因其在交通循环荷载作用下的长期沉降较软土要小,常被视为岩类材料进而在累积变形问题方面的研究较少。但经调研发现,风化程度高的软岩对地铁盾构隧道等变形敏感的结构影响很大。因此,有必要对全风化泥质粉砂岩的力学性质进行更深入的探究。通过分析该岩样在不同试验条件(固结方式、水渗透作用、不同围压)下的不排水静剪切强度,绘制破坏应力线,研究该岩样的结构特性。结果表明:K₀固结下的岩样破坏偏应力和孔压峰值均高于等向固结,说明固结方式对全风化泥质粉砂岩的应力应变和孔隙水压力有着显著的影响;在同一试验条件下,试样的破坏偏应力和孔压峰值随着固结围压的增加而线性增长;经过水渗透处理后的岩样,有效应力减小,抗剪强度降低,破坏程度加剧。

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采空区不同粒径破碎岩样压实再破碎演化特征

张村, 陈彦宏, 赵翔宇, 王方田

地下空间与工程学报. 2025, 21(S1): 117-129. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2025.S1.15

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采空区垮落带破碎岩样的压实与破碎特征直接影响采空区渗流特征、工作面矿压显现、地表沉陷等。为了研究不同粒径破碎岩样的压实与破碎特征,结合声发射监测系统,开展了考虑粒径的破碎岩样压实试验。结果表明:颗粒粒径大的破碎岩样在相同加载应力下发生再破碎释放的能量和破碎次数更高,但在相同应变条件下对应的应力越小;在此基础上,构建了考虑颗粒粒径的破碎岩样加载应力﹣应变模型;破碎岩样在破碎阶段声发射累计计数与累计能量持续增加,粒径越大的颗粒产生更多的声发射事件;破碎岩样的再次破碎是以拉伸破坏为主,且随着应力的增加,剪切破坏比例持续减小,但颗粒粒径越大剪切破坏比例越高;声发射b值表明破碎岩样压实再破碎是一个裂隙稳定发育的过程;声发射定位实验表明颗粒破碎具有在垂直方向上分层破碎、水平方向上相对均匀破碎的特性;在水平方向上边界区域最先开始破碎并逐渐向中心区域均匀扩散,竖直方向上上部层位最先发生破碎,随后开始向中下部层位转移。研究结果对采空区上覆岩层及地表移动、矿压显现控制、采空区安全治理具有一定指导意义。

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地下高压储气库结构瞬态温度场特征研究

李桥梁, 王健野, 雷鸣, 杨圭, 陈宗光

地下空间与工程学报. 2025, 21(S1): 130-135. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2025.S1.16

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为深入研究在气压与温度循环作用下地下高压储气库结构的瞬态温度场变化特征,基于热力学控制方程推导出储气库气压与温度变化曲线,并对钢衬﹣混凝土界面接触热阻对热传导过程的影响进行了分析。在此基础上,探讨了单次循环与多次循环条件下储气库结构温度场的演变规律。研究表明:储气库结构温度变化呈现出显著的波动性,特别是在洞室表面附近,温度波动幅度尤为显著;随着温度荷载循环次数的增加,热量逐渐累积,结构温度场在大约15次循环后达到动态平衡状态;而在距离洞室表面3 m以上的围岩区域,温度波动现象及热量累积效应均不甚明显。

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干湿循环和高温对砂岩宏细观特征影响研究

黄鹏, 郑齐, 闫寒, 杨光清, 徐峰

地下空间与工程学报. 2025, 21(S1): 136-143. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2025.S1.17

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人工热储建设及运营过程中井壁围岩经常遭受干湿循环和高温的共同影响,为了探明干湿循环和高温作用下砂岩的劣化机制,开展了干湿循环和高温影响下砂岩的核磁共振试验和单轴压缩试验,探究了干湿循环和高温影响下砂岩的抗压强度和弹性模量演化规律,探析了干湿循环和高温影响下砂岩的孔隙分布特征。结果表明:无干湿循环的砂岩单轴抗压强度和弹性模量随温度的升高呈先增大后减小的趋势,而受干湿循环的砂岩抗压强度和弹性模量随温度的升高而减小,砂岩的T₂谱主要表现为中孔和大孔,T₂谱的面积随温度的升高呈先降低后增加的趋势,干湿循环整体增大了砂岩的孔隙率,而孔隙率的变化趋势与抗压强度和弹性模量相反;砂岩抗压强度与孔隙率呈显著的负线性关系,不同干湿循环和高温对砂岩的损伤影响效果具有明显差异性。研究结果可以为复杂条件下井壁围岩稳定性提供理论依据。

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三峡库区瞿塘峡消落带岩体劣化机理与评价

温健, 王会磊, 胡黎明, 李伟, 吴孟

地下空间与工程学报. 2025, 21(S1): 144-156. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2025.S1.18

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重庆港位于长江经济走廊上游,与“一带一路”战略深度融合。三峡库区蓄水后,形成约30m高的消落带,长期循环浸泡侵蚀库区两岸岩体,致使岩体劣化损伤,诱发滑坡、崩塌及链生涌浪等灾害,消落带地质环境愈发严峻,库区两岸地质灾害风险明显增加,严重威胁长江航道及瞿塘峡景区安全。本文通过现场调查、现场试验、工程物探、地质测绘与工程测量等多种手段对瞿塘峡两岸消落带岩体劣化程度进行研究,认为瞿塘峡消落区岩体劣化类型有裂隙扩展与新生、溶蚀/潜蚀、松动剥蚀、软硬互层侵蚀等4种,消落区岩体劣化带破坏模式有岩质坠落﹣崩塌、错断﹣崩塌、溶蚀﹣倾倒、溃屈﹣滑移破坏等,从岩体结构、结构面、软弱层带、岩体缺陷、坡面变形特征、应力﹣水作用下岩石强度敏感性特征、岩体完整程度等级等方面构建岩体劣化程度评价体系,对岩体劣化程度进行定性和半定量评价,认为瞿塘峡消落带岩体劣化程度等级为较强烈,局部为强烈。

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钻井液作用下层理性页岩强度劣化机理研究

冯福平, 王鹤远, 张健伟, 韩旭, 张坤

地下空间与工程学报. 2025, 21(S1): 157-164. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2025.S1.19

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钻井液对层理性页岩的侵入及其引起的强度劣化是导致井壁失稳的重要原因,相比于传统泥岩,层理性页岩的强度劣化机理具有明显差异。本文采用理论分析与室内试验相结合的方法,揭示了力化耦合作用下水基和油基钻井液侵入造成层理性页岩强度劣化机理,结果表明:钻井液沿层理缝侵入造成其强度劣化,层理缝尺寸小于0.007 μm时钻井液侵入驱动力主要受毛管力控制,反之则受井底压差控制;钻井液向小尺寸层理缝侵入的驱动力较大,但由于渗透率的差异钻井液更容易向大尺寸层理缝中侵入;油基钻井液更易侵入层理缝,其主要通过滤液对层理面的润滑和水力尖劈效应来造成页岩的强度劣化,这一过程主要由物理作用控制;水基钻井液的侵入深度稍小于油基钻井液,但滤液引起的伊利石表面水化作用会造成页岩分散严重,其强度的减小是物理和化学作用共同作用的结果。

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砂泥岩地层盘形滚刀破岩机理研究

靳利安, 王博, 杨文慧, 孔钟维, 刘友永

地下空间与工程学报. 2025, 21(S1): 165-173. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2025.S1.20

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滚刀作为复合式TBM的关键部件,其破岩效果直接影响施工效率和成本。针对重庆地区砂泥岩地层条件下TBM滚刀破岩效果问题,结合数值模拟进行TBM滚刀破岩机理研究,并结合实际应用验证。首先,通过ABAQUS软件进行数值模拟,确定了滚刀和岩石的材料模型参数,构建了滚刀与岩石的模型,设置了分析步、接触及相互作用。其次,系统分析了滚刀的破岩机理。最后,依托重庆地铁27号线项目,开展基于滚刀破岩机理所研制的新型滚刀的应用研究。结果表明:数值模拟结果与基于CSM模型预测结果一致,验证了数值模拟结果的准确性;揭示了重庆砂泥岩地层滚刀破岩机理为挤压﹣剪切破坏;探明了基于滚刀破岩机理所研制的新型滚刀的破岩效果。研究成果可为重庆砂泥岩地层盾构施工中滚刀的选型和应用提供理论依据和技术支持。

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水泥基石墨注浆材料电学特性与微观结构研究

陈思宇, 王向鹏, 于广斌, 周志东, 许雪峰

地下空间与工程学报. 2025, 21(S1): 174-181. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2025.S1.21

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随着国家在西部山区工程建设投入的进一步增加,川藏铁路、滇藏铁路等世纪工程穿越横断山脉,复杂地质环境造成的突泥、涌水等灾害频发,注浆作为一种有效手段被广泛应用,如何评价注浆效果成为关键。本研究采用石墨粉制备导电水泥基注浆材料,通过观察六种类型水泥基注浆材料在不同配比石墨掺量情况下电学性能和微孔隙结构的变化,建立注浆材料宏观电性和微观结构关系,进而实现注浆评价。结果表明:随着石墨掺量的增加,6种类型水泥基浆材的电阻率降低、极化率增加、平均孔径增加、孔隙率增加、渗透性增强;在宏观电性特征指导下可以根据地下工程围岩物性特点,选择不同掺量石墨的水泥基注浆材料实现灾害注浆处置过程的监测和效果检测。

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基于分层浇筑制备的粗糙裂缝岩体力学试验研究

刘厚彬, 雷金福, 杨博斌, 王帅, 王爽

地下空间与工程学报. 2025, 21(S1): 182-191. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2025.S1.22

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为了准确研究深层页岩断裂损伤演化规律,基于三维扫描获取了深层页岩的天然裂缝面,采用三维建模、3D打印和类岩样材料制备了深层页岩粗糙裂缝面和岩样基质,进一步通过分层浇筑制备了含有不同裂缝倾角和粗糙裂缝面的岩样试样。通过真三轴压缩试验,探究了不同裂缝倾角和不同力学加载方式对岩样力学性能和破坏形态的影响规律。结果表明:(1)利用3D打印技术和分层浇筑制备的类岩样可以代替深层页岩,用于研究井壁崩塌破坏规律。(2)不同裂缝倾角对岩样抗压强度的影响规律总体均呈先减小后增大,呈“U”型变化趋势。(3)不同力学加载方式对岩样抗压强度以及破坏形态的影响十分明显,不同力学加载方式导致岩样自由面产生变化,从而改变了岩样的抗压强度和破坏形态。研究成果可为制备类岩样和室内研究提供参考。

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层间滑移对复合岩石破坏影响试验研究

许海亮, 王庞, 宋义敏, 安栋, 谭安福

地下空间与工程学报. 2025, 21(S1): 192-200. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2025.S1.23

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通过复合岩石四点弯曲试验,利用CCD相机作为观测工具,采用数字散斑相关方法,对一组以不同强度细砂岩组成的复合岩石试件进行试验研究,分析层间滑移对复合岩石破坏的影响规律。结果表明:(1)复合岩石破坏过程中会出现多个荷载峰值及突降,这些荷载峰值及突降与裂缝的产生有关,当岩石试件某一层产生裂缝,同步释放储存能,从而导致荷载曲线突降;(2)岩石裂缝在竖直方向出现位置为受压弯曲和层间滑移共同作用的结果,四点弯试验中两点加载提供竖向压力,层间滑移提供水平摩擦力,导致最大水平应变位置偏移,在岩石底部向上10 mm左右;(3)复合岩石裂缝在水平方向出现位置由层间滑移控制为主、受压弯曲控制为辅;(4)对复合岩石层间滑移进行分析时发现,层间滑移发生位置与裂缝出现位置高度重合且为先发生滑移后产生裂缝。研究成果对研究复合岩石的破坏规律具有参考价值。

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取土工艺对饱和软黏土取土质量的影响研究

董教社, 杨鹏, 屈炜佳, 孙书伟, 葛麟杰

地下空间与工程学报. 2025, 21(S1): 201-208. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2025.S1.24

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获得未受扰动的土样是岩土工程勘察中的一项挑战,而钻探取土过程中会不可避免地对土样产生一定程度的扰动。为了研究取土工艺在饱和软黏土地层中取样时对土样质量的影响,本文以浙江温州典型淤泥为研究对象,首先通过静力触探试验了解场地地层的分布情况,然后分别使用隐形轴阀式取土器、常规厚壁取土器和敞口式薄壁取土器的取土工艺进行取土对比试验。通过对土样的外观形态、无侧限抗压强度和灵敏度指标、扰动性指标进行比较分析研究,最终得到不同取土工艺对饱和软黏土取土质量影响的定量分析评价。结果表明:采用隐形轴阀式取土器的取土工艺采取土样的扰动性相对最小,取土质量相对最高,敞口式薄壁取土器次之,常规厚壁取土器采取土样的扰动性相对最大,取土质量相对最差;隐形轴阀式取土器所取土样的无侧限抗压强度平均值比常规厚壁取土器高20.2%,比敞口式薄壁取土器高10.3%;利用自重应力下的孔隙比变化率作为土样扰动性大小的定量指标,取土质量相对最差的常规厚壁取土器所取土样的孔隙比变化率平均值比最好的隐形轴阀式取土器增大11.0%;隐形轴阀式取土器在饱和软黏土中采取的土样质量相对最高,试验后得出的岩土参数相对最接近于真实地层的物理力学特性。

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SMW工法型钢﹣水泥土组合刚度及破坏形态研究

凌同华, 李勇, 谷淡平

地下空间与工程学报. 2025, 21(S1): 209-217. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2025.S1.25

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为深入分析SMW工法型钢与水泥土共同作用下组合梁的刚度及其破坏形态等,通过室内试验测量了型钢水泥土组合梁在抗弯过程中的挠度,采用ABAQUS有限元软件进行模拟,对比分析得出摩擦接触单元在模拟型钢﹣水泥土接触关系上较为合理。在校验模型的基础上进一步探讨了型钢﹣水泥土接触面摩阻力、水泥土强度等因素对组合结构刚度变化的具体影响。结果表明:摩擦接触单元能更准确地反映实际的接触行为,与试验数据吻合度较高;型钢与水泥土之间的相互作用越大,组合梁的整体刚度越大;相同荷载作用下,型钢水泥土组合梁的刚度会随着水泥土强度的提升而增大。

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受陡倾结构面影响的岩石洞室地基稳定性研究

唐秋元, 丁于哲, 陈超

地下空间与工程学报. 2025, 21(S1): 218-223. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2025.S1.26

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岩石洞室地基稳定性研究作为岩土工程领域的长期性基础课题,在山区岩溶地基、山地人防洞室地基、市政公路铁路隧道建设过程中都有所涉及。洞室自身的稳定性研究目前已较为成熟,而岩石洞室地基稳定性研究起步较晚,特别是受陡倾结构面影响的岩石洞室地基。结合工程实例分析,指出了目前洞室地基稳定性分析存在的问题,建立了受陡倾结构面影响的岩石洞室地基稳定性的计算方法,分析了其影响因素及规律;提出了受陡倾结构面影响的洞室地基稳定性分析方法;针对不同基础形式,分析了洞室地基的稳定性,并采用3DEC离散元计算软件进行了验证。研究成果对洞室地基的勘察、设计具有指导意义。

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基于强度折减法的贯穿节理隧道围岩稳定性分析

任玉琪, 夏华华, 蔡剑, 陆志强, 郭强

地下空间与工程学报. 2025, 21(S1): 224-231. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2025.S1.27

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为了研究贯穿节理对隧道围岩稳定性的影响,基于强度折减法建立有限元数值模型,模拟计算了不同节理面倾角、贯穿位置、黏聚力和内摩擦角条件下隧道围岩稳定性安全系数,定量分析了隧道围岩稳定性与敏感因素之间的变化关系。结果表明:(1)贯穿隧道中心的节理面倾角对裸洞围岩稳定性影响较小,与之相比,贯穿拱脚的节理面的影响更明显,且隧道围岩稳定性安全系数随着贯穿节理倾角的增大而逐渐减小;(2)随着贯穿节理从隧道底部移动至顶部,围岩稳定性安全系数呈现先增后降的变化趋势,贯穿隧道中心时安全系数最大,贯穿位置越靠近隧道开挖边界则安全系数越小,贯穿隧道下半部分比贯穿上半部分对围岩稳定性影响更大;(3)随着节理面黏聚力、内摩擦角的增大,隧道围岩稳定性安全系数逐渐增大,且对内摩擦角的变化更敏感;(4)总结了贯穿隧道节理面的主要防治措施。研究成果可为节理较发育的隧道工程设计与施工提供参考。

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大型深埋地下洞室群围岩稳定离散元分析

刘天为, 孙铨志

地下空间与工程学报. 2025, 21(S1): 232-243. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2025.S1.28

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“双碳”目标和能源可持续发展背景助力下,抽水蓄能电站建设正迈向高质量蓬勃发展阶段,但也涌现出大量地质条件复杂、地应力高、大跨度、施工强度高难度大的大型深埋地下厂房洞室群。准确、安全、高效地开展复杂地质条件下大型深埋地下洞室群围岩稳定分析,是确保抽水蓄能电站合理设计、安全建设和平稳运行的重要支撑。雅砻江两河口混合式抽水蓄能电站地下厂房洞室群规模庞大、洞室密集、施工条件复杂,洞室群围岩稳定影响因素复杂多样。本文基于考虑结构面非连续变形特征的离散单元法,开展雅砻江两河口混合式抽水蓄能电站三维大型地下洞室群围岩稳定数值研究。利用大型离散元软件3DEC建立地下厂房洞室群三维数值计算模型,结合孔径变形法实测数据反演洞室群地应力场,综合考虑层理及挤压带等不利结构面以及支护方案,从洞室群整体稳定性、支护方案评价及洞室群局部稳定分析方面开展了围岩稳定分析,可为设计施工提供依据参考。

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溶洞尺寸对隧道围岩稳定和防突厚度的影响研究

常富贵, 厉志, 庞磊磊, 温元平, 李小勇

地下空间与工程学报. 2025, 21(S1): 244-251. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2025.S1.29

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岩溶隧道的围岩稳定和防突厚度并非一成不变,而受溶洞尺寸的影响较大,其影响规律和机理尚未明晰。基于FLAC3D数值模拟方法,构建隧道-溶洞三维计算模型和围岩能量可视化程序,系统研究溶洞尺寸对隧道围岩力学响应及能量演化规律的影响。结果表明:数值计算结果与实际监测结果吻合良好,验证了模型可靠性;隧道开挖后,溶洞半径与隧道跨度之比(T)对隧道围岩应力的影响较大,拉应力集中程度与溶洞尺寸正相关;随着T的增大会扩大位移分布范围,但通过缓冲空间释放应力,导致最大沉降和隆起值减小;大溶洞促使能量释放范围扩大但强度降低,表明应力扰动更分散;随着T的增大,最小防突层厚度逐渐增长,但增大幅度逐渐减小,逐渐趋于饱和。研究成果可为岩溶区隧道稳定性控制提供理论参考。

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高内压作用下输水盾构隧洞合理预应力范围探究

马海军, 陈昱弛, 马晓斌, 刘畅

地下空间与工程学报. 2025, 21(S1): 252-259. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2025.S1.30

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盾构隧洞预应力双层衬砌结构(管片外衬—预应力混凝土内衬)因其抗渗性好、稳定性强,被愈加广泛地应用于输水隧洞工程中。在输水隧洞高内水压环境下,预应力内衬的合理预应力范围是工程经济性与安全性的关键。基于此,依托珠三角水资源配置工程,建立输水盾构隧洞预应力双层衬砌ABAQUS三维有限元模型,分析了不同预应力条件下双层衬砌结构力学特性的变化规律,得到了高内水压作用下预应力内衬的合理预应力范围。结果表明:预应力内衬受预应力的影响,变形大于管片外衬,使得内外衬砌接触面上半圆180°范围内与拱底行车道位置处于张开状态;运行期,双层衬砌接触面在内水压作用下完全闭合;在68%设计预应力下,预应力内衬锚具槽位置发生塑性形变,盾构输水隧洞预应力内衬张拉预应力的合理取值范围为68%~138%的设计预应力,结果可为盾构隧洞预应力双层衬砌结构设计提供参考。

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地铁洞柱法车站地基承载力研究

方正江, 金淮, 何海健, 马立秋

地下空间与工程学报. 2025, 21(S1): 260-267. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2025.S1.31

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洞柱法作为一种比较具有代表性的地铁修建方法,在实际工程中得到了广泛应用,但目前还没有针对洞柱法条形基础地基承载力的计算方法。首次提出了解决这一问题的思路,通过模拟实际车站工程说明现有计算方法所存在的问题,在此基础上,研究相邻条形基础的影响作用。结论表明:(1)现有计算方法确实存在结果偏于保守的问题;(2)相邻条形基础对地基承载力存在影响;(3)研究中提出地基承载力增大系数的新概念,该系数可将相邻条形基础的影响定量化,并得出一个更适用于洞柱法车站地基承载力的计算方法。研究成果为洞柱法车站地基承载力计算提供了一种新思路,对同类工程具有一定的借鉴意义。

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地铁隧道围岩扰动时序变化规律及演化模型研究

刘文涛, 张磊, 张书香, 张波, 杨博操

地下空间与工程学报. 2025, 21(S1): 268-276. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2025.S1.32

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为深入研究地铁隧道施工过程中围岩扰动的时序性变化规律,通过有限元数值模拟对开挖过程中产生的应力应变规律进行了分析,比较了不同开挖阶段拱顶沉降的相对关系,总结了围岩在开挖过程中位移和应力状态的变化规律。结合小波分析与自回归移动平均模型(W-ARIMA),提出了一种隧道围岩扰动演化模型,并对演化模型进行了验证分析。结果表明:随着隧道开挖的推进,周围岩体的应力分布重新分配,初期支护后容易出现应力集中,尤其在上台阶开挖完成后更为明显;采用扩大拱脚台阶法的逐级开挖策略,能够有效降低围岩受力范围和应力集中现象,从而减少开挖过程中应力应变对围岩稳定性的影响;基于W-ARIMA方法建立的演化模型,成功验证了隧道变形的整体动态规律。研究成果可为隧道施工中的围岩稳定性管理提供新的方法参考。

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倾斜地层浅埋超大跨小净距车站围岩变形特征

李小勇, 马自恒, 温元平, 钟祖良, 厉志

地下空间与工程学报. 2025, 21(S1): 277-287. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2025.S1.33

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针对浅埋超大跨小净距地铁车站穿越砂岩泥岩互层倾斜地层时围岩变形特征、施工方法及工序安排无经验可依的难题,以重庆轨道27号线磁器口车站工程为依托,探讨了不同地层倾角条件下开挖顺序和方法对车站围岩稳定性的影响,提出了浅埋超大跨小净距地铁车站穿越砂泥岩互层地层围岩优选施工方法。结果表明:在砂泥岩倾斜互层地层中,地层倾角40°为施工顺序的临界阈值,当地层倾角小于40°时,应当先开挖穿越倾斜地层侧洞室;当倾角大于40°时,先开挖远离倾斜地层侧洞室能显著降低围岩变形沉降,双侧壁导坑法作为优选工法较CRD法能显著降低围岩变形且优化支护结构受力,在该工程条件下具有良好适用性。

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极破碎围岩条件下地下洞室高边墙变形控制研究

鲁绪江, 徐奴文, 毛浩宇, 周相, 丁新潮

地下空间与工程学报. 2025, 21(S1): 288-296. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2025.S1.34

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高边墙地下洞室围岩变形控制一直是地下工程施工的一大挑战,开挖过程中围岩变形破坏问题突出,针对某水电站极破碎围岩开挖过程高边墙变形破坏问题,提出钢支撑控制围岩变形方法。基于数值模拟与现场监测,对不同类型钢支撑结构与围岩支护效果进行定量评价。结果表明:圆形钢管钢支撑结构明显优于组合工字钢支撑结构;采用钢管钢支撑支护后边墙围岩变形得到有效控制,塑性区范围、深度明显减小,应力集中现象有所改善,围岩稳定性显著提高;现场监测与数值模拟结果相互吻合并验证了钢支撑支护效果。相关成果可为极破碎岩体条件高边墙地下洞室围岩变形控制提供借鉴。

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双齿装配式盖板涵力学性能及连接形式研究

毕健东, 杨韫韬, 刘龙旗, 张宏, 朱保磊

地下空间与工程学报. 2025, 21(S1): 297-305. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2025.S1.35

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为有效提升公路用预制装配式箱涵在施工期及服役期的力学性能和抗破损能力,本文提出了一种新型公路用钢筋混凝土结构装配式双齿形上下拼装盖板涵洞。根据实际工程参数和材料性质,利用有限元仿真软件进行模拟,得到不同填土高度下盖板涵顶板距最左侧1.5 m中央位置及侧墙高1.5 m中央处变形较大,顶板板齿与侧墙接缝处应力集中现象明显。根据涵体受力及变形特点设计了不同墙身截面形式及连接方式的盖板箱涵形式并进行模拟对比,得出上窄下宽的梯形侧墙截面形式及0.3 m宽板齿结构更有利于侧墙受力。最后优选出一种侧墙截面为梯形,板齿宽度为0.1 m,施工方式为交错盖板的预制装配式双齿盖板涵。经过优化之后,变形及应力值显著减小,满足承载能力要求,具有良好的抗压抗剪力学性能及抗变形能力,在考虑经济和预制合理性的前提下,可为同类型工程提供参考。

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初支拱盖法在上软下硬地层地铁车站的适用性研究

马天坤, 苏秀婷, 程倩倩, 杜晓涛, 刘丽

地下空间与工程学报. 2025, 21(S1): 306-313. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2025.S1.36

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地铁车站开挖项目面临复杂多变的地质条件,采用何种开挖方法是目前关注的重点。常规开挖方式中,明挖法占用大量土地,产生噪声污染;双侧壁导坑法强度过度储备;拱盖法对上软下硬地层有很好的适应性,但存在施工缝渗水问题。青岛市位于上软下硬的特殊地质环境中,地铁车站多在花岗岩层建设,以上几种施工方法在地下水资源丰富的青岛并不十分适用。为了研究初支拱盖法在该类地层地铁车站的适用性,本文运用Midas GTS NX软件,对青岛地铁一号线某车站建模并仿真计算,结合实时监测数据分析了拱顶沉降、洞内净空收敛和地表沉降规律。结果表明:初支拱盖法在该类上软下硬地层中能有效保障施工安全,其中关键施工环节为凿除初支和开挖核心土体;及时支护对维持洞室稳定和防止地表沉陷至关重要。

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深基坑整体设计法研究与应用

李连祥, 汪楚涵, 侯颖雪, 刘嘉典, 张尚儒

地下空间与工程学报. 2025, 21(S1): 314-326. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2025.S1.37

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中心城市地下结构群深基坑设计与周围环境安全控制是地下结构设计面临的难题,提出“深、浅”基坑临界深度划分方法,明确深基坑工程系统概念,强调环境安全控制范围,示范深基坑工程系统范围确定方法;定义深基坑整体设计法,明确土的本构关系、参数选取、科学性验证是深基坑数值模拟关键技术,提出了数值模型参数选取的综合方法和科学性验证途径,以济南示范城市参数体系构建程序;将深基坑整体设计法应用于工程案例,获知不同开挖阶段基坑(群)系统内既有结构力学性状,可对系统内既有结构变形进行主动控制,证明整体设计法能够解决复杂环境深基坑设计难题;深基坑整体设计法关注到基坑“复杂环境”和“深”的迫切需求,利用数值分析集成岩土和地下结构等不同介质的综合影响,突出主动“变形控制”原则,推动了深基坑理论和设计方法的完善和发展。

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坑中坑式非对称深基坑受力变形分析

杨锋, 雷锋华, 王雪鹏, 丁海滨, 徐长节

地下空间与工程学报. 2025, 21(S1): 327-334. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2025.S1.38

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为了研究异形坑中坑开挖对基坑受力变形的影响,以广州白云站基坑项目为背景,根据现场监测数据及有限元软件Plaxis 3D还原现场施工模型,分析了非对称坑中坑开挖对基坑变形和稳定性的影响。结果表明:基坑非对称开挖导致两侧支护结构的水平位移不对称,超挖侧地连墙变形随内坑开挖深度增加而逐渐增大,而非超挖侧地连墙随着内坑开挖出现位移推回现象;建议在施工中加强对超挖侧地连墙和中部区域的监测与防护;由于基坑的超大超宽特点,基坑中部的支撑轴力会出现消散,使得中部支撑轴力小于角部轴力,特别是在2区开挖后,角部支撑轴力会突变,故实际工程需特别关注此类变形。

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基于小应变本构模型的复杂基坑群三维分析

顾正瑞, 徐中华, 王卫东, 陈畅

地下空间与工程学报. 2025, 21(S1): 335-345. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2025.S1.39

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地下空间快速发展的过程中产生了大量的基坑群工程,软土地区大规模基坑群在开挖过程中面临变形控制难度大、风险高的挑战,掌握软土地区基坑群受力和变形性状及对周边环境影响对于保障基坑群的安全和采用合理的设计十分重要。本文以上海软土地区乍浦路天潼路基坑群项目为研究背景,通过岩土工程有限元软件Plaxis 3D建立了三维分析模型,采用能够表征土体小应变硬化特性的HS-Small本构模型,系统研究了基坑群开挖过程中围护结构变形和邻近隧道位移等发展特征,通过有限元模拟与现场监测数据的对比验证,深入探讨了基坑群的受力和变形性状。结果表明:软土地区基坑群开挖工程中,土体剪应变均处于1%以下的小应变范围,说明了基坑群有限元分析采用小应变土体本构模型的必要性;三维有限元分析结果和实测数据能够较好吻合,该方法适用于软土地区复杂环境下基坑群工程的分析。

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考虑水热力耦合的桩锚支护深基坑地表沉降分析

马川, 李元勋, 陈松, 石佳根

地下空间与工程学报. 2025, 21(S1): 346-354. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2025.S1.40

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为研究季冻黄土地区桩锚支护深基坑地表沉降的水热力耦合特征,建立了季冻黄土地区的温度场方程、水分场方程和应力场方程,引入固液比公式得到温度场和水分场的耦合方程,采用COMSOL中的PDE接口进行二次开发,建立了桩锚支护水热力耦合数值模型,分别与模型试验和仅考虑温度变化的模拟值进行对比,验证了数值模型的正确性和优越性。结果表明:与仅考虑温度场所得地表沉降相比,水热力耦合模型计算所得数据更加贴合实测数据;采用直接耦合+间接耦合的方法相较于传统耦合方法摒弃了复杂的方程和难以确定的参数,更容易模拟出水热力的耦合且结果符合工程实际;模型能较好的预测出季冻黄土区桩锚支护最大冻结深度和地表沉降的相应变化;建立季冻黄土区桩锚支护数值模型时,不能仅考虑单独条件的变化,也不能将水分场、温度场、应力场等条件进行单纯的叠加,应结合当地情况确定最重要影响因素,达到简化模型且符合实际工程的效果。

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基坑开挖对侧方既有隧道的工程影响分区研究

汪洋, 马骏, 张文正, 薛尚铃, 曾虹静

地下空间与工程学报. 2025, 21(S1): 355-361. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2025.S1.41

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基坑开挖对轨道交通结构的工程影响分区划分大都单一地以空间距离关系作为控制因素,忽视了岩土物理力学性质的影响。为了更科学合理、精细有效地划分工程影响分区,以基坑工程及临近的侧方既有隧道为研究对象,采用数值模拟、量纲分析与相关性分析相结合的方法,提出了以γH/E与θE/φc作为控制因素进行工程影响分区划分的方法。结果表明:侧方隧道位移总体随着基坑的不断开挖而呈增大趋势;隧道位移同各变量之间存在着显著而非线性的关系,用Spearman相关性系数描述更为准确;在同一典型地层区域环境中,用h/H这类的空间关系特征来进行工程影响分区划分更为科学合理;在不同岩土环境下,隧道位移同γH/E、θE/φc的相关性关系尤其突出,以此为控制因素,隧道位移大小为划分条件,提出了基坑开挖对侧方既有隧道的工程影响分区图。

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浅埋煤层回风巷道围岩非充分控制方法及应用

梁运培, 刘思辰, 李其罡, 刘瑞杰, 武兆鹏

地下空间与工程学报. 2025, 21(S1): 362-370. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2025.S1.42

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陕北地区大采高工作面回采后端头易形成三角悬顶区,导致工作面有害气体积聚,大面积三角悬顶严重威胁矿井安全生产。针对这一难题,基于龙华煤矿20202工作面地质条件,通过UDEC和3DEC数值模拟方法,分别分析了巷道顶部锚杆密度和超前支护作用对围岩变形特征的影响。结合浅埋煤层赋存特点,充分利用围岩的自承载作用,提出了巷道围岩非充分控制方法,在保证支护质量和支护效率的同时,减少锚杆数量,降低支护密度,从而降低端头大面积悬顶的风险。在工程应用中取得了较好效果,结果表明:巷道的顶底板与两帮变形均在合理范围内,巷道支护质量满足生产条件;减少巷道顶部锚杆数量可以有效提高巷道掘进效率;巷道围岩非充分控制方法解决了巷道端头三角区大面积悬顶问题,对于浅埋煤层工作面巷道围岩控制有积极意义。

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万米特深井812.8 mm井眼携岩技术研究

宋东东, 罗鑫, 贺明敏, 胡军, 彭浩

地下空间与工程学报. 2025, 21(S1): 371-375. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2025.S1.43

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随着钻井技术的进步,油气钻井不断朝着超深井、特深井发展,为适应深层油气勘探开发过程中遇到的高温高压地层所带来的挑战,满足超深井、特深井整个井眼安全,上部所钻井眼尺寸也越来越大,大尺寸井眼钻进不仅要防斜打直,还要考虑井筒清洁。以四川盆地剑阁潜伏构造特深井SDCK1大井眼为例,建立双扶正器模型进行流场分析,获得双扶正器下大尺寸井眼携岩效率影响变化规律。现场优化钻井参数保证携岩效率,通过排量、钻井液密度、段塞稠浆等方式进行携岩攻关,结合现场设备配套,对井筒清洁、高效携岩效果明显。现场不断调整钻参钻进,发现在排量150 L/s、密度1.27 g/cm³和相应设备配套技术下携岩效果理想,适合在大尺寸井眼进一步推广,为后续大尺寸井眼携岩、井筒清洁提供支撑和指导。

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TBM破岩震源HSP法实时超前地质预报技术及应用

卢松, 陈炜韬, 汪旭

地下空间与工程学报. 2025, 21(S1): 376-385. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2025.S1.44

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隧道TBM施工具有高效、绿色等特点,但仍存在对不良工程地质条件适应性差的问题,为避免TBM遭遇事前未能明确的不良地质条件而盲目掘进,施工期地质预报技术的实施与创新尤为关键。基于TBM施工特点与地质预报技术难点分析,围绕地震波法场源类型与激发形式、预报设备载入模式、预报长度与成果时效性等方面开展预报技术选型,并对TBM破岩震源HSP法实时地质预报技术开展深入研究。通过将HSP预报设备搭载于TBM,实现破岩震动信息自动采集、数据智能处理、异常智能识别和成果实时解译的效果,提升TBM施工工法下地质预报技术场景适用性、现场测试便携性、成果获取实时性;提出基于多次预报成果交互迭代的数据处理技术,实现减少假异常,提升准确度的目的。基于滇中引水香炉山隧洞、乐西高速大凉山隧道和高原铁路隧道的工程应用,验证了HSP实时预报技术对断层破碎带、富水构造带等不良地质体的探测效果,为TBM高效施工起到了一定的助推作用,可为类似TBM施工隧道地质预报工作提供参考。

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超深地下连续墙不同工艺施工土体位移实测分析

常林越, 王卫东, 宋青君

地下空间与工程学报. 2025, 21(S1): 386-395. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2025.S1.45

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随着城市地下空间的发展,作为软土深基坑工程重要围护结构的地下连续墙应用也越来越深,最大深度已超过100 m。超深地下连续墙施工对土体的变形影响成为施工控制关键之一,目前对施工全过程土体位移影响的时空分析以及不同成槽工艺的影响分析还较少。基于此,本文结合两组不同深度(50 m和70 m)地下连续墙采用不同施工工艺(抓斗成槽、抓铣结合成槽)的现场试验,分析了施工全过程对土体位移的时空影响。实测表明,地下连续墙施工期间土体位移经历了“成槽期缓慢发展、静置期快速发展、浇筑期少量恢复”三个阶段;槽段静置期间土体位移增长较快,位移增量约1~3倍,尽快完成混凝土浇筑有利于土体变形控制;混凝土浇筑期间水平位移的恢复量相比地面沉降明显;最终单幅墙施工引起的地面沉降和土体水平位移均未超过10 mm;铣槽机成槽对土体位移的影响与抓斗成槽有显著差别,铣削过程中产生挤土;地下连续墙每幅槽段施工对紧邻的土体影响较显著,对远离的区域影响较小,墙幅连续施工有一定叠加影响但不显著。研究成果可为超深地下连续墙施工影响的量化评估提供参考。

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基于旁孔剪切波的既有工程桩性状测试方法

张敬一

地下空间与工程学报. 2025, 21(S1): 396-402. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2025.S1.46

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针对既有工程桩性状测试难题,现有研究提出了一种对其桩底和完整性检测的旁孔法。当桩顶非裸露无竖向激振工作面而水平激振时,现有利用桩身透射的首至P波进行桩底和完整性检测的方法,在饱和地基下往往难以有效。为此,本文提出了一种通过水平激振激发桩身弯曲波,在合理激振﹣旁孔布置下可有效接收桩身透射首至S波(F-S波),再将其用于饱和地基下既有工程桩性状测试和评估。通过有限元手段验证了饱和地基下旁孔透射首至P波测试分析存在的局限性,以及旁孔透射首至S波用于评估桩底深度和桩身完整性的效果。结果表明:(1)饱和地基下垂直激振方向布置旁孔,接收到的信号易于识别首至F-S波,通过读取首至波走时确定两拟合直线及其交点,并由文中推荐算式对交点校正,以此确定桩底深度的方法简易、精度高;(2)当桩身存在离析类缺陷时,旁孔透射首至F-S波在缺陷附近呈现为上下平行、中间为连接过渡段的三折线,此时缺陷起始位置可由三折线的连接过渡段起始点确定。基于旁孔剪切波的方法,为饱和地基下评估既有工程桩底深度及桩身完整性提供了一种有效检测手段。

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大断面地铁暗挖车站开挖方法比选研究

路锦彪, 徐海龙, 厉彦栋, 张海泉, 张勇峰

地下空间与工程学报. 2025, 21(S1): 403-409. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2025.S1.47

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随着地铁车站在城市中的修建工期越来越紧张,一种车站修建新工艺“先隧后站”法应运而生且愈加成熟,其适配的开挖方法是“先隧后站”法中关键的一环。以重庆市4号线某暗挖地铁车站工程为依托,采用有限元软件FLAC3D对三种开挖方法(双侧壁导坑法、CD法和三台阶七步开挖法)进行数值模拟,研究得出了三种开挖方法下地层的沉降规律及车站支护结构、盾构临时管片衬砌与开挖之间的应力应变响应规律。结果表明:地层沉降随着埋深的增加而增大,其中双侧壁导坑法产生的沉降最小,三台阶七步法产生的沉降最大;三种开挖方法下锚杆及二次衬砌的应力分布规律几乎一致,其中双侧壁导坑法的锚杆轴力高出另外两种开挖法均约30%,而三台阶七步法的二次衬砌受力特征优于其他开挖法;对比盾构临时管片衬砌的应力应变分布规律,双侧壁导坑法明显优于CD法和三台阶七步法。

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光面爆破中爆破参数对爆破效果的影响

彭涛, 黄今, 任东兴, 黄庆亮, 黄永辉

地下空间与工程学报. 2025, 21(S1): 410-417. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2025.S1.48

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光面爆破是超长山岭隧道掘进常用的一种爆破技术,本文以深圳市东歌区间隧道施工为工程背景,针对相关爆破参数对光面爆破效果的影响,构建了不同线装药密度下的数值模型,通过对模拟结果的分析,确定了适合本爆破工程的最佳线装药密度。结果表明:炮孔两侧光爆层区域和围岩层区域的主裂纹长度会随着线装药密度的增大而增大,在线装药密度为0.08 kg/m时,炮孔连线上裂纹贯穿效果不好,存在部分欠挖现象,线装药密度为0.12 kg/m时,爆破过程中裂纹长度最长,对周边岩体的损伤较大;通过数值模拟多次分析计算,确定线装药密度为0.10 kg/m时爆破效果较好,光面爆破轮廓线较为整齐,半孔痕率较高。研究成果可为同类工程提供借鉴。

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光面爆破径向不耦合系数对超欠挖的影响研究

王涛, 阮迪新, 陈国庆

地下空间与工程学报. 2025, 21(S1): 418-423. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2025.S1.49

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某花岗岩隧道采用光面爆破开挖。为了改变爆破轮廓不平整以及超欠挖严重的问题,本文运用ANSYS/LS-DYNA有限元分析软件,建立径向不耦合系数k为1、1.25、1.5、1.75、2时的三维模型,探究径向不耦合系数对超欠挖的影响,并对现场爆破方案进行优化。通过比较5种不耦合系数工况下,炮孔底部的断面损伤,以及计算各个工况下的平均超挖值,发现随着径向不耦合系数增大,炮孔之间的贯穿能力逐渐下降。当不耦合系数k=1和k=1.25时,炮孔底部损伤区贯穿,且出现超挖;不耦合系数k=1.75和k=2时,损伤区没有贯通,难以形成光爆轮廓。综合来看,不耦合系数k=1.5时,能够达到良好的光面爆破效果。

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超近距上跨既有隧道微差爆破技术响应特征

王星, 黄帅, 牛亚鹏, 何雄飞, 聂亚伟

地下空间与工程学报. 2025, 21(S1): 424-430. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2025.S1.50

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针对某隧道排烟通道超近距(4.44 m)上跨已施作主洞结构,现场提出了一种微差爆破施工技术,采用有限元数值计算方法,探究上部排烟通道爆破施工后,下部主洞初期支护结构第一主应力、振动速度、位移的变化特征,定量评价近接隧道的安全状态。结果表明:纵向排烟道全断面爆破后,主洞初期支护结构最危险点位于纵向排烟道爆破掌子面正下方拱顶位置,控制性节点的X、Y、Z方向振速峰值均小于规范值20 cm/s、位移值处于3.63 mm以内;衬砌结构应力及变形曲线在200~300 ms内形成峰值,随着时间增加呈震荡衰减趋势,拱顶局部形成拉应力集中状态,结构整体风险可控。现场采用微差爆破技术施工后,排烟通道顺利上跨通过主洞结构,相交位置初支拱顶处由于个别锚杆弯撬出现局部初支掉块现象,整体受力较为安全。现场监测结果与数值计算相互吻合,证明该微差爆破施工技术的可靠性,研究成果可为类似工程提供参考。

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复合地层盾构基岩及孤石控制爆破技术应用

张晨, 莫涛, 傅鑫晖, 林清阳, 何瑞晞

地下空间与工程学报. 2025, 21(S1): 431-435. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2025.S1.51

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复合地层盾构掘进施工中,基岩及孤石的存在对盾构施工有着较大的制约因素,未破碎的孤石与地层挤压不仅会造成地面塌陷和盾构机偏离掘进轨迹,还可能致使盾构机刀盘严重磨损。本文以福州地区某盾构区间基岩及孤石处理为例,从区间的地质条件、基岩凸起及孤石的危害、基岩及孤石形成的主要原因、爆破参数设计及主要工艺参数、爆破效果五个方面分析了基岩及孤石爆破处理方式。提出了合理的爆破方案、最佳炮孔距等参数,有效的解决了复合地层中高强度基岩及孤石对盾构掘进施工的影响。

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盾构隧道施工期管片环缝错台全过程特征分析

武文清, 秦楠, 单晓波, 王军可, 柳献

地下空间与工程学报. 2025, 21(S1): 436-441. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2025.S1.52

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在盾构隧道施工过程中,管片在外荷载作用下会出现接缝张开和错台变形,其中较大的环缝错台可能引起管片渗漏水不良病害。通过倾斜传感器串联接入无线网关方式实现了对环缝错台的实时监测,根据盾构施工特点将环缝错台监测数据划分为盾尾阶段、注浆阶段和趋于稳定阶段。通过对不同阶段管片环缝错台的时空特征分析,结果表明:盾尾内管片与盾尾逐渐接触的过程中,管片沿隧道轴向荷载分布不均导致盾尾内管片环缝错台相对于脱出盾尾管片沿隧道径向向圆心错动;注浆阶段管片环缝错台主要是由相邻管片环的受荷差异所造成的;盾尾内管片在拼装期间错台量基本呈线性发展,可考虑加大未回缩千斤顶推力对管片错台进行控制。研究成果可对环缝错台机理分析和控制研究提供数据支持和验证。

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基于基坑降水正交分析的帷幕渗漏特征研究

杨钊, 马超, 石章入, 贺祖浩, 汪晨

地下空间与工程学报. 2025, 21(S1): 442-450. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2025.S1.53

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止水帷幕渗漏特征直接影响基坑工程安全,若能通过坑外水位变化特征定量分析渗漏位置和渗透系数,便能在基坑工程全生命周期控制地下水引起渗漏风险。本文通过建立有限元模型,采用正交试验分析水位降深对止水帷幕插入比、渗漏位置渗透系数比、观测孔位置(距深比)及渗漏位置四个因素敏感性,进一步分析各因素影响机理;根据水位降深特征曲线,提出渗漏位置渗透系数计算方法。结果表明:(1)敏感程度依次为渗透系数比>距深比>止水帷幕插入比>渗漏位置;(2)悬挂式止水帷幕和落底式止水帷幕,水位降深对渗透系数比和距深比敏感性不同;(3)存在临界渗透系数比,渗透系数小于临界值时,随着插入比增加,渗漏流量减小;当渗透系数大于临界值时,渗漏水量急剧增加,随插入比增加而增大,水力坡降变化是这种差异产生的原因;(4)水位降深差与距深比呈指数函数关系,与插入比和渗透系数比呈线性关系;(5)由水位降深曲线,联立求解可得到渗漏位置及其渗透系数。

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敞开式TBM隧洞预注浆效果研究

李元卓, 段玉东, 李林峰, 张立龙, 杨浩天

地下空间与工程学报. 2025, 21(S1): 451-460. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2025.S1.54

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TBM在通过地表有冲沟的断层破碎带时,易发生卡机事故,处理时间较长、成本较高。为保证TBM通过冲沟断层洞段时的掘进安全,避免出现掌子面塌方、卡机、设备“栽头”等情况,常采用地表预注浆加固技术对冲沟段断层破碎带进行处理。本文针对新疆某水利工程TBM施工穿越地表有冲沟段断层破碎带容易发生卡机的问题,通过数值模拟对比分析了管棚注浆与地表注浆对围岩稳定性的影响,并对两种注浆工法经济效益进行分析。结果表明:在TBM穿越地表有冲沟的断层破碎带洞段时,采用地表预注浆加固技术,浆液能更好填充进围岩裂隙,并提升围岩的完整性与胶结程度;通过钻孔取芯和超声波检测的手段验证了地表预注浆加固充填围岩裂隙效果较好;采用地表预注浆施工,工期上优势明显优于管棚注浆,而当TBM采用管棚注浆脱困存在有较高风险,造成围岩塌方,对施工人员和TBM机均产生较高危险。综合考虑经济性和技术难度,隧洞埋深在70 m的情况下应采用地表预注浆来防范TBM卡机事故的发生。研究可为相似工程提供参考。

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隔断式止水帷幕渗漏对深基坑外水位影响研究

张湦, 黄志强, 王乃毅, 郭宇轩, 赵成

地下空间与工程学报. 2025, 21(S1): 461-469. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2025.S1.55

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深基坑工程在富水地区施工中易出现止水帷幕渗漏问题,导致基坑结构损坏危害周边环境安全。依托沈阳某工程,对富水砂层地质条件下隔断式止水帷幕渗漏进行研究。通过开展渗漏模型试验,深入研究深基坑隔断式止水帷幕渗漏对坑外地下水位的影响。根据相似原理按比例缩小基坑和止水帷幕的尺寸,分析不同止水帷幕渗漏面积下坑外地下水位的变化规律,得到可供参考的止水帷幕渗漏影响范围,并开展抽水试验研究不同位置渗漏引起坑外各观测井水位变化规律。结果表明:坑外水位降深、孔隙水压力及周边地表沉降皆随着止水帷幕渗漏面积的增大而增大;地表沉降变形在侧摩阻力的作用下呈漏斗状,随距离的增加呈现先增大后减小的趋势,止水帷幕渗漏影响范围为含水层厚度的六倍左右。基于修正后的大直径完整井降水水位计算公式,对比分析模型试验值与计算值。结果表明,二者变化趋势相近,相差为13.7%,该公式适用于隔断式止水帷幕渗漏坑外不同位置水位降深计算。

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基于随机森林和LSTM融合模型的隧道施工通风优化

孙三祥, 郑旭廷, 田维海

地下空间与工程学报. 2025, 21(S1): 470-479. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2025.S1.56

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本研究通过大数据分析和机器学习技术优化高海拔隧道施工中的通风策略,开发了一种高精度预测模型。采用随机森林和长短期记忆网络(LSTM)结合的方法,利用初期掘进阶段收集的环境数据预测远距离掘进时的通风需求和环境变化。在隧道掘进至100 m时,安装高精度传感器实时收集温度、湿度、风速、粉尘及CO浓度等数据,通过无线网络传输至中心数据库进行预处理。模型通过网格搜索和随机搜索优化超参数,并采用10折交叉验证评估性能。结果表明:随机森林和LSTM模型的预测准确率分别达89%和93%,在实际施工中展现出出色的预测能力和实用性;隧道掘进至1 km和2 km时,模型预测值与实测数据高度一致,误差率低于7%;模型能准确预测大规模爆破作业后的污染物浓度变化,确保施工现场空气质量和工人安全;相比传统线性回归和支持向量机模型,随机森林和LSTM融合模型在处理复杂非线性关系和时间序列数据方面表现优异,显著提高了通风系统设计和运行效率,具有广泛的应用前景。

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地铁隧道列车运行时活塞风换气次数预测研究

张帅东, 赵蕾, 何磊, 邓保顺

地下空间与工程学报. 2025, 21(S1): 480-486. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2025.S1.57

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目前对地铁隧道活塞风的研究多基于现场实测或CFD模拟,但结论缺乏普适性。结合工程实际,利用IDA tunnel软件建立了隧道通风一维模型,探究了列车长度(60 m~360 m)、行驶速度(10 m/s~100 m/s)、发车时间间隔(120 s~600 s)、区间隧道长度(1 000 m~10 000 m)和阻塞比(0.1~0.9)等5个因素对隧道内动态活塞风速以及通风换气次数的影响规律,并对仿真结果的正确性进行了验证。最后利用灰关联分析法分析了各因素对通风换气次数的影响强弱,采用多元回归分析法拟合得到了包含这五个影响因素的隧道通风换气次数的预测关联式。结果表明:阻塞比、列车速度、区间隧道长度、列车长度和发车时间间隔对通风换气次数的影响依次减弱;所提出的拟合关系式与模拟计算值和前人的研究成果的对比,吻合度较好,表明该拟合关联式可靠。

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蚀变辉绿岩隧洞稳定影响因素及塌方风险评价研究

李健辉, 沈军辉, 田雄, 罗晓红, 陈涛

地下空间与工程学报. 2025, 21(S1): 487-501. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2025.S1.58

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蚀变辉绿岩是我国西部地下工程建设中经常遇到的一类不良地质体,对隧洞围岩稳定性带来重大影响。本文在对大渡河硬梁包水电站蚀变辉绿岩引水隧洞开挖过程掌子面前方洞顶塌方统计分析基础上,结合数值模拟手段分析了隧洞围岩稳定性的主要影响因素,并引入物元可拓理论对塌方风险进行评价。研究表明:蚀变辉绿岩隧洞围岩稳定性主要受控于蚀变带性状特征、宽度、地下水状况,在以塌方高度为参量评价塌方程度的前提下,蚀变岩带宽度越大、性状越差、地下水越丰富,围岩稳定性越差,掌子面前方洞顶发生塌方的风险越高;蚀变岩带的出露位置及其两侧花岗岩的性状对围岩稳定性也有一定影响。将定性指标作定量化处理后,选取蚀变岩带宽度、辉绿岩蚀变强度指数、地下水状况、出露位置、围岩花岗岩蚀变强度指数作为评价指标,建立了基于物元可拓理论的塌方风险评价方法,对辉绿岩蚀变带塌方风险进行了评价,计算等级与实际情况符合度较高,可为引水隧洞以及隧洞工程的建设提供理论参考。

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大坡降短沟道泥石流发育特征与危险性评价

刘云鹏, 沈程文, 肖华波, 常鸣, 李林泽

地下空间与工程学报. 2025, 21(S1): 502-513. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2025.S1.59

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川西南高中山地貌区受到构造侵蚀剥蚀影响,河流两岸地形切割强烈、山高坡陡、沟谷纵横,泥石流沟发育,类型多样。其中一类泥石流尽管流域面积不大,且沟道短,但由于其坡降大,泥石流发生后,其势能较大,其影响范围具有很大不确定性,给防治工作带来很大难度,对人民群众生命财产和工程建设影响较大。以丹巴县革什扎镇柯尔金村呷业沟泥石流为例,通过对其主要发育特征进行调查分析,在现场和室内试验成果基础上,采用数值模拟技术并对其危险性进行评价,并根据泥石流的堆积深度及堆积深度与流速的乘积进行危险高低的界定,对类似泥石流特征分析危险性评价具有借鉴意义。

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软弱围岩中复合式TBM曲线掘进安全敏感性研究

袁峰, 李伟, 庞磊磊, 钟祖良, 李子洋

地下空间与工程学报. 2025, 21(S1): 514-522. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2025.S1.60

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针对重庆地区泥岩与回填土复合地层中小半径曲线盾构隧道掘进过程的安全问题,本研究通过Midas建立三维数值模型,系统分析了曲线半径、顶推力及不平衡顶推力对地表沉降与围岩变形的影响规律及敏感性。结果表明:随着曲线半径增大变形逐渐减小,但变形量的幅度平缓;顶推力存在临界值,过低引发掌子面失稳,过高则导致土体剪切破坏;不平衡顶推力比例升高会破坏应力对称性,弱推力侧土体流失与强推力侧挤压协同加剧非对称沉降;敏感性分析显示,顶推力对变形控制起主导作用,其次为曲线半径和不平衡顶推力。研究成果可为类似地质条件下小半径曲线隧道的施工参数优化提供参考。

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液氮加固技术在顶管机脱困中的应用研究关键技术

董涛

地下空间与工程学报. 2025, 21(S1): 523-528. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2025.S1.61

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氮冻结加固技术具有速度快、强度高等优点,是进行工程抢险和应急处置的重要手段。本文以广州白云国际机场三期扩建工程中顶管机脱困为背景,对液氮冻结加固技术的方案设计、施工关键技术及其应用效果进行了研究。研究针对自身工程特点提出了含金属杂物地层的钻头预估方法、顶管机温控技术措施和冻胀变形控制措施三项关键技术措施,从而保证钻进过程未出现钻头突然失效问题,并将最大冻胀变形控制在3 mm内。此外通过对冻结加固体不同深度、不同位置测温孔数据的分析,指出了液氮冻结加固的不均匀性,并明确对于液氮冻结加固工程必须采用多断面温度场综合评价的方法进行冻结效果判定。相关研究成果为类似工程开展可以提供参考依据。

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四川山区公路顺层边坡稳定性研究现状及展望

张乐, 向波, 张俊云, 冯君, 刘正威

地下空间与工程学报. 2025, 21(S1): 529-538. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2025.S1.62

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针对四川山区公路顺层边坡成灾复杂、严重威胁工程建设和运营安全的现状,从侧壁约束下的成灾特征、滑带土强度特性、首次失稳长度确定和稳定性评价4方面,系统总结了近年来的研究成果,并提出展望。结果表明:(1)侧壁约束下的顺层边坡,其主滑方向多偏离岩层倾向,多面临空环境下顺层边坡准确定义和下滑力确定方法有待进一步研究;(2)顺层边坡滑带土强度特性研究宜取原状滑带土为研究对象,剪切强度获取应通过环剪试验等大位移剪切进行,结合原状土物质组成和细观结构进行分析;(3)顺层边坡首次失稳长度仿真计算可综合底滑面塑性区和应力、位移特征确定,理论解析法主要通过滑面不同应力状态的划分进行,统计分析确定的经验公式相对更易应用,但仍需深入研究岩层与边坡走向夹角的影响,及回归公式中各系数的合理性;(4)顺层边坡牵引式渐进性破坏的稳定性评价,依赖于滑带土的应变软化分析,应变软化本构关系是服务仿真计算和理论推导的核心,应变软化的过程研究能够支撑稳定性精细化评价。

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