地下空间与工程学报

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2026年, 第22卷, 第3期　
刊出日期：2026-06-20

地下空间开发利用
理论与试验研究
设计、施工、监测
防灾与环境

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地下空间开发利用

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高新园轨交站运力负荷与地下空间潜力评价

殷子渊, 王欣然, 崔朋杰

2026, 22(3): 753-760. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2026.03.01

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高密度城市轨交站域更新是城市公共空间存量活化的重要课题,步行路网以及路网周边的基础设施对轨交站点人流量的汇聚产生深远影响。伴随着国内各城市轨道交通线路的延长,各个站点客流增量呈现出边际递减的现象。为使轨交站域城市更新中地块开发强度、用地性质、公共设施密度与客流强度更有效地匹配,充分发挥轨交站域各空间要素的集客效应,以深圳市高新中站周边地区城市更新为例。首先,根据现运行良好的客流量与站域开发强度实测数据,确定高新中站属于到达型、出发型、平衡型中的到达型站点;然后,根据高新中站规划客流量与预计开发强度之间的定量关系判断站域城市更新容量未能符合预期;最后,对高新站周边地块地面、地下建筑空间容量、路网结构等相关要素进行量化,对各地块可能的诱增集客潜力进行综合评价,为实现规划容量提供设计依据。
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东北地区地下商业街入口空间多义性评价研究

薛名辉, 王清妍

2026, 22(3): 761-770. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2026.03.02

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随着城市功能向复合性发展的趋势转变,各种类型的公共空间变得更加综合且多义。地下商业街入口作为一种独特的城市公共空间,同时也是地下商业街的重要组成部分,不仅承担着连接地上与地下空间的功能,还成为承载多种城市行为的重要节点。然而,东北地区的许多地下商业街入口面临设施老化、功能滞后、空间利用率低等问题,导致活力不足,难以满足现代城市生活的多样化需求。通过科学合理的更新与活化策略,充分挖掘这些入口空间的潜力,已成为提升地下商业街品质和城市公共空间整体活力的关键任务。本文运用类型学方法对东北地区既有地下商业街入口进行类型梳理,并从多义性的特征出发,对各类地下商业街入口根据环境关系性、感受过程性以及功能模糊性这3个维度构建多义性评价体系。通过发放专家及市民问卷的形式对入口空间多义性影响因素进行两两比较,并对入口多义性指标进行赋值研究。根据评价结果进行入口多义性分类,总结归纳多活动行为需求下的典型地下商业街入口空间,进而提出各类典型入口空间多义性优化策略,促进既有地下商业街入口空间更新,满足市民多样化的需求,提升城市地下空间活力。
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底线思维背景下的地下空间规划编制方法

孙涛, 杨玉奎, 刘明宇, 吴娇, 谭静文

2026, 22(3): 771-779. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2026.03.03

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近年来地下空间建设规模和速度增长较快。在国土空间规划体系背景下,广州市城市地下空间规划坚持以人民为中心,坚持底线思维,统筹发展和安全,探索出超大城市地下空间规划编制的体系和方法。首先提出安全底线、资源保护底线和管控底线范围为地下空间不适宜建设区;安全优先、全域多要素开展资源评估划定地下空间适宜建设区、一般适宜建设区;为统筹地下空间综合利用,功能复合立体分层,分级分区分类引导;为实现地上地下深度融合,根据地下设施特点,提出基础设施+;为构筑安全韧性地下空间,辨识灾害风险,分类分阶段提出安全防范措施,统筹地上地下防灾减灾设施;为提高规划管控效能,助力地下空间可持续发展,提出强化保障机制。

理论与试验研究

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考虑土体小应变刚度的各向异性上下负荷面模型

王智超, 林杨浩, 田英辉, 张春会, 罗光财

2026, 22(3): 780-787. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2026.03.04

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针对上下负荷面本构模型不能描述土体应力诱导各向异性和小应变下土体剪切模量衰减特征问题,采用g(θ)方法并结合小应变下经典刚度理论对原始上下负荷面本构模型进行改进,并将改进后的新模型用于预测上海软土、Fukakusa黏土、合肥微膨胀土的三轴剪切试验结果以及模拟合肥地铁徽富路站深基坑开挖工程。结果表明:新模型能够较好地反映土体小应变条件下较高的初始剪切模量以及其非线性衰减特征,能够统一应用von Mises、Mohr-Coulomb、Matsuoka-Nakai和Lade-Duncan四种屈服准则以表征土体的应力诱导各向异性,且能够较好地描述软土的结构性剪缩软化以及超固结土的剪胀软化特性;改进的模型能够很好地表征天然土体复杂力学行为,也较好地预测了基坑开挖过程中支护桩的变形。
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复合地层双线大直径泥水盾构隧道Peck公式修正

梅源, 刘子扬, 周东波, 王逸飞, 张钰杭

2026, 22(3): 788-799. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2026.03.05

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随着城市化进程的加快,地下空间开发成为缓解城市交通压力的重要途径。在复合地层中,双线大直径泥水盾构隧道的建设面临着复杂的地质条件和施工难题。基于杭州某双线隧道工程的地表沉降实测数据,本研究采用数学方法进行回归分析,引入地表最大沉降量修正系数α和沉降槽宽度修正系数β对双线Peck公式进行修正,同时结合叠加原理提出了一种针对复合地层双线隧道掘进叠加段的适用性修正方法,以期准确预测复合地层双线大直径泥水盾构隧道施工的地表沉降规律。结果表明:修正前的复合地层中双线大直径泥水盾构的地表沉降实测值与Peck公式预测值之间有较大差异;通过实例确定叠加段修正方法可以有效提高双线隧道中心间距L大于(i_左+i_右)时的叠加段预测曲线拟合度;通过对比不同直径的Peck公式修正系数范围可知,大直径盾构在竖向沉降控制方面优于中小直径盾构,而沉降槽宽度修正系数分布范围要大于中小直径盾构。研究成果可为我国大直径盾构隧道设计施工提供参考。
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考虑中间主应力的巷道围岩塑性区分析与应用

潘竞涛, 郭庄傲, 赵丹, 范于钟, 秦庚慕

2026, 22(3): 800-812. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2026.03.06

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掌握塑性区形成与发展规律是实现深部巷道围岩变形与失稳控制的基础。然而,现有的塑性区理论多集中于均匀应力场条件下圆形巷道半径的解析解。为此,基于Drucker-Prager强度准则和蝶形破坏理论,利用单因素法分析了某深部矿井1201回风巷道围岩塑性区的变化趋势和敏感度,并运用FLAC^3D数值模拟获得了不同断面类型巷道的塑性区扩展形态范围及围岩破坏特征。结果表明:在侧压系数λ=2.5的非均匀应力场中,矩形巷道顶板、肩角及底板塑性区最大深度分别为5.3 m、6.4 m和5.0 m,较圆形断面(4.2 m、5.1 m、4.0 m)平均增加27.5%;直墙三心拱形塑性区深度(4.8 m、5.7 m、4.5 m)较圆形增加15.2%,验证了断面形状对塑性区范围的显著影响。同时,采用现场实测确定塑性区的范围,结果表明:中间主应力系数m=0.7时塑性区半径最小,m>0.7后因应力重分布导致半径反弹,表现出区间效应;围岩强度参数提升可使塑性区半径减小约35%~48%;现场实测显示,肩角塑性区深度(5.5~5.6 m)与数值模拟误差≤10%,裂隙分布与蝶形理论预测高度吻合。研究结果可为深部巷道塑性区的分析及开挖断面设计提供借鉴。
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服役期盾构管片极限承载力足尺试验研究

冉家驹, 谢治天, 牛晓凯, 郭锦鹏, 宋立鸿

2026, 22(3): 813-821. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2026.03.07

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为了研究服役期盾构隧道管片的极限承载性能,进行了足尺试验研究。以3环服役期管片为试验对象,拟定了试验测试内容及加载方案。对管片进行了三阶段加载,模拟上部堆载作用下的静力加载试验,监测了加载过程中管片的整体收敛变形、环缝错台,纵缝张开量以及管片裂缝,分析了中环管片整体的受力过程、破坏模式和极限承载力。结果表明:管片模拟在15 m埋深下,整体结构变形极小;管片的变形分为3个阶段,当拱顶底的相对位移超过2.83‰D时,管片整体收敛变形快速增加;管片破坏裂缝主要集中在螺栓孔及纵缝边缘处。
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真三轴应力状态下冻结钙质黏土加卸载试验研究

常磊, 荣传新, 程桦, 蔡海兵, 曹祎

2026, 22(3): 822-836. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2026.03.08

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两淮矿区地下工程冻结法施工过程中,深部冻土在不同方向同时承受加载和卸载,表现出从最初的原始应力状态到一侧应力不断升高、另一侧应力逐渐递减的动态变化。应力的不均匀分布导致工作面前方土体的应力路径各异,使土体处于三向不等的受力状态,进而影响其力学特性。为深入研究冻土在真三轴应力状态下的力学行为,利用自主研发的冻土真三轴仪,分析了不同温度、初始应力状态和加卸载速率对冻结钙质黏土强度和变形特性的影响。结果表明:在相同试验条件下,加载速率从0.4 mm/min增加到0.8 mm/min时,冻结钙质黏土广义剪应力q和广义剪应变γ曲线的斜率逐渐增大,即冻结钙质黏土的应力-应变曲线斜率随加载速率的增大而增加,且对应的峰值应力也逐渐增大;随着初始应力和加载速率的增加,冻结钙质黏土的应力-应变曲线整体从应变软化向应变硬化转变;在加卸载应力路径下,加载速率对冻结钙质黏土的强化效应随加载速率的增加而逐渐递减,并且满足幂函数关系;在相同的冻结温度T和加载速率v的情况下,冻结钙质黏土的三轴强度在主应力空间中符合Drucker-Prager准则,并给出α与K分别与冻结温度T和加载速率v的关系表达式。本研究成果可为深部冻结法凿井提供理论依据。
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不同位置隐含节理巷道在扰动下的岩爆试验研究

曾国健, 李克钢, 李明亮, 乔志强, 甘衍垦

2026, 22(3): 837-849. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2026.03.09

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为探究动静荷载下节理位置对直墙拱形巷道岩爆影响机制,选云南会泽铅锌矿灰岩,加工成含直墙拱形孔洞的立方体试件。预制节理,使其与直墙洞壁间距为5 mm、10 mm、15 mm、20 mm,设无节理试件对照。利用真三轴岩爆试验系统,开展不同节理位置的巷道岩爆模拟试验,结合视频、声发射监测及分形理论,从岩爆破坏过程、岩爆坑形态、声发射信号及碎屑特征等分析节理位置对岩爆的影响。结果表明:(1)所有试件岩爆破坏阶段相同,含节理试件岩爆坑深度随节理与直墙洞壁间距增大而减小;(2)声发射绝对能量和碎屑分形维数反映岩爆烈度,二者及岩爆烈度均随节理与巷道洞壁距离增大而减小;(3)节理距巷道洞壁越远,岩爆耗能越少,碎屑片状特征越明显。
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基于透明土试验隧道开挖诱发上覆管线变形研究

郭炎伟, 杨涛, 杨明辉, 宋牧原

2026, 22(3): 850-859. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2026.03.10

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在管隧间距较小的情况下隧道开挖对上覆管线的影响不可忽略。针对隧道开挖下穿既有管线这一特殊工况,采用透明土和PIV技术对连续与非连续管线的变形规律展开对比研究。通过对土体位移随隧道开挖的动态变化实施全程观测并采用控制变量法分析了抗弯刚度、管线埋深以及非连续管线的管节长度对管线变形的影响,结果表明:无论是连续管线还是非连续管线的沉降模式基本符合Gaussian沉降曲线;连续管线最大沉降值随着抗弯刚度的增大而逐渐减小且随着管线埋深的增大而逐渐增大;非连续管线的最大沉降值随着管节长度的增大而呈现先增大后减小的趋势;非连续管线与隧道的相对位置对其沉降有显著影响,当非连续管线接口在隧道轴线正上方时,其最大沉降值明显高于隧道轴线位于管节中心正下方的情况,表明隧道下穿位置接近非连续管线接口处为最危险情况,设计时应尽量避免。
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干湿与循环载荷耦合下白云岩力学特性演化

成功, 周长冰, 王运敏, 李小双

2026, 22(3): 860-869. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2026.03.11

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针对循环载荷与干湿循环耦合作用对白云岩力学特性演化规律的影响,进行了不同干湿循环次数和循环载荷上限条件下的三轴压缩试验,并结合宏细观结构分析,系统研究了白云岩的强度衰减、变形特性及损伤演化机制。结果表明:随着干湿循环次数的增加,白云岩质量降低、含水率呈对数增加趋势;随干湿循环次数增加,白云岩峰值抗压强度、弹性模量逐渐降低,损伤因子呈对数增加,不同上限循环荷载对于干湿劣化效应具有一定促进作用;试样弹性模量随循环荷载上限增加呈不同变化趋势;干湿循环对白云岩破坏模式无明显影响,即剪切破坏或剪切拉伸混合破坏;干湿循环作用会造成白云岩内部可溶盐和胶体的溶解以及裂隙的开裂扩展,而不同上限循环加卸载加速了裂隙扩展及颗粒间胶结物的破坏,两者共同作用时,岩石物理性质的衰减速度比单一因素更为迅速。
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冻融作用下不同饱和度砂岩破裂演化特征

段晓晓, 杨登科

2026, 22(3): 870-882. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2026.03.12

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为探讨含水量对冻融环境下裂隙岩石力学特性及破裂特征的影响,制备5种饱和度预制椭圆形双裂隙(孔洞)红砂岩,开展循环冻融后CT扫描和单轴压缩试验。通过分析岩石在冻融循环过程中的细观演化规律与冻融受荷后的宏观破坏特征,探究宏观破坏特征与细观演化的联系。结果表明:(1)饱和度为60%~100%的岩石冻融循环后微裂隙在已有裂隙尖端开始发展,且微裂隙总体积随着饱和度的增大而增大,尤其是完全饱水岩石在冻融120次后岩桥区域出现连通微裂隙;(2)随着冻融次数的增加,饱和度为60%~100%的岩石峰值强度线性降低,饱和度为60%~90%的岩石弹性模量线性降低,而完全饱水岩石的弹性模量拟合曲线为“上凸型”;(3)不同饱和度岩石在冻融前期破坏模式为拉伸-剪切破坏,随着冻融次数的增加,完全饱水岩石由拉剪破坏模式向拉伸破坏模式过渡;(4)冻融作用后岩石微裂隙发育位置处颗粒胶结程度较弱,在该位置极易产生宏观裂隙,细观微裂隙演化过程影响宏观破坏模式,峰值强度和弹性模量的降低百分比与微裂隙分形维数增加百分比之间呈正线性相关。研究成果可为实际寒区岩体工程冻融稳定性预测提供理论依据。
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高性能喷射混凝土厚度比效应与能量演化规律

吴梦军, 钟祖良, 徐淼, 胡学兵, 曹鹏

2026, 22(3): 883-890. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2026.03.13

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高性能纤维喷射混凝土单层衬砌在分层施工过程中内部能量演化过程与机制尚不明晰,为研究分层施工对单层衬砌结构能量演化特性的影响,开展了6种厚度比λ_h(第二层与第一层纤维喷射混凝土的厚度比)试件的单轴压缩强度试验。结果表明:纤维喷射混凝土的单轴压缩强度受厚度比影响较大,当厚度比为1时峰值强度达到最大值43.32 MPa,应力分布最优;厚度比大于4时,因第一层过薄会引发脱粘、压溃现象;在单轴压缩过程中,试件总输入能随厚度比增大而提高,弹性能储存能力在厚度比为1时最优,而耗散能在厚度比为5时呈现剧烈波动,反映局部失稳引发的集中能量释放;基于耗能系数分析,压实阶段能量耗散率降低,表明结构稳定性显著降低。
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异型塑钢纤维增强喷射混凝土力学性能及机理研究

魏建新, 郑宏, 梁宁慧, 黄奕展, 吴梦军

2026, 22(3): 891-899. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2026.03.14

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为研究异型塑钢纤维增强喷射混凝土的力学性能及增强机理,开展基准喷射混凝土及异型塑钢纤维喷射混凝土的抗压、劈裂抗拉和抗折试验,并进行SEM微观扫描试验。结果表明:异型塑钢纤维的掺入可提升喷射混凝土的抗压、劈裂抗拉和抗折强度,纤维掺量为6 kg/m³时提升幅度最为明显,其1 d、3 d、28 d抗压、28 d劈裂抗拉、28 d抗折强度分别较基准混凝土组提升13.9%、5.8%、5.1%、26.8%、8.1%;喷射混凝土掺入异型塑钢纤维后韧性增强,破坏模式由脆性转为延性;异型塑钢纤维可减少混凝土基体中大孔隙的占比、提高基体密实度,减小粗骨料与基体界面微裂纹宽度和孔洞数量,提供桥接作用吸收破坏能量,使喷射混凝土的强度和韧性增强。研究成果可为异型塑钢纤维增强喷射混凝土的应用提供理论依据。
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冲孔挤密强夯加固红黏土场地夯击参数研究

周亭, 谢建斌, 许垚, 杨乐, 贾荣谷

2026, 22(3): 900-909. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2026.03.15

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红黏土具有高含水率、高塑性指数的特殊工程性质,广泛分布于云贵高原及周边区域,成为云南省内高速公路、铁路和工业园区等基础设施建设不可避免的地基土类型。由于冲孔挤密强夯“单次冲孔深度大,同时夯孔内掺砾黏性土可形成散体桩复合地基,能有效加固欠固结土层”等优点,常采用冲孔挤密强夯加固欠固结红黏土场地,但目前对冲孔挤密强夯加固欠固结土动力特性的研究较少。笔者基于冲孔挤密强夯室内模型试验,分析了不同填料配比、夯击能级、夯锤角度,夯击次数4个夯击参数对累计夯沉量、土体响应加速度、土压力峰值的影响。结果表明:累计冲孔深度与夯击次数之间采用对数函数对数据进行拟合是合适的,夯击能为10 000 kN·m时的累计冲孔深度比8 000、9 000 kN·m增加10%左右;冲孔过程中能级越高导致的响应加速度越大,高夯击能级和平底夯锤的夯击参数组合有更好的冲孔效率;碎石-土填料在挤密夯击过程中形成更密实的墩体结构,增加碎石填料比例有助于加固地基土,提高其密实度。
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水合物降压开采储层出砂与渗透率影响因素研究

加瑞, 郝岱恒, 乔小利

2026, 22(3): 910-919. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2026.03.16

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储层出砂是制约天然气水合物安全开采的关键问题,而储层渗透率是影响水合物开采产能的关键参数。通过室内模型试验研究了储层颗粒级配、水合物饱和度、降压幅度和防砂层孔径对水合物降压开采储层出砂和渗透率的影响,并分析了储层出砂量与储层渗透率变化之间的相关性。结果表明:(1)黏粒含量越少、降压幅度越大、防砂层孔径越大,储层出砂量越多;(2)在防砂层孔径相同的情况下,储层出砂量与水的平均流量基本成线性关系;(3)储层渗透率均随时间逐渐增大,最后逐渐趋于稳定;水合物饱和度越大、黏粒含量越多,开始时的渗透率越小;(4)降压幅度越大、防砂层孔径越大,结束与开始时渗透率的比值越大;(5)在水合物饱和度相同的情况下,储层出砂量越多,储层渗透率的增大量相对越大;(6)在水合物饱和度和储层颗粒级配相同的情况下,储层出砂量越大,储层渗透率的增大率相对越大。
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基于矿物成分的川南页岩断层摩擦与套管变形分析

黄浩勇, 钟利庆, 曾波, 徐尔斯, 张丰收

2026, 22(3): 920-927. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2026.03.17

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随着我国四川南部页岩气资源的勘探开发,与裂缝/断层剪切滑移相关的套管变形问题频发,严重限制了深层页岩气建设生产,因此,深地高温高压环境下页岩断层泥的摩擦系数研究有重要意义。选用了3口井(A、B、C井)的不同深度的龙马溪组原位页岩样品制备断层泥并开展摩擦剪切试验,其黏土矿物含量在10%~45%之间。高温高压三轴剪切摩擦试验结果表明,深层页岩的摩擦系数位于0.52~0.70之间,并随着黏土矿物含量增加而线性降低。根据龙马溪页岩的矿物成分预测了龙马溪页岩的摩擦系数分布规律,发现随着单井相对深度变深,摩擦系数也逐渐增加。最后根据剪切试验的应力降推算了龙马溪页岩裂缝/断层的滑移量,并与实际套管变形量进行了验证,并给出了裂缝/断层滑移与套管变形的计算方法。

设计、施工、监测

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基于多方法组合的南京长江漫滩相土层智能划分

蔡智, 夏培凯, 张廷忠, 张锐, 申志福

2026, 22(3): 928-936. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2026.03.18

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在岩土工程勘察中,基于有限的原位测试和取样试验进行土层划分时,受钻孔间距限制,孔间土层往往依靠人为经验推断,如何智能、可靠地进行土层划分是当前岩土工程信息化发展的重要研究方向。本文提出贝叶斯压缩感知、支持向量机分类、高斯混合模型和隐马尔可夫随机场模型4种方法组合的土层智能划分方法,并以南京长江某漫滩相土层为例,展示了所提方法的应用流程和土层划分结果。结果表明:贝叶斯压缩感知能对原位测试的标贯击数进行可靠扩展,用于后续土层划分;支持向量机分类能在(标贯击数、深度)二维空间中智能学习各土类的边界,实现对土层的初步划分;在此基础上,借助高斯混合模型,引入土体特征参数的概率分布,可实现土层划分的初步优化;最后借助隐马尔可夫随机场模型,引入空间相关性约束(相邻点更倾向于同一种土类),可实现土层划分的二次优化;4种方法的组合可智能、自动化地进行土层划分,提高了土层整体划分的准确性和土层边界识别的准确性。
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低渗透油藏CO₂地质封存中的温度与压力分析

刘石, 余华贵, 王建宁, 郭鸿, 颜世龙

2026, 22(3): 937-947. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2026.03.19

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将CO₂注入地层进行永久封存是实现碳中和目标的关键技术之一,吴起油田38井区是国内首个全流程CCUS示范项目——延长石油CCUS示范项目的核心区块,2014年开始注气。CO₂注入地层后的运移状态以及封存层温度与压力动态研究对碳封存工程的安全评估至关重要。基于吴起油田CCUS示范区的岩心、地质及测试数据,利用TOUGH2/ECO2N软件平台构建三维数值模型,模拟CO₂注入地层后羽流状态以及对地层温度压力系统的影响。结果表明:CO₂倾向于封存层上部迁移,CO₂注入初期,井周温度由59.94 ℃骤降至48.2 ℃(降幅11.74 ℃),压力由12.6 MPa升至峰值15.6 MPa(增幅23.81%);停注后10年,温度逐渐恢复至原始值附近(60.2 ℃),压力回落至12.8 MPa(较初始值高1.59%);初期地层的温压变化较为显著,后期变化减缓,并最终达到一个稳定状态,注入的CO₂流体对地层整体温度和压力的影响相对有限。研究成果量化了低渗透油藏CO₂封存的温压响应阈值,揭示了超临界CO₂运移与地层能量平衡的耦合机制,可为同类储层封存方案设计及监测系统优化提供理论支撑。
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小净距隧道开挖沉降特性及其合理间距优化研究

孙艳阳, 陈海, 程坤, Lojain Suliman, 周小涵

2026, 22(3): 948-954. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2026.03.20

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明确城区小净距隧道开挖沉降特性是确保施工安全的前提。依托重庆某轨道交通地铁车站,采用现场监测与数值模拟相结合的方法,探究了不同开挖顺序下小净距隧道(净距0.57 m)的沉降特性,并确定了最优化隧道开挖间距。结果表明:(1)临时支护的拆除会加剧围岩的变形,围岩变形增量约1.43~4.00 mm;(2)先开挖主体隧道,后开挖6号出入口隧道,最终沉降曲线呈“W”形,而先开挖6号出入口隧道,后开挖主体隧道,最终沉降曲线呈“U”形,后者隧道相互之间的影响较强;(3)随着开挖间距的增大,沉降曲线由“U”形转变为“W”形,开挖引起的隧道相互之间的影响在减弱,地表荷载会导致更大的沉降,当荷载大到一定程度时,会影响沉降曲线的形式;(4)以主体隧道拱顶最大沉降为控制性指标,定义了开挖间距有效性系数k,在保证施工安全的前提下,满足现场施工条件的最优化隧道开挖间距为1.5 m。
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盾构法联络通道刚度有效率影响因素模拟研究

闫伟, 岳彬, 熊田芳, 耿佳, 程雪松

2026, 22(3): 955-964. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2026.03.21

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盾构法以其施工速度快、经济效益高、安全性好等特点被广泛应用于隧道施工,在联络通道的应用也必将越来越广泛,但目前对于小直径盾构隧道刚度有效率的研究相对较少,以天津某盾构法联络通道项目为例,用ABAQUS建立多种隧道及管片的数值计算模型,研究小直径隧道刚度有效率的大小及影响因素。结果表明:(1)联络通道的刚度有效率与普通隧道的刚度有效率差别不大,纵向刚度有效率在0.07左右,横向刚度有效率在0.5~0.6之间,横向刚度提升对纵向刚度有正向关系;(2)管片拼装方式对纵向刚度有效率影响不大,对于隧道变形影响较大,通缝拼装下发生了极为不对称的变形;(3)螺栓预紧力的改变会影响衬砌环环间张开量,对纵向刚度有效率有一定影响,但对横向刚度有效率影响不大。
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基于管片施工上浮控制的盾构姿态调整方案研究

陈武元, 韦永鹏, 管喆玮, 薛宸熙, 马龙祥

2026, 22(3): 965-972. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2026.03.22

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目前盾构姿态对同步注浆作用下盾构管片上浮现象影响的研究缺少理论及定量化分析,较难为施工现场提供合理的盾构姿态调整方案。通过考虑盾构机姿态对盾尾管片的影响,基于欧拉梁以及Pasternak双参数地基等相关力学理论,建立分析模型用以研究管片施工上浮现象,并对不同盾构姿态下的管片变形及内力结果进行分析。结果表明:合理调整盾构姿态可以一定程度控制施工管片上浮现象,适当向下调整盾构机竖向位置,适当使盾构机尾部有向下转动的俯仰角,可以缓解管片上浮现象的同时减小管片的内力;不合理地调整盾构姿态不但会加剧管片上浮现象,而且会显著增大管片的内力;实际工程中为控制上浮现象可以适当将盾构机竖向位置向下调整,适当调整盾构机俯仰角使盾构机尾部保持向下转动的倾角。根据本文研究制定盾构姿态调整方案后,依托工程的管片上浮现象得到缓解。研究成果可用于指导控制施工管片上浮时盾构姿态的定量调整。
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新型吸能锚杆锥头-套筒耗能特性研究

李蕊雪, 缪易辰, 卢家乐, 苏何先, 潘文

2026, 22(3): 973-986. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2026.03.23

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吸能锚杆支护是控制高地应力围岩大变形的关键技术,但常规锚杆耗能构件的几何参数与耗能性能关系尚不明晰,制约其几何参数优化设计。笔者设计了锥头-套筒阻尼结构作为吸能锚杆的核心耗能构件,其锥角(α)与套筒壁厚(t)参数的优化是提升锚杆支护性能的关键。通过开展室内试验与数值模拟研究,揭示了阻尼结构在滑移过程中的阻力特性、能量耗散规律,并建立了参数优化设计方法。结果表明:采用常规材料制作阻尼结构时应遵循SCATW(Small Cone Angle and Thick Wall)设计原则;锥角范围在0.5°~5°,套筒壁厚范围在4~7 mm时,阻尼结构的稳定阻力较大且耗能性能较好;提出了面向工程应用的几何参数优化以提升耗能的方法,即以2°锥角作为中性点,当锥角α分别在0.5°~2°与2°~5°的范围内时,应分别采用增大锥角与增加壁厚的方法来提高阻尼结构耗能。
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井筒四角罐道作用力计算方法研究

王铁行, 吕思琴, 罗扬, 尹宏博, 阮嘉斌

2026, 22(3): 987-994. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2026.03.24

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为了增强煤矿立井提升容器的稳定性,常采用四角罐道的结构形式来代替端罐道中断部位。目前四角罐道的设计参照端罐道方法,但由于四角罐道与端罐道的结构形式和约束条件存在较大差异,参照端罐道设计方法计算得到的四角罐道作用力是否可靠存在疑问。为了解决这一问题,本文通过对四角罐道作用力的现场测试,得到了四角罐道在加卸载工况中的加速度时程曲线。通过分析时程曲线,确定了四角罐道的作用力,并探明了其特征及影响因素。进一步进行回归分析后,考虑到提升终端荷载水平,建立了煤矿立井四角罐道水平力及竖向力的计算方法。基于现场测试结果建立的四角罐道作用力计算方法具有可靠性,对于提升四角罐道的稳定性、安全性以及经济性具有参考意义。
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串珠状溶洞位置对隧道围岩稳定的影响研究

李小勇, 袁峰, 厉志, 赵东阳, 温元平

2026, 22(3): 995-1002. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2026.03.25

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岩溶隧道中因存在串珠状溶洞群这种特殊的空间结构,从而导致围岩应力应变场变得极为复杂,且在穿越施工过程中对围岩稳定性的影响未明晰。以重庆轨道交通27号线中梁山隧道为工程背景,基于已有的能量场可视化分析系统构建三维数值模型,探究了不同溶洞位置对隧道围岩稳定性的影响规律。结果表明:隧道右侧溶洞对围岩稳定性影响最为显著,其拱脚竖向位移突变幅度达50%,塑性区与溶洞区贯通;当溶洞位于正上、下方且间距为5 m时,塑性区未贯通;围岩能量演化显示支护结构周边弹性应变能呈负值释放,右侧溶洞导致耗散能密度贯通带形成;基于塑性区贯通判据提出串珠状溶洞安全防突厚度应大于5 m。
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大直径盾构掘进围岩应力变化规律分析

李继超, 郭东, 赵世伟, 邱运军, 邓峰

2026, 22(3): 1003-1012. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2026.03.26

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大直径盾构施工技术在城市轨道交通建设中应用广泛,但大直径盾构掘进过程中面临着开挖断面大、埋深厚、推力扭矩高、对岩土体扰动明显等严峻挑战。本文提出了一种盾构掘进隧道围岩应力实时监测方法,对盾构掘进围岩应力变化进行监测。基于测试结果分析了土压平衡盾构平衡状态掘进时围岩附加应力变化规律,并对盾构掘进围岩附加应力的影响范围及大小进行讨论。结果表明:掌子面围岩应力随着盾构刀盘接近会逐渐增大,直至刀盘到达监测点时达到最大,与掌子面附加接触压力理论值相近;隧道周边平行于隧道方向与垂直于隧道方向的围岩应力均呈现先增长后降低最终稳定不变的趋势,平行于隧道方向的围岩应力在刀盘到达监测点前达到最大,而垂直于隧道方向的围岩应力在刀盘到达监测点时达到最大;对盾构掘进围岩附加应力变化规律进行分析,盾构掘进对前方围岩影响范围约为0.8倍刀盘直径;隧道周边围岩附加总应力最大值与残余附加总应力随监测点距隧道壁间距呈线性变化趋势,基于掌子面围岩附加接触压力理论值提出围岩附加总应力最大值与残余附加总应力的计算公式;基于其他区域盾构掘进对上述围岩附加应力变化规律进行了验证。研究成果可为城市轨道交通项目大直径盾构掘进围岩稳定性控制提供依据。
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人工冻结砂卵石地层隧道开挖施工力学响应研究

张佩, 杨承儒, 杜修力, 李茜茜

2026, 22(3): 1013-1022. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2026.03.27

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人工冻结法是富水砂卵石地层隧道施工的有效工法之一,开展冻结砂卵石地层隧道开挖施工力学响应分析具有重要的工程意义。考虑砂卵石地层的复杂多变性,重点关注卵石含量这一因素,开展了冻结砂卵石土无侧限压缩室内试验和数值试验;采用混凝土塑性损伤本构模型描述冻结砂卵石土的力学特性,建立局部冻结地层隧道开挖数值模型与分析方法;开展不同卵石含量的冻结地层隧道开挖模拟,对冻结地层和衬砌结构的施工力学响应规律进行了分析。结果表明:卵石含量对冻结砂卵石土应力应变曲线具有显著影响;衬砌底板中心以及衬砌底板与直墙交界处为衬砌的不利位置;底板中心塑性区宽度随着卵石含量逐渐增大,但衬砌外侧应力分布特征不受含石量的影响;不同卵石含量地层的地表沉降曲线均可采用Peck经验公式进行描述;随着卵石含量的增加,地表沉降最大值和底板隆起值均呈近似线性增加的趋势,而拱肩及直墙监测点竖向位移均呈现先增大后减小的变化规律。
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深埋高水压地层泥水平衡钢顶管受力特性研究

段现彪, 黄元楼, 唐吉祥, 张清照, 李宗正

2026, 22(3): 1023-1033. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2026.03.28

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为研究深埋高水压地层泥水平衡钢顶管管道受力特性,依托云南省王家寨隧道超前引排水顶管工程开展了管道接触压力、孔隙水压力及管道应变的现场监测,通过接触压力监测值与国内外规范对比,并运用数值模拟研究二次注浆压力对管道的影响,结果表明:(1)通过停工状态下接触压力监测值与规范计算值对比,采用日本超大直径PC工法与中国T/CECS 246—2020中规定的计算模型与计算参数取值得到的土压力计算值与监测值更为接近;(2)管道顶进状态下,二次注浆压力对管道接触压力有显著影响,特别是在进入强富水区后,二次注浆压力迅速上升导致注浆侧接触压力急剧变化;(3)管道左右侧环向应变基本呈现相反的拉压交替变化趋势,轴向应变由于泊松效应以及负侧摩阻力的影响平衡点偏离零点位置,顶进过程中管道轴向为偏心受压状态;(4)通过数值模拟在验证后研究二次注浆压力对管道的影响,随注浆压力不断升高,单侧注浆情形下水平位置率先屈服,双侧注浆情形下管道顶部与底部先屈服,同时得到了单侧注浆与双侧注浆的注浆压力控制边界分别为2.5 MPa和0.6 MPa。
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斜坡地基钢管桩围堰结构变形规律与设计优化

卢成华

2026, 22(3): 1034-1042. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2026.03.29

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锁扣钢管桩围堰在我国桥梁深水基础施工中应用广泛,然而当前对斜坡地基条件下钢管桩围堰结构施工变形特性鲜有研究。以浙江建德市新安江大桥基础锁扣钢管桩围堰施工为背景,采用Midas Civil建立斜坡地基钢管桩围堰施工全过程三维有限元数值模型,与现场实测数据进行了模型验证,分析了斜坡地基钢管桩围堰结构在施工过程中的变形规律,研究了倾斜地基、施工工艺和水流流速对侧向变形的影响,最后通过合理优化围护结构尺寸对结构变形进行有效控制。结果表明:斜坡地基下的钢管桩围堰由于约束形式的差异导致结构的侧向位移相差较大;相较于分层下放工艺,整体下放工艺中各层围檩协同作用可有效减弱变形累加效应;与水流因素相比,斜坡地基因素对围堰的影响更为显著;综合考虑变形控制与材料用量,可通过合理设计维护体系的尺寸对围堰结构进行有效的优化。研究成果可对相似地质条件下深水桥梁基础设施提供理论参考。
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滨海富水区冻结法施工结构温度演化及变形响应

涂金光, 曾红波, 石州, 肖中林, 谢雄耀

2026, 22(3): 1043-1055. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2026.03.30

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滨海区域地层软弱富水且承载力弱,冻结法施工全过程中结构及土体变形场和温度场响应剧烈而易导致大范围施工扰动。通过现场及室内试验获取了土体及地下水温度效应参数,建立了冻结-开挖-解冻全过程三维热力耦合数值分析模型,探明了施工全过程中冻结帷幕圈发展及扩散规律,揭示了全深度范围内土体及支护结构变形和温度演化特性,最后通过现场实践对研究结果进行了应用及检验。结果表明:通道开挖过程中距通道中心2.75~7.16 m范围内土体发生压缩挤密和急剧温度波动,在升温解冻15~25 d内可对地表往下15.8 m深度范围内土体进行注浆加固,尤其是距中心3.99 m范围内的土体升温速率较其他部位更快;土体冻结过程中,冻结管内侧土体较外侧冻结速度更快,通道左右两侧土体较上下侧冻结速度更快;升温解冻过程中,通道上部和下部土体较两侧部位解冻更快,且外部土体及通道上部和下部土体的解冻主要发生在冻结管持续升温阶段,使得解冻过程中初期支护及二次衬砌上部及下部变形显著大于两侧部位,且钢架底部两侧边角处,和钢筋网顶部及下部会发生明显的应力集中;预埋注浆管并在解冻开始后的20~40 d向上部及下部土层内注浆可以减缓结构位移发展和应力集中。

防灾与环境

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基于案例反分析的地下洞室围岩片帮深度预测方法

刘志强, 刘国锋, 陈学琦, 段淑倩, 裴书锋

2026, 22(3): 1056-1067. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2026.03.31

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片帮作为高地应力大型地下洞室工程中普遍出现的一种围岩局部破坏现象,严重威胁工程稳定性和施工安全。依托我国西南地区的白鹤滩水电站地下厂房工程,利用数值仿真、参数反演、现场调研等手段,提出了一套基于案例反分析的片帮深度数值评价方法。首先,利用遗传-神经网络(GA-ANN)反演方法,获得了不同片帮区的关键岩体力学参数;其次,基于围岩破裂评价指标RFD分析开挖后围岩脆性破坏区的范围和深度,并与现场揭露片帮破坏进行对比,结果表明:91%以上的片帮破坏深度对应的P_RFD阈值处于1.35~1.50,工程应用表明,该阈值对片帮深度的预测吻合率达88%。该研究可为深部地下工程岩体灾害破坏深度的预测提供支持。
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盾构隧道斜下穿施工引起邻近桩基变形预测研究

龙海平

2026, 22(3): 1068-1078. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2026.03.32

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为探究隧道盾构斜下穿邻近既有桥梁桩基施工引起的桩基变形规律,以圆形截面桩为例,考虑桥梁桩基与盾构隧道之间相对位置关系的影响,利用Kerr梁地基模型、差分进化算法和能量变分法,建立盾构隧道斜下穿施工引起邻近桩基变形预测模型,通过施工现场的监测结果验证预测模型的工程适用性,并对不同方法预测结果与实测结果之间的差异性进行误差分析。结果表明:本文模型可预测不同位置下穿邻近桩基施工引起的桩基水平和竖向位移,并可用于正下穿和斜下穿两种工况,工程适用范围较广泛,且预测结果与监测结果的最大误差均不超过20％的工程误差限值,具有良好的工程适用性;本文模型在Kerr梁地基模型条件下,同时考虑了桩-隧相对位置关系,并有效设定了剪切层参数c,相比其他方法,在预测精度上明显提升,可为类似隧道盾构下穿施工引起邻近桩基变形控制提供理论指导。
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垂直顶升中上覆海洋软土破坏过程数值模拟研究

王艳华, 代凡斐, 贺建群, 李立辰, 蔡记华

2026, 22(3): 1079-1089. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2026.03.33

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基于垂直顶升施工现场数据,利用颗粒流程序PFC2D建立了竖管垂直顶升的数值模型,对上覆海洋软土层的破坏过程及顶升力进行了分析,并通过现场实测和理论计算的顶升力验证了数值模型的合理性,继而从细观角度出发探讨了覆土深度、竖管直径和竖管间距等因素对上覆海洋软土层破坏过程的影响规律。结果表明:(1)管道顶升过程中,上覆土层的破坏主要经历以下过程,即土层底部受压发生剪破坏→管道周围出现斜向裂纹→裂纹扩大产生破空区→裂缝上方土层重分布→填充破空区→产生新的裂纹;(2)垂直顶升数值模拟中土层破坏面具有明显的非线性特征,模拟的最大顶升力与实测值的误差在9%以内,验证了数值模型的合理性;(3)随着覆土深度的增大,上覆海洋软土层的顶部破坏范围呈线性规律增大;(4)当垂直顶升粉质黏土夹粉土层时,表层土体的破坏范围与竖管直径呈幂函数关系,对表层破坏范围的影响远小于覆土深度;(5)确定了顶进单根管对上覆土体的破坏范围,给出了管道布置时竖管间距最小值的参考公式。研究成果可对海域垂直顶升施工技术优化、竖管间距布置等提供参考。
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基于聚类分析的层状砂岩失效模式与破坏前兆识别

丁自伟, 张辰晨, 孙文亮, 董云俊, 余茂清

2026, 22(3): 1090-1102. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2026.03.34

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层状砂岩广泛分布在地下空间工程的围岩环境中,基于聚类分析的方法研究层状砂岩在循环载荷下的破坏模式并识别失效信号可以分析复杂应力条件下岩体的失效行为。对层状砂岩试样进行循环加载实验,监测岩石破坏的声发射信号,通过K-means++聚类算法对信号进行归类,揭示了层状砂岩在循环载荷下的破坏模式,识别出岩石破坏相关的前兆信号。结果表明:单轴加载试样的宏观破坏以剪切破坏为主,每级加载3次试样呈剪切-拉伸混合破坏,每级加载5次试样以拉伸破坏为主;每级加载3次试样时前中期微裂隙与大尺度裂隙共同发育,后期则主要以大尺度裂隙的稳定扩展为主,最终由微小裂隙的贯通形成了主要裂缝,每级加载5次时试样大尺度裂纹稳定发展,临近破坏时迅速贯通;不同加载条件下聚类分析的轮廓系数分别为0.81与0.93,并归类得到3类信号:Ⅰ型信号以拉伸信号为主,在2组样本的占比为39.2%与37.9%,Ⅱ型信号以混合破坏为主,在2组样本的占比为43.3%与57.3%,Ⅲ型信号以剪切破坏为主,在2组样本占比为17.4%及4.8%,且随着临近岩样失效而发生频率增加。研究可为层状砂岩破坏模式和失效预测提供理论依据。
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社会-技术系统视角下地铁施工事故致因网络分析

宁雪, 马永驰, 陈坤

2026, 22(3): 1103-1114. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2026.03.35

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为探究导致地铁施工事故的多种因素间的相互关系,预防地铁施工事故的发生,对中国2001~2022年间18起较大及以上地铁施工事故展开多案例比较分析,提炼地铁施工事故中个体、组织、行为、设备、环境等要素,并在此基础上构建地铁施工事故致因网络。运用复杂网络建模分析工具Network X对网络节点度、最短路径、中介中心度等网络指标进行测量,结合测量结果对较大事故、重大事故、特大事故致因网络中关键节点及致因链路展开对比分析。结果表明:较大事故主要由管理因素与设备因素叠加、管理因素与违章作业行为因素叠加引起;重大事故主要由违章作业行为与不良地质条件因素叠加引起,其中不良地质条件因素是事故等级上升的关键因素;特大事故主要由组织管理因素与违章作业行为叠加导致,其中施工方案编制欠缺是事故进一步升级的关键因素。
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爆破振动信号的CPO-ICEEMDAN-小波阈值联合降噪

杜密立, 李祥龙, 王建国, 徐杰

2026, 22(3): 1115-1126. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2026.03.36

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为解决矿山爆破振动信号中的噪声干扰问题,提出了一种基于冠豪猪优化算法(CPO)、改进自适应噪声完全集合经验模态分解(ICEEMDAN)、改进小波阈值的联合降噪算法。首先运用CPO对ICEEMDAN的关键参数进行全局寻优,将某露天矿山实测爆破振动信号自适应分解为一系列本征模态函数(IMF),利用多尺度排列熵(MPE)构建噪声识别阈值,筛选出含噪高频IMF分量,通过改进小波阈值处理后,将其与小于设定阈值的分量重新组合以完成降噪。通过与CEEMDAN-MPE及ICEEMDAN-传统小波阈值方法进行比较,3组振动信号降噪结果显示,本方法平均信噪比分别提升39.33%和19.93%,均方根误差降低2～3倍。同时,基于三维时频能量分析发现,去噪前后信号主频能量分布未发生变化,表明该方法在有效消除噪声干扰的同时,能完整保留信号主频能量特征。

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