地下空间与工程学报

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王泽夏

地下空间与工程学报. 2024, 20(1): 1-16.

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地铁站点的服务特征是评价地铁站点服务效率、引导站点周边城市更新及开发建设的重要依据。本研究采用手机信令数据作为实测数据分析站点的实际服务范围,以杭州市地铁1、2、4号线为例,从服务范围、乘客流量、服务对象三方面对地铁站点服务特征进行较为全面的分析,弥补既往研究在研究方法和数据获取方面所存在的局限性。在此基础上,从宏观、中观、微观三个层面探究地铁站点服务特征的影响因素,研究表明:宏观层面的空间结构和站点区位对站点服务特征的影响最为显著;站点流量、服务形态等特征受周边土地使用的影响也较为明显;当站点区位和周边用地条件相似时,其他交通方式接驳和道路网络结构则会发挥较大作用。

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存量地下空间更新价值评估体系研究

胡斌, 李雨姗, 张明子

地下空间与工程学报. 2024, 20(1): 17-22.

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存量地下空间在补充地面空间资源、完善城市设施方面具有巨大的潜力,但在发展过程中凸显出功能集聚但空间匮乏、品质参差且风貌缺失、功能错位且动迁成本高、停车供给不足又缺乏联动等众多问题。因其自身特点复杂且受到的限制较多,如对于公众开放性不足,涉及多个发展目标,影响方案决策的因素较多,以及配套管理机制滞后等,加之缺乏高效的价值评估方法,导致在对其进行更新再利用时面临利用方式的单一和利用效率的不足。本文从全要素研究分析的角度出发,以现状质量、更新需求、成本投入和可获效益4个需求准则进行价值评估指标的选取,经过对多种评估方法的对比,选用特征价格法用于城市存量地下空间价值评估,以存量地下空间更新的微观形成机制估算潜在价值,采用定性分析与定量评价相结合的方式,在重要因素与更新利用之间建立回归模型,选择拟合度较好的半对数模型,并提出借助多元数据,提高评估的准确性,拟合存量地下空间的更新价值分布,以期为存量地下空间的高效、高品质更新利用提供参考。

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页岩弹性模量的预测方法研究

张搏, 付晓娣, 王林均, 崔新怡

地下空间与工程学报. 2024, 20(1): 23-30.

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页岩的弹性模量对于岩石工程具有十分重要的意义,但由于页岩是典型的横观各向同性岩石,这为预测其弹性模量带来了较大难度。常用的页岩弹性模量的预测方法为Niandou模型,但是该模型方程的形式较复杂,参数确定较为繁琐。本文针对页岩弹性模量的各项异性,提出了一种较为简易的线性经验模型。结果表明:本文提出的经验模型比经典的Niandou模型的方程形式较简易,所需的弹性参数较少,能够随着层理夹角的变化预测弹性模量;经验模型较Niandou模型整体平均误差略小,预测效果较好;尤其当层理面与加载方向的夹角为15°、30°和75°时,经验模型的预测相对误差更小,准确率较Niandou模型更高。

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角柱形垂直掏槽爆破参数研究

章逸锋, 李洪超, 张智宇, 刘浩杉, 徐泽辉

地下空间与工程学报. 2024, 20(1): 31-41.

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针对角柱形掏槽孔网参数确定问题,依据前人研究,总结推导了岩体爆破作用下粉碎区半径R_p和裂隙区半径R_f的计算模型,量化了爆炸应力波和爆生气体对岩体破碎的影响,并根据R_p和R_f的结果结合碎胀空间效应构建了角柱形掏槽孔网参数的计算模型。结合现场实际情况,可得爆炸应力波产生的粉碎区半径R₁=50 mm,裂隙区半径R₂=550 mm,爆生气体二次破碎产生的粉碎区半径l_c=16 mm,裂隙区半径l_g=420 mm;从而得到R_p=66 mm、R_f=970 mm结合碎胀空间效应,可知装药孔和空孔距离L和装药孔间距L₁满足66 mm<L<L₁<160 mm,依据现场实际取L=0.1 m、L₁=0.15 m;对该掏槽方案建立数值模型进行计算,模拟结果表明裂隙区裂纹平均长度为1 069.4 mm,与R_f =970 mm相比误差为99.7 mm,粉碎区槽腔破碎的平均长度为67.1 mm,与R_p=66 mm相比误差仅为1.1 mm,再对该掏槽方案进行多次现场巷道掘进试验,试验结果表明炮孔利用率可由原先的80%提高至93%以上,验证了模型的有效性。

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干湿循环下节理砂岩细观能量演化规律研究

张亮, 王桂林, 张益晨, 任建喜, 孙帆

地下空间与工程学报. 2024, 20(1): 42-54.

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为探究干湿循环作用下的节理砂岩的细观损伤劣化规律,采用颗粒流软件开展了节理砂岩细观数值模拟,研究了不同干湿循环下节理砂岩的细观力学特性和能量演化机制。研究表明:随着干湿循环次数的增大,颗粒间的接触力和平行黏结力最大值呈线性递减规律;干湿循环下节理砂岩裂纹演化主要经历缓慢增加、均匀增加、阶梯增加及突变增加4个阶段,且裂纹数目(总裂纹、拉伸裂纹及剪切裂纹)与干湿循环次数呈正相关;细观边界能、平行黏结应变能及线性黏结应变能随干湿循环次数的增加呈逐渐减小趋势,节理砂岩中耗散能与微裂纹数大致呈正相关;干湿循环作用导致颗粒间抗断裂能力弱化,使岩样能量储存能力降低,这是造成节理砂岩干湿损伤劣化的能量机制。

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酸环境对粉砂质泥岩三轴力学特性影响研究

魏笑, 史振宁, 龙彪, 王子航, 高乾丰

地下空间与工程学报. 2024, 20(1): 55-63.

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为研究酸环境对粉砂质泥岩三轴力学特性影响规律,开展不同酸环境影响下粉砂质泥岩试样三轴压缩试验,得到了酸环境作用下粉砂质泥岩试样宏观力学参数及破环形态的变化规律。结果表明:(1)随着溶液pH值减小及浸泡时间增加,粉砂质泥岩三轴峰值强度显著降低,且试样越过峰值应力后强度衰减幅度减小,粉砂质泥岩逐渐由硬脆性破坏向韧性破坏转变;(2)经过酸溶液作用后的粉砂质泥岩试样黏聚力和内摩擦角等抗剪强度参数发生明显衰减;(3)浸泡时间相同时,随着围压增加,试样破坏面主裂隙倾角逐渐减小,裂隙宽度变大,试样的微裂隙增多;(4)在围压与浸泡时间相同时,随着溶液pH值的增加,破坏后的粉砂质泥岩试样完整性逐渐下降。

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不同频率循环荷载下砂岩变形与声发射试验研究

戚靖骅, 赵春晓, 李强, 李玉寿

地下空间与工程学报. 2024, 20(1): 64-71.

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考虑到实际工程中循环荷载的频率并非恒定值,设计不种频率固定振幅的正弦波加卸载单轴压缩试验,分析荷载频率对砂岩轴向变形和环向变形的影响规律,并结合声发射和能量演化规律探讨砂岩损伤机理。结果表明:荷载频率影响砂岩的变形过程、破坏形态和声发射特征,循环荷载下砂岩环向变形不仅形成滞回环,而且和轴向变形均经历相同的变形过程;0.1 Hz时砂岩变形经历初始阶段、等速阶段和加速阶段,而0.02 Hz和0.2 Hz下仅有初始阶段和等速阶段;在初始阶段砂岩均有声发射信号;在变形等速期时,声发射信号减弱;当变形进入加速阶段,外力功促使砂岩内微裂纹继续扩展,声发射信号逐渐增加,大量微裂纹贯通成宏观裂隙,最终形成多裂隙劈裂破坏模式。

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含水泥砂岩声发射阶段特征与损伤演化研究

宋浩然, 李守宇, 张庆文, 郭永发, 许国全

地下空间与工程学报. 2024, 20(1): 72-81.

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岩石内部的损伤会在水作用下产生劣化,掌握岩石的失稳破坏状态对富水隧洞围岩稳定性的判别具有重要意义。本文以不同含水状态下的泥质粉砂岩为试验对象,结合声发射设备开展非线性对径加载劈裂试验。研究表明:(1)在岩石破坏的5个阶段中b值、S值的演化趋势有明显的阶段特征;(2)不同含水状态的岩样在不同阶段的声发射演化特征存在一定差异,在含水率高于1.045 8%后,岩样劣化明显;(3)b值突然攀升、S值突发性跃迁可视作粉砂岩失稳破坏的前兆特征;(4)基于连续损伤介质力学,得出了两种含水状态岩样的本构,并以实验曲线验证了理论曲线的合理性。以上岩样的声发射阶段特征及损伤演化规律可为隧洞涌水情况下岩体稳定性监测提供参考。

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化学溶液长期浸泡作用下灰岩溶蚀劣化研究

申林方, 巫益, 刘文连, 李泽, 王志良

地下空间与工程学报. 2024, 20(1): 82-90.

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在酸性(pH=3)、中性(pH=7)、碱性(pH=11)3种溶液环境中开展了灰岩浸泡溶蚀试验,测试了不同浸泡周期灰岩的单轴抗压强度、表面微观形貌、浸泡溶液的pH值及Ca²⁺浓度,并讨论了灰岩宏观力学性能的劣化机制。研究表明:灰岩在酸性环境中溶蚀劣化程度最大,中性环境次之,碱性环境最小;在试验初期,3种化学溶液的pH值均变化剧烈,并逐渐向中性转化,最终呈弱碱性;在酸性溶液中试验初期Ca²⁺溶出速率较快;而在中性和碱性环境下则溶蚀反应缓慢;随着浸泡时间的增加,溶蚀灰岩在微观形貌上表现为微孔洞扩展,表面粗糙程度加剧;从溶蚀后灰岩微观损伤区域的统计结果来看,3种溶液环境下灰岩的单轴抗压强度均随损伤区域比的增加而减小,酸性环境中的损伤区域比最大,中性环境次之,碱性环境最小。

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单轴压缩下充填节理石灰岩力学特性与能量演化

任青阳, 陈斌, 孟欣, 肖宋强, 任小坤

地下空间与工程学报. 2024, 20(1): 91-98.

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为清晰了解不同充填节理岩体的力学特性和破坏能量演化规律,进行了完整和含充填节理石灰岩试样的单轴压缩试验,分析了不同倾角或夹角充填节理对岩石强度的影响规律和细观接触力分布情况,总结了压缩过程中各充填节理试样的能量演化规律。结果表明:随单一节理倾角或交叉节理夹角的增大,试样强度和起裂应力均呈“V”形变化,部分交叉节理试样强度略高于单一节理试样强度;交叉节理试样的应力弱化区范围显著大于单一充填节理试样,交叉节理试样应力集中主要在水平节理的两端;单轴压缩下含充填节理试样的能量演化总体可以划分为4个阶段,各试样的峰值输入总能量和弹性能均随节理倾角或夹角的增大呈“V”形变化。研究成果可为深埋节理围岩稳定性预测及灾害防控提供依据。

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主应力方向对红黏土变形与破坏的影响研究

柘美, 董彤, 张玉芳, 袁坤

地下空间与工程学报. 2024, 20(1): 99-106.

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我国西南地区广泛分布有红黏土,受重塑黏土空心圆柱试样制备技术制约,关于主应力方向变化对红黏土力学特性影响的现象与机理尚不清晰。为此,本文采用自主研发的制样装置,通过分层欠压法制备了饱和重塑红黏土空心圆柱试样,并开展了纯主应力轴旋转试验和定轴剪切试验。结果表明:试样的变形、强度、形态等宏观力学行为均与绕第二主应力旋转角密切相关,且表现出了较为明显的分段特征;应力的加载方向对试样的拉压状态起着决定性作用,导致试样随应力主轴旋转而存在“压缩臌胀”、“纯扭破坏”和“拉伸颈缩”现象,决定了试样的整体变形规律;产生上述现象的原因可能是重塑试样制备过程中,沿轴向所受压实作用强于径向与环向,使得试样沿轴向的模量、强度等参数异于水平方向,即具有横观各向同性特征,试验过程中沿不同方向施加的应力“激活”了这种差异性,进而使得试样在宏观上表现出不同的力学性质。关于应力方向对土体变形与破坏影响的研究应综合考虑应力加载方向和试样各向异性。

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冲击荷载下颗粒破碎分维变化及能量耗散研究

郭庆, 邓朝柱, 徐永福, 张红日, 陈志

地下空间与工程学报. 2024, 20(1): 107-112.

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颗粒受冲击荷载,发生破碎现象,改变颗粒粒径分布,影响颗粒力学性能。随着颗粒破碎程度的增加,最终颗粒分布会趋向自相似分布,称为分形分布。为研究冲击对颗粒破碎粒度分布的影响,通过试验,得到了炉渣颗粒和大理岩颗粒受冲击破碎的颗粒分布曲线及分形维数的变化规律。研究发现,颗粒受冲击破碎后,不会无限制的破碎;粒度分布符合分形模型;分形维数随破碎程度加深逐渐增大,但存在极限。最终的分形维数可以与颗粒力学特性建立联系以推导颗粒破碎能耗和颗粒弹性应变能。考虑颗粒间不同的接触类型,忽略颗粒间摩擦,根据断裂力学理论,建立的颗粒破碎的能量平衡方程可以很好地描述颗粒破碎过程中能量转化的规律。

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废弃轮胎–砂地基抗震性能和恢复力模型研究

聂晓梅, 王凤池, 孙畅

地下空间与工程学报. 2024, 20(1): 113-121.

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为研究废弃轮胎–砂构造地基的抗震性能,进行了6组轮胎–砂构造地基的拟静力试验,分析轮胎–砂单元体的堆砌方式、初始竖向荷载和碳纤维网片对构造地基的滞回性能的影响。在拟静力试验基础上用试验拟合法建立废弃轮胎–砂构造地基的恢复力模型。研究结果表明:废弃轮胎–砂构造地基的滞回曲线饱满,总体呈梭形,具有较好的耗能能力;轮胎–砂单元体错缝堆砌、增大随初始竖向荷载和增设碳纤维网片都有利于轮胎–砂构造地基参与耗能;轮胎–砂构造地基恢复力模型的滞回曲线计算结果和试验结果吻合程度较好,可以反映出试件的受力过程和主要受力特征。

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盾构壁后注浆窜浆模型试验及发生条件研究

钟小春, 刘昶, 朱诚, 张露露, 槐荣国

地下空间与工程学报. 2024, 20(1): 122-132.

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全断面围岩管片壁后注浆因向开挖面方向的窜浆现象会引起盾尾空隙注浆不饱满,管片上浮、错台及开裂,螺机喷涌等事故常有发生,已经引起广泛重视。通过设计自制壁后注浆液窜浆模型装置进行试验,分析浆液性质、缝隙厚度、注浆压力差对是否发生窜浆及窜浆量的影响,并探讨了不发生窜浆的临界条件。结果表明:(1)浆液压力与窜浆距离呈线性衰减,当浆液稠度较低时,窜浆量与缝隙厚度、浆液稠度呈近似线性正相关、与浆液的剪切屈服应力呈近似线性负相关,窜浆距离与注浆压力差呈近似线性正相关;当浆液稠度增大时,以上关系将逐渐转化为非线性关系;(2)通过极差分析表明浆液的窜浆量受盾壳与岩层间缝隙厚度影响最大,注浆压力与开挖面压力差影响其次,最后是浆液本身的性质;(3)建立了窜浆临界分析模型和计算公式,得到了窜浆发生条件和判别方法,可用于指导稳定围岩地层中盾构掘进时浆液的配制。

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地形偏压作用下渗流诱发地表塌陷模型试验

黎诗诚, 苏永华, 尹文杰, 王晓波

地下空间与工程学报. 2024, 20(1): 133-142.

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目前尚缺乏对地形偏压作用下渗流诱发地表塌陷的发育和影响机理的研究,本文采用自行设计的模型,以坡度倾角为主变量,结合填土高度、相对密实度以及含水率多个变量开展了对照试验。通过对试验结果的分析,获取了塌陷发育过程的规律以及不同因素作用下对地表塌陷的影响机理。结果表明:级配良好的砂土塌陷过程可分为缓慢侵蚀、加速侵蚀和塌陷阶段;沉降槽中心位置随着坡度倾角增大向深埋侧移动,空腔面积的扩展速率随倾角增大而增大;含水率影响土的基质吸力和抗剪强度,使空腔面积扩展速率与含水率成反比,沉降槽中心位置偏移角度随含水率增大而增大,塌陷坑形状也随含水率改变有显著差异;随着砂土的相对密实度增大,塌陷范围有减小的趋势。

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地铁车站结构下穿地上建筑物振动台试验研究

韩学川, 陶连金, 张宇, 解咏平

地下空间与工程学报. 2024, 20(1): 143-151.

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为了研究上盖地铁车站结构的地震动力响应规律,开展了相似比1∶40的粉细砂场地振动台试验研究,并对试验过程中加速度、应变和动土压力等指标进行了详细的分析,试验数据表明:(1)随着地震强度的增加,同一监测点的加速度峰值逐渐增大,但加速度的放大系数和变化幅度逐渐减小;(2)土体加速度放大系数最大值位于地表, 随着地震强度的增加,加速度放大系数最小值的位置逐渐由模型底部过渡到结构所在位置; (3) 模型结构的应变响应随地震强度的增加呈逐渐增大的趋势,应变较大值主要出现在侧墙、中柱与板相交处,尤其是中柱端部位置;(4)地铁车站侧墙跨中的动土压力峰值大于顶部和底部,应适当增大车站中板位置处的侧向刚度或抗变形能力。研究成果可为类似地铁车站结构的抗震设计与分析提供参考依据。

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拉压段长度变化对复合锚杆锚固性能影响研究

夏凯, 张明礼, 张鑫, 梁二雷, 雷兵兵

地下空间与工程学报. 2024, 20(1): 152-161.

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抗浮是深基坑施工所面临的重要工程问题之一,目前多使用抗浮锚杆平衡地下水对构筑物产生的浮力。但拉力锚杆具有局部应力集中、临界锚固深度浅等问题。因此研究设计了一种新型拉压分散型复合锚杆。通过现场试验,分析复合锚杆拉压段长度变化与锚杆锚固性能相关关系,并与拉力锚杆进行对比。结果表明:复合锚杆可以有效防止锚杆第一界面发生剪切破坏;随着承拉段与承压段长度比值降低(比值分别为5、2、1),锚杆极限承载力逐渐提高,分别为传统拉力型锚杆的1.17倍、1.22倍和1.44倍,且荷载位移曲线陡降性逐渐消失,结构延性更好;一定范围内增加承压段长度,可以更有效地调用锚固段下部土层强度,锚杆临界锚固深度下移,侧摩阻力发挥程度更高。

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非对称荷载下基坑内支撑结构受力与变形试验研究

葛帆, 李泽江, 刘家国, 金亚兵, 傅旭东

地下空间与工程学报. 2024, 20(1): 162-170.

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基坑开挖后其坡顶堆载是引发深基坑事故的重要因素,在承受不同程度的非对称荷载作用开挖结束后,分别对基坑两侧进行堆载模型试验,分析研究了非对称堆载过程中支护结构的受力与变形特性。结果表明:在非对称荷载作用下进行基坑开挖,开挖结束后在一侧堆载过程中,开挖面以上支护结构整体向无堆载侧移动;荷载小侧堆载下,墙体位移变化速率随堆载的增大而增大;荷载大侧堆载过程中,当堆载小于某一值时,墙体位移与堆载大小表现为线性关系,当堆载大于某一值时,墙体位移变化速率随堆载的增大而增大;基坑对称开挖结束后,内支撑的轴力随着堆载的增加近似线性增大,且开挖面上一道支撑轴力较第一道内支撑增加更为明显。研究成果对基坑工程支护设计与施工具有一定的参考价值。

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强夯作用下回填砂土挡墙墙后土压力分布研究

许晓亮, 曾林风, 黄闻捷, 张家富, 裴丽

地下空间与工程学报. 2024, 20(1): 171-180.

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挡土墙墙后土压力分布是墙体形状及配筋设计的重要依据,为研究强夯作用下挡墙墙后土压力分布规律,开展了自重、堆载及强夯荷载下的挡土墙物理模型试验,通过不同深度的土压力监测,分析了夯击落距和夯击次数对墙后土压力分布的影响,重点分析了强夯冲击松动区的影响,并基于等效静力法修正了强夯作用下墙后土压力理论计算公式。结果表明:单次夯击作用下墙后土压力瞬间增大至极值后逐渐衰减至稳定,随着夯击次数的增多,土体逐渐密实,相应的墙后土压力会逐次增加;浅部土体在强夯作用下会形成冲击松动区,松动区内土体变得松散从而土压力值较小,而松动区下部土压力随深度迅速增大后再减小,呈“鼓肚”状非线性分布;松动区土体重度、松动区厚度尤其是后者对于墙后土压力理论分布曲线影响较大,考虑松动区影响的墙后土压力等效静力法修正理论公式更符合实际情况。

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斜锚短桩基础受力特性与控制因素研究

田雷, 谢强, 张逸青, 秦培原, 向城名

地下空间与工程学报. 2024, 20(1): 181-189.

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我国西南山区地形陡峭,存在着大量覆盖层薄、下覆基岩工程性状较好但开挖难度大的复合地层,不利于输电铁塔基础建设。针对该问题,采用斜锚短柱基础作为输电铁塔基础,该基础可以在减小开挖深度、降低施工难度的同时充分利用基岩的承载性能。为了探究斜锚短桩基础受力特性与主要控制因素,运用FLAC^3D建立数值模型,探讨了锚杆锚筋直径和锚杆角度对斜锚短桩基础的抗拔承载特性影响。结果表明:在荷载较大时,随着锚筋直径增大,锚杆结构承载比例有明显上升,但若锚筋直径过大,锚杆的承载比例随锚筋直径增加而提升空间较小;锚杆角度减小,斜锚短桩基础在纯上拔荷载作用下的抗拔承载能力提高,但其对水平荷载的抵抗能力会减弱;综合考虑,在粉砂岩地层中,锚筋直径40 mm,锚杆角度25°为斜锚短桩基础最优设计参数。

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深基坑咬合桩力学性状影响因素及敏感性分析

吴岑佳, 陈秋南, 陈正红, 衣利伟, 黄小城

地下空间与工程学报. 2024, 20(1): 190-200.

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在淤泥填海地层开挖基坑往往会使围护结构产生严重变形,导致基坑失稳或垮塌。本文依托深圳某地铁明挖区间淤泥填海地层基坑工程,利用理正软件模拟深基坑开挖全过程,根据现场实测数据与模拟数据对比验证了模型的正确性,对该基坑咬合桩围护结构力学性状的影响因素进行分析,并基于正交试验分析其敏感性。结果表明:(1)围护结构嵌入深度与围护结构变形及受力性状密切相关;(2)当地面超载15 kPa、坑外水位7 m、围护结构混凝土强度C35及其嵌入深度10 m、土的黏聚力和内摩擦角均为原来的1.2倍时,围护结构变形及受力最小(I₁II₃III₂IV₃V₃VI₃是最佳组合);(3)对基坑围护结构水平位移、弯矩的最大影响因素分别是土的内摩擦角、围护结构嵌入深度。

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双线铁路隧道复合式衬砌优化研究

李亚冉, 刘轶

地下空间与工程学报. 2024, 20(1): 201-209.

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研究复合式衬砌的受力情况是复合式衬砌设计的基础,在实际工程中,复合式衬砌的设计方案通常以经验为主导,为了提出效益更佳的铁路双线隧道复合式衬砌设计方案,基于现场监测和数值模拟,改变喷混层厚度、格栅钢架型号和二衬厚度开展衬砌优化研究,通过分析改变以上设计参数对衬砌内力的影响来确定最优的设计方案。研究表明:(1) 喷混层厚25 cm、格栅钢架H180、二衬拱腰和侧墙的厚度分别为40 cm和35 cm为该隧道的最优设计方案;(2)格栅钢架的轴力分布特征为“拱部最大、侧墙次之、仰拱较小”;(3)在改变格栅钢架型号并增加喷混层厚度后,格栅钢架承受的轴力下降了10%;(4)侧压力系数为0.8时,拱顶、拱腰和侧墙的内力分布较均匀,弯矩处于较低的水平;(5) 减薄二衬厚度提高了衬砌的抗弯安全系数,验证了减薄层二衬5~15 cm优化方案的可行性。

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富水砂层土压平衡盾构渣土改良技术研究

吴志雄, 曹亚洲, 胡黎明, 张玄, 肖颖

地下空间与工程学报. 2024, 20(1): 210-218.

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富水砂层土体具有流塑性差、渗透性强的特点,土压平衡盾构施工时易造成排土困难和喷涌事故。针对西安地铁10号线穿越富水砂层的土压平衡盾构工程,采用膨润土泥浆和泡沫剂改良盾构渣土,提出了改良渣土流塑性的评价方法,基于其流塑性和渗透性确定最佳改良方案,为工程提供借鉴和参考。结果表明:(1)当改良渣土塌落后无开裂或坍塌、塌落形状为梨形、塌落度为180～210 mm、塌落渣土与地面接触角θ为0°～90°时,流塑性合适,此时改良渣土的渗透系数于90 min内稳定在10^-5 cm/s,满足工程要求;(2)最佳改良方案为:渣土、膨润土、水三者质量比保持在200∶1∶40～200∶1.5∶44之间,泡沫剂溶液体积比浓度为2%,泡沫注入比为6%。

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千米深井沿空巷道合理煤柱宽度与支护技术研究

李路恒, 杨新安, 谢文兵, 马明杰

地下空间与工程学报. 2024, 20(1): 219-229.

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针对千米深井沿空巷道围岩大变形难题,以朱集西矿11502工作面运输巷为工程背景,分析了沿空巷道变形失稳原因与特点,通过理论分析和数值模拟确定了煤柱合理宽度,并结合现场试验研究了巷道围岩控制技术。结果表明:随煤柱宽度增加,掘进期间煤柱中部稳定承载区范围逐渐增大,回采期间巷道顶板下沉及实体煤帮移进量减小,底鼓量逐渐增大,综合考虑得出,8 m煤柱宽度可以保证锚杆可靠锚固;提高锚杆初次预紧力矩并进行二次预紧,能充分发挥锚杆支护性能,超张拉措施则可以使锚索快速实现高阻支护;伞状弹片结构可以提高锚杆锚固可靠性,锚索锚具防滑移自锁装置则能有效降低锚具滑移和破断钢绞线弹射可能性;井下试验表明,合理的煤柱宽度配合高强锚杆索高预应力支护,能有效控制沿空巷道围岩变形,保证巷道正常服务能力。

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考虑湿度应力的深部软岩隧道大变形控制研究

张建俊, 王洋, 孙闯, 裴文强, 张馨

地下空间与工程学报. 2024, 20(1): 230-240.

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为探明深部高地应力软岩隧道大变形产生机理,制定适应大变形控制措施,以月直山隧道为工程依托,首先明确求解围岩形变压力与松动压力的Kastner与Caquot公式,基于岩体弹塑性力学与连续介质理论建立围岩湿度应力解析解,采用收敛–约束法绘制出3种围岩应力作用下围岩与初期支护特征曲线,分析断面变形过程中围岩与支护结构相互作用规律及3种应力占比演化规律。分别以混凝土与型钢钢架作为二衬支护结构对月直山隧道围岩稳定性进行计算分析,明确考虑湿度应力与松动压力条件下隧道二衬最优支护时机与支护参数,以支护结构安全系数F_S评判出最优支护方案并对隧道软岩大变形进行治理。结果表明:当围岩径向位移达到550 mm时,仅考虑形变压力P_i时围岩对支护结构的压力P仅为0.813 MPa,考虑湿度应力P_w与松动压力P_a时P增大为1.372 MPa,湿度应力与松动应力总占比达40.7%,仅考虑形变压力而设计的支护结构不满足围岩稳定性要求;根据“卸压支护”理念,确定以“位移释放峰值u_peak=0.325 m”与“间距d=0.7 m”作为增设第二层钢架的最佳支护时机与支护参数,现场二次钢架设置24天后使围岩变形收敛于50.8 mm,围岩大变形得到控制,研究成果可为今后相关隧道工程设计与施工提供参考。

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软土地区沉井施工引起地表沉降预测计算方法

谢晓蕾, 何金辉, 李明广, 唐宏华, 陈锦剑

地下空间与工程学报. 2024, 20(1): 241-250.

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沉井已被广泛应用于软土区的地下空间建设,但其下沉过程引起的地表沉降大小及分布不清,缺乏预测方法。本文以上海地区某沉井工程为背景,基于上海典型土层的HSS模型计算参数,采用有限差分法模拟圆形沉井下沉,基于对96个数值结果的系统分析和归一化研究,提出了一套沉井施工引起的地表沉降快速预测方法。该方法能够综合考虑沉井直径B、下沉深度H和井内留土高度h对地表沉降的影响。最后采用该计算方法预测了5个工程的地表沉降并同实测数据进行了对比,结果表明,该方法能够很好地预测软土区的沉井施工引起的地表沉降,可为快速评估沉井施工的环境效应提供有效方法。

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城市地下工程建设“问题土水”及风险综合防控

徐耀德, 刘永勤, 卢蓉, 刘丹, 谢峰

地下空间与工程学报. 2024, 20(1): 251-262.

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本文在全面归纳分析首都地区典型地质条件分布及特征、易导致地下工程建设典型施工工法(明挖、矿山、盾构)安全风险及其管控经验的基础上,系统研究了首都地区城市地下工程建设的重大地质风险因素即主要“问题土水”类型,分别为填土及其衍生地层空洞或水囊、砂土及(或)层间潜水、大粒径土及(或)高渗透性潜水–承压水、土岩复合地层(含基岩隆起)及基岩裂隙水、细粒土组合地层及多层地下水,梳理总结了地下工程建设中易导致的工程建设安全风险,最终研究并提出工程建设中(含勘察、设计、施工等)应针对性或加强考虑的工程风险应对或管控措施,为当前及后续北京地区地下工程建设安全风险管控管理提供支撑。

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基于变形影响的基坑邻近建筑保护措施研究

刘新荣, 刘鹏, 周小涵, 王林枫, 刘建华

地下空间与工程学报. 2024, 20(1): 263-275.

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城市土地资源的紧张促进了城市地下空间的开发,同时,大量的基坑工程紧邻既有建构筑物,为工程建设带来极大的挑战。随着深基坑的设计理念由“强度控制”转变为“变形控制”,周围既有建筑的保护成为基坑工程中的重点问题。为确保深基坑邻近建筑的安全,综合大量文献资料,总结了深基坑施工引起的建筑变形特征、来源、影响因素和预测方法,基于建筑变形影响因素对目前建筑保护的主要措施和手段进行了分析整理,探讨了各项措施的适应性,结合基坑工程的勘察、建筑保护方案设计、基坑工程施工和信息化施工监测提出了基坑邻近建筑保护综合体系,以期为相关工程和研究提供参考与建议。

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防冲击地压薄壁吸能构件的压溃吸能机理分析

郭涛, 吴文禄, 黎振华, 马鸿泽, 虎雪洁

地下空间与工程学报. 2024, 20(1): 276-286.

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当煤矿井下发生冲击地压时,矿用液压支架的冲击性失效,常常会引起巷道支护系统的破坏,进而引发巷道坍塌,造成矿难。当前通过添加吸能构件来提高支架的防冲击性能是防治巷道冲击地压的有效途径之一。而不同类型吸能构件的压溃变形模式不同,表现出的吸能特性和力学特性也不同。本文采用数值方法对不同类型、支座和壁厚的吸能构件进行了冲击压溃模拟,通过对各相关防冲吸能参数的对比分析可知:预折纹吸能构件支撑反力最大、具有良好的吸能能力,但变形过程稳定性较差;外翻式吸能构件的塑性变形能力强,有效让位行程最大,但支撑力较小,不适合单独使用;扩径式吸能构件变形过程稳定性最好,其塑性变形后的径向位移较小,节省工作空间,但支撑能力较差,适用于小型液压支架或用作其他特殊用途。

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多元结构地基对防渗墙渗透溶蚀演化规律的影响

甘磊, 刘源, 沈振中, 徐力群

地下空间与工程学报. 2024, 20(1): 287-301.

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深厚覆盖层地基渗透性能和厚度变化会影响坝基渗流场的分布,进而改变坝基防渗墙溶蚀演化进程。为研究多元结构地基变化对防渗墙渗透溶蚀的影响机制,结合流体力学、化学动力学理论和对流–扩散方程,提出覆盖层地基混凝土防渗墙渗透溶蚀耦合分析模型,研究强透水层、弱透水层和第三透水层厚度及渗透系数对防渗墙中钙离子浓度、孔隙率和渗流特性的影响。结果表明:随服役年份增长,防渗墙钙离子浓度表现为先快速增长至峰值,随后不断下降的趋势,孔隙率和渗透系数呈指数型增长变化规律,大坝总渗透流量不断增大;各影响因素中,弱透水层渗透系数对防渗墙钙离子浓度、孔隙率和大坝总渗流量的影响最大,其次为强透水层厚度及其渗透系数;各工况下混凝土防渗墙使用年限为38.46~44.00年。研究成果可为深厚覆盖层多元结构地基上的土石坝工程的长效服役性能评估提供理论依据。

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高富水复合砂层盾构隧道渗透破坏原因分析

黄辉, 潘泓, 陈乔松, 蔡磊, 骆冠勇

地下空间与工程学报. 2024, 20(1): 302-310.

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特殊的地层条件及水力条件是事故发生的关键因素。本文通过砂土流失模型试验,发现单一砂层、复合砂层的渗流破坏特征存在显著不同。单一砂层和“上粗下细”复合砂层的侵蚀空洞呈漏斗形,而“上细下粗”复合砂层的侵蚀空洞呈碗形。当渗流出口处于粗细交界面时,上细下粗的复合砂层,使大部分的水头损失消耗在上部的细砂层中。相同条件下,“上细下粗”复合砂层中的渗流破坏最为强烈。广东某地铁区间突发涌水涌砂导致地面坍塌。事发地为珠三角河网地带,盾构机处于由下层中粗砂和上粉细砂组合而成的复合砂层中,同时邻近河涌强供水,两种结合极易发生涌水涌砂,引发周围地层砂水快速流失,造成上覆土层的大面积塌陷。试验结果与现场现象相吻合,揭示了高富水复合砂层中容易导致事故的地层和水力方面原因及上述多种因素组合致灾的机理。在类似工程勘察设计阶段,需重视复合砂层的识别,并做好盾构的“密封”措施,防止渗流出口的出现。

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基坑开挖与承压水突涌对桩基承载力影响分析

郭星宇, 冯世进

地下空间与工程学报. 2024, 20(1): 311-319.

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为研究基坑开挖与承压水突涌对桩基承载力的影响,选取典型工程案例,通过现场水位观测调查含水层分布情况及水位埋深,进行了坑底抗突涌验算,结合现场突涌发生过程,分析了突涌发生的原因。通过原位静力触探试验结果的对比,分析了坑底各土层扰动度以及扰动度随深度的变化规律,并提出了扰动度与桩基设计参数的关系。结果发现:承压水击穿管桩土塞是引起突涌的主要原因;基坑开挖对坑底以下土体的影响深度约6.5 m~9 m,扰动度随深度线性递减;突涌对桩端以上约2 m范围土体强度影响最大,最大扰动度达到0.91,对桩端以下2 m~4 m深度范围土体影响线性递减;承压水突涌对桩基承载力影响远大于基坑开挖对桩基承载力的影响,突涌点位置桩基承载力受到的影响最大,距离突涌点越远影响越小。

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深埋切顶自成巷道二次复用围岩稳定性研究

童治鹏, 张向阳, 邓秘

地下空间与工程学报. 2024, 20(1): 320-328.

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为研究深埋切顶自成巷道二次复用期间的围岩稳定性,通过数值模拟和现场实测对张北矿超前1615A工作面区段轨道顺槽围岩变形规律和应力分布特征进行了分析,结果表明:受切顶卸压及恒阻锚索补强支护的双重作用,留巷复用期间顶板较为稳定,主要表现为底臌和实体煤侧帮臌,围岩呈非对称性变形,变形速率沿工作面推进方向呈三段式规律,巷内单体支承压力呈4个分区特征;工作面靠近留巷侧15 m内及超前煤壁40 m内的区域受采动应力影响较为显著,呈“L”形分布特征,超前压力峰值位于“L”形角点处;留巷复用期间应重点加强控底、控帮和离层监测;研究成果可为类似工程条件下巷道围岩控制提供科学依据。

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城市轨道交通工程防淹能力评估方法研究

何理, 石杰红, 徐登宇, 胥旋

地下空间与工程学报. 2024, 20(1): 329-336.

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近年来我国城市轨道交通工程水淹事件频发,人民生命财产安全受到威胁。交通运输部在2022年7月修订的《城市轨道交通初期运营前安全评估管理办法》中增加了“工程项目防洪专项论证报告等材料”作为轨道交通新线投入初期运营前的前提条件之一,因此开展城市轨道交通工程防淹能力研究十分必要和紧迫。本文从外部风险、基础防汛能力、防汛预警能力、应急救援能力等方面研究了影响城市轨道交通工程防淹能力的关键因素,利用专家打分法、层次分析法构建了评估指标体系及其权重系数,并根据我国现行法律法规标准规范提出了各指标评分细则,建立了城市轨道交通运营线路防淹能力评估方法,以期为我国汛期城市轨道交通运营安全提供技术支撑。

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城市道路隧道晚高峰环境参数时空差异性分析

刘杰, 于孔飞, 徐琳, 庄兆意, 杨勇

地下空间与工程学报. 2024, 20(1): 337-343.

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隧道内晚高峰的出现会导致交通流量的时空分布发生很大的变化,并进一步影响隧道内的环境参数及CO浓度。为了改善隧道内环境质量,研究人员于晚高峰时段对玉涵路隧道内空气温度、风速、CO浓度、CO₂浓度和颗粒物浓度进行了详细的现场实测。测试结果表明:节假日的交通晚高峰时长更短以及高峰车流量更低,从而引起节假日的风速、温升、CO₂增量较工作日平稳且状况更优;工作日洞内风速减小1.7~3.2 m/s,纵向温升为6.1~7.7 ℃;随着车辆行驶速度延迟时间的增大,风速、温升、CO₂增量延迟时间呈增大趋势,最大延迟时间可达70 min;工作日隧道通风应考虑交通高峰开始后20 min至交通高峰结束后70 min时间段的延迟时间。

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地下大空间变工作区贴附送风空气分布特性

甘甜

地下空间与工程学报. 2024, 20(1): 344-350.

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针对地下大空间环控系统能耗大以及实际中空调控制区改变的问题,在贴附送风的基础上提出适用地下大空间的变工作区贴附送风。采用数值模拟的方法,首先进行正交实验研究了等温工况下导流板与墙壁间的缝隙宽度、射流特征厚度、矩形柱跨度对流量比的影响程度大小,并通过量纲分析得出流量比q关于缝隙宽度与射流特征厚度之比x/δ_0.5间的关系式,即导流板的流量分配规律;其次将变工作区贴附送风与混合通风、柱壁贴附送风的空气分布特性进行了比较,研究结果显示,相比于另外两种送风方式,变工作区贴附送风可有效降低呼吸区的空气龄,并具有更好的节能效果。

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