地下空间与工程学报

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2026年, 第22卷, 第1期　
刊出日期：2026-02-20

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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受采矿沉陷影响的山东某大学规划设计理念与方法

李晓丹, 阎跃观, 李婧, 王阳阳, 何满潮

2026, 22(1): 1-9. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2026.01.01

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以受采矿沉陷影响的山东某大学场地规划为例,融合建筑学、城乡规划学、地质学及采矿学等跨学科研究方法,在系统分析场地地质构造、采矿沉陷影响和断层分布等地下条件的基础上,提出“地下条件决定地上规划,地上规划指导地下勘察设计”的设计理念,施行“趋利避害”“挖掘优势”“统筹规划”设计方法。以场地稳定性分区为前提,构建高层、多层及景观建设区用地的空间布局,并结合地貌特征优化校园形态,形成顺应地形的自由式山水格局。结果表明:该方法可规避采矿沉陷危险区工程治理费用,建成区绿化覆盖率约84%。研究成果可为受采矿沉陷影响的高校校园和类似场地规划提供技术支撑与方法参考。
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公园城市语境下城市地下空间总控模式初探

徐军, 蔡琪琦, 何萍, 蒋敏, 蒋飞

2026, 22(1): 10-18. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2026.01.02

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地下空间的有序开发与规划建设是城市发展安全韧性的客观需求。本文首先阐述了公园城市语境下城市地下空间建设的5个维度:安全韧性、品质生活、绿色低碳、智能智慧、现代治理;总结了国内地下空间全周期开发由于项目体量庞大,导致建设周期长;回应了公园城市理念多元需求存在的问题,概括为横向技术割裂与纵向传导脱节。在此基础上提出城市地下空间建设总控模式的4个阶段,即“目标研判—规划深化—设计协同—数智建设”。结合了总控模式在地下项目中的实际应用案例,说明了通过全生命周期管理流程实现公园城市安全可持续发展的具体实施路径。
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多元主体协同下的地下公共空间营造研究

吴珊珊, 白韵溪

2026, 22(1): 19-28. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2026.01.03

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地下公共空间是存量发展理念下具有开发潜力的国土空间资源储备,也是城市公共空间系统的重要组成部分。与地上公共空间相比,地下公共空间涉及的开发主体较多,难以有效协同而形成高品质的公共空间系统。弹性奖励制度、多元主体协商议事平台等多元主体协同机制能够动员政府、开发主体、使用者以及第三方参与公共空间营造,能够解决地下公共空间开发面临的问题。以札幌駅前通地下步行空间营造为例,阐述以地下步行空间为核心的公共空间系统建设和运营历程,分析地下公共空间规划、建设、运营全周期内多元主体的协同机制和协同模式。结果表明,札幌案例具有整合多元主体协同目标、量化地下公共空间弹性奖励措施和以组织为媒介构建多元主体协同网络等优势,可为我国地下公共空间开发提供参考。
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基于ArcGIS的滨海城市地下空间开发适宜性评价

李岳恒, 王绍娟, 王宁, 狄胜同

2026, 22(1): 29-37. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2026.01.04

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地下空间开发是城市建设快速发展的重要途径,而地下空间开发适宜性评价是城市地下空间资源开发利用的首要工作。滨海城市相对于内陆城市环境更为复杂,影响地下空间开发的因素也更为丰富。以山东省潍坊市北部沿海平原浅层(0~20 m)作为研究区,充分调查分析影响地下空间开发的指标因子,构建滨海城市地下空间开发适宜性评价指标体系,采用改进的结构CRITIC主客观相结合的赋权方法进行指标确权,同时,基于ArcGIS地理信息系统进行综合评价及结果可视化处理。结果表明:(1)提出的改进的结构CRITIC赋权方法既增加了客观性又保留了重要因子权重,相较于传统单一的赋权方法,主客观相结合的组合赋权更为科学;(2)断裂构造、地下水富水性、水位埋深在指标体系中占据重要地位,权重分别是19.4%、12.2%和11.3%;(3)研究区地下空间开发非常适宜面积占比12.6%,较适宜区域占31.84%,一般适宜地区占31.03%,较不适宜地区占18.93%,最不适宜占5.59%。

理论与试验研究

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复合地层重叠盾构隧道施工土体变形理论研究

魏纲, 朱德涵, 王哲, 张治国, 石钰锋

2026, 22(1): 38-46. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2026.01.05

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针对复合地层条件下的先下后上重叠隧道施工工况引起的土体变形进行了理论推导,在类随机介质理论和三维统一解的基础上,建立了可以考虑开挖面上存在多种土层情况的计算模型,并考虑了下线隧道对上线隧道变形的遮拦效应,推导得出土体变形的计算公式。将本文理论方法代入多组实测案例进行验算,研究表明:计算结果有较好的拟合度,证明了该方法的可行性;通过单因素分析发现,在重叠隧道中上线隧道附近的土质条件对地表土体变形的影响较大;相较于单线施工,先下后上重叠隧道中的上线隧道引起的土体变形由于受到下线遮拦效应的影响,变形曲线会更浅更窄,而本文提出的遮拦效应系数能较好地体现下线隧道对上线隧道土体变形的影响,遮拦效应系数的大小与隧道轴线间距离成反比例关系,隧道间距越小,遮拦效应系数越大。
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基于XGBoost及插值优化的岩石JRC预测研究

汪钊毅, 郑飞, 李芷, 安雪锋, 莫承龙

2026, 22(1): 47-59. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2026.01.06

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岩石节理粗糙系数(JRC)对岩石节理的力学响应及岩体稳定性有重要影响,可基于节理剖面线几何形态对其进行预测。本研究构建了一种极限梯度提升(XGBoost)和贝叶斯优化(BO)融合的模型(XGBooost-BO),通过岩石节理剖面线的几何特征来预测岩石节理剖面线的JRC系数,并研究了样本数和特征指标对准确性和效率的影响。具体包括:(1)采用了公开的112条岩石结构面剖面线数据,使用了多种插值算法扩充样本数据集,比较了基于不同插值算法扩充数据集的预测效果;(2)使用扩充后的样本数据集(共448条,其中336条训练样本,112条测试样本)进行分析研究,并利用SHAP对模型进行分析,采用了可决系数(R²)、平均绝对百分比误差(E_MAPE)、平均绝对误差(E_MAE)、均方根误差(E_RMSE)作为模型预测性能指标进行评价。结果表明:XGBoost-BO模型在岩石节理JRC系数预测中表现出了良好的性能;通过插值算法对原始样本数据进行扩充后的XGBoost-BO模型预测精度(R²=0.912 1、E_MAPE=0.102 3、E_MAE=0.755 7、E_RMSE=1.265 3)较原样本数据的预测精度(R²=0.862 7、E_MAPE=0.189 5、E_MAE=1.3418、E_RMSE=1.751 3)更好。
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水力耦合下弱胶结砂岩力学特性及本构模型研究

李欣慰, 姚直书, 陆路, 黄献文, 叶明

2026, 22(1): 60-71. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2026.01.07

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水力耦合作用是造成围岩失稳和涌水灾害的重要因素。利用TAW-2000型岩石力学测试系统对白垩系弱胶结红砂岩进行水力耦合试验,分析了不同渗透水压和围压作用下红砂岩的非线性力学特性和强度特征,探索了渗透水压对红砂岩的劣化机理;结合有效应力原理、D-P强度准则和应变等价性理论,建立了反映水力耦合作用的损伤本构模型。结果表明:围压限制裂纹扩展,对力学性质起到强化作用,随着围压的增大,红砂岩的强度、弹性模量增大,泊松比降低;随着水压增大,红砂岩的强度、弹性模量降低,泊松比增大,表现出明显的软化效应;红砂岩黏土矿物含量少,胶结能力弱,在水压作用下颗粒间的胶结物溶解,丧失胶结强度,导致黏聚力大幅下降,丧失胶结强度是红砂岩软化的内在原因;本文建立的本构模型适用于常规三轴试验和水力耦合试验,能够较好地描述红砂岩的应力—应变关系和损伤演化规律;随着参数m增大,岩石塑性变形能力减弱,随着参数F₀的增加,岩石抵抗破坏和变形的能力增强。
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考虑复合滑移面与各向异性渗流的被动土压力计算

张建, 卫俊杰, 胡正

2026, 22(1): 72-81. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2026.01.08

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受暴雨与城市内涝等极端环境影响,挡土结构后覆土极易产生渗流,进而显著降低挡土结构的被动土压力,降低其整体稳定性。为研究渗流影响下的土压力,本文提出一种考虑各向异性渗流效应的挡土结构被动土压力的修正计算方法。采用较通用的双曲螺旋线与直线组合的复合滑移面,首先求解修正Kötter方程以获得滑移面的有效土体反力分布,同时利用二维Laplace方程计算墙后覆土内的孔隙水压力,再通过迭代试错法计算挡土结构被动土压力系数。本方法通过力矩平衡获得被动土压力的作用位置,能够分析影响被动土压力大小及分布的主控因素。结果表明,渗流各向异性程度对被动土压力的大小和分布有显著影响,被动土压力随各向异性系数的增大而减小,最大降幅可达20%,土体有效内摩擦角的增大和各向异性系数的减小均会引起被动土压力合力作用位置降低,其作用位置会在墙高2/5~1/10范围内波动。
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含孔砂岩试件冲击动力学特性和耗能分析

平琦, 刘子训, 孔德龙, 孙栋, 钱明

2026, 22(1): 82-90. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2026.01.09

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为了研究含孔砂岩在冲击荷载作用下动力学特性和能量耗散规律,以煤矿巷道砂岩为研究对象,采用SHPB试验装置,对轴向含孔洞砂岩试件开展不同冲击加载速度的冲击压缩试验。结果表明:随冲击加载速度增大,含孔砂岩试件动抗压强度呈指数函数关系增大,动应变呈二次函数关系增大;动抗压强度与应变率呈指数函数关系增大趋势,表现出较强应变率效应;同种加载条件下,含孔砂岩试件与完整试件相比,动抗压强度减小,动应变增大;含孔试件破碎模式随冲击加载速度增大,由轴向劈裂破坏向粉碎性破坏转化,试件破碎程度加剧,比完整试件破坏更严重;从能量角度分析,含孔砂岩试件破碎耗能密度越大,试件破碎程度越严重;破碎平均粒径与破碎耗能密度呈二次函数关系负相关性,可定量描述岩石破碎情况。
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SC-CO₂和卤水对页岩各向异性力学特征的影响

马天寿, 冯杰, 刘阳

2026, 22(1): 91-102. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2026.01.10

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页岩气CO₂无水压裂和增强开采会发生超临界二氧化碳(SC-CO₂)、卤水和页岩之间的物理化学反应,这种反应会改变页岩物理力学性质,但现有研究很少关注各向异性力学特征的演化规律。为此,开展不同层理倾角页岩试样在SC-CO₂+卤水浸泡不同时间下的单轴压缩试验,分析了不同层理倾角和浸泡时间下页岩强度、弹性、破坏模式、声发射信号及分形维数的演化规律,明确了页岩各向异性的演化特征。结果表明:随着浸泡时间延长,全应力—应变曲线出现明显软化,单轴抗压强度和弹性模量逐渐减小,峰值应变和泊松比逐渐增大,页岩扩容现象逐渐增强;浸泡后压密和屈服破坏阶段的声发射信号明显增强,声发射分形维数随层理倾角增加而增大,随浸泡时间延长而增大,说明浸泡后页岩变形和破坏的复杂性和不规则性更强;页岩破坏模式与层理倾角和浸泡时间密切相关,层理倾角45°和60°多为沿层理面剪切破坏,浸泡后页岩破坏容易产生更多的次生裂纹,导致页岩破坏程度更加彻底;SC-CO₂+卤水长期浸泡后,页岩强度、弹性、声发射信号和声发射分形维数各向异性均显著增强,主要是SC-CO₂+卤水容易沿着层理面侵入,不断弱化层理间的胶结,造成层理面和基质体之间差异逐渐增大,进而使得各向异性显著增强。
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裂隙砂岩真三轴循环加卸载损伤演化特性

夏宁, 任正涛, 夏彬伟, 李康, 胡华瑞

2026, 22(1): 103-112. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2026.01.11

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坚硬顶板垮落步距大、块度大、矿压显现强烈,探究其损伤断裂特性对岩层控制具有重要意义。研究取样自山西省大同市矿区塔山矿工作面砂岩岩层,对试样预制不同角度的裂缝,并根据该矿工作面高强度开采实际工况设计了真三轴循环加卸载试验。之后,应用基于物质点法和应变软化本构模型的数值计算工具,建立了不同切缝角度的平面加载模型。通过模型与试验结果的对比,发现该模型能够实现裂隙砂岩在循环加卸载过程中真实宏观物理裂缝的生成,能够模拟出裂隙砂岩在循环加卸载过程中复杂的物理过程。进行了不同切缝角度和不同围压下的裂隙砂岩循环加卸载损伤演化过程的模拟研究。结果表明:(1)宏观裂缝拓展偏转角会随着切缝角度的增加而增加;(2)不同切缝角度下的砂岩试样在循环加卸载时应力集中区域均由裂缝两端萌发,然后向岩石边缘和对角延伸,延伸方向在应力集中区域;(3)随着循环加卸载的进行,耗散能呈现出增加的趋势,宏观主裂缝的发育和贯通会使得耗散能激增;(4)随着围压和切缝角度的增加,峰值应力和完全破坏时的耗散能均会增加。研究成果可为煤层坚硬顶板控制技术提供理论支撑。
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单轴压缩下锚固体力学特性及破坏模式研究

张寅, 杨晨晨, 李家俊, 周雨, 刘家麒

2026, 22(1): 113-120. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2026.01.12

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优化巷道锚固支护系统参数是提升深部巷道锚固围岩体抗变形减灾能力的重要方法。为探究锚固支护锚杆预紧力这一参数对锚固体力学特性及破坏模式的影响规律,采用单轴压缩试验与力学特性监测分析系统研究不同锚杆预紧力作用下含锚试件的变形破裂响应,得到不同锚杆预紧力下含锚试件的静态应力—应变曲线、声发射计数参数、宏观裂纹及破坏模式的演化规律。结果表明:单轴压缩荷载作用下,随着锚杆预紧力的增加,锚固体抗压强度及弹性模量呈上升的趋势,预紧力与抗压强度呈一次正相关函数关系;声发射信号基本呈现“稳步上升-相对稳定-快速上升”的演化趋势,锚杆预紧力越大,振铃计数与累积计数越小;高锚杆预紧力有利于延迟锚固体裂纹起裂、扩展和贯通的过程,使得锚固体的最终破坏模式由拉剪复合破坏向剪切破坏过渡。研究成果对提升深部巷道围岩锚固体抗高地应力性能具有指导意义。
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真三轴条件下双裂隙红砂岩岩爆破坏特征试验研究

毕科, 李克钢, 李明亮

2026, 22(1): 121-130. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2026.01.13

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岩爆已经成为地下工程建设中不可忽视的地质灾害。通过开展含不同预制裂隙红砂岩的真三轴五面加载一面临空岩爆试验,并借助高速摄像系统和声发射系统,对比分析不同裂隙试样的应力—应变力学特征、岩爆的发育过程特征、母岩形态破坏特征、声发射演化特征。结果表明:(1)不同倾角裂隙岩石的弹性模量、峰值应力和峰值应变均随着裂隙倾角的增加呈现出先减少后增加再减弱的变化趋势,而损伤系数则呈现出相反的变化规律;(2)不同裂隙试样其弹射动态过程大都经历了岩石小颗粒弹射阶段、岩石断裂阶段、岩石整体破坏阶段共3个阶段;(3)不同母岩的破坏模式为临空面和靠近临空面周围的破坏特征主要为张拉作用导致的劈裂破坏,远离临空面的破坏特征主要为剪切作用导致的剪切破坏。且裂隙之间的相互作用随着裂隙倾角的增加而增加;(4)在外界应力的持续加载过程中,绝对能量和声发射撞击数会出现一个极值跳跃期,其对应的是岩石的岩爆破坏阶段。研究成果可为采空区中可见复杂裂隙网络岩体岩爆灾害的发生规律提供理论依据。
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激光辅助PDC试验钻头破岩试验与仿真研究

李琴, 陈宇坤, 黄志强, 张峰, 张文琳

2026, 22(1): 131-140. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2026.01.14

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激光辅助破岩具有绿色、高效等优点,是有望实现油气资源在深层、超深层及难钻地层中高效开采的技术。搭建了激光辅助PDC(Polycrystaline Diamond Compact)试验钻头破岩试验装置,开展激光辅助PDC试验钻头破岩和PDC试验钻头破岩试验对比研究,结果表明:在钻头钻压为10 kN,钻速为60 r/min的条件下激光辅助作用下钻进速度提高61%。运用有限元法,基于岩石HJC(Holmquist-Johnson-Cook)本构模型建立激光辅助PDC试验钻头破岩仿真模型,开展仿真研究,结果表明:激光辐照岩石表面产生高温和预损伤,使岩石强度降低,从而有利于PDC钻头对岩石进行破碎;在激光辅助作用下,钻进过程中钻头扭矩降低12.6%,进尺深度增加16.22 mm,钻进速度提升85.92%。研究成果可为后续激光辅助机械破岩技术的发展与应用提供指导。
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冲击荷载作用下冻结水泥土损伤及能量特性研究

黄建华, 贾敏智, 李宏

2026, 22(1): 141-149. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2026.01.15

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为研究冲击荷载作用下冻结水泥土损伤演化及能量衍生流动特性规律,进行了不同冲击气压和冻结温度条件下的冻结水泥土霍普金森压杆(Split Hopkinson Pressure Bar, SHPB)冲击试验,并结合ABAQUS有限元软件进行数值模拟,分析冻结水泥土的动应力—应变,能量吸收、耗散及动态弹性模量曲线,解释了冻结水泥土的损伤破坏机理。结果表明:高冲击气压和低冻结温度是冻结水泥土试样受荷后破碎程度加剧的主要因素;冲击荷载作用下冻结水泥土内部能量衍生流动可划分为能量吸收、扩展和耗散3个阶段,且能量吸收、扩展阶段的冲击气压及冻结温度效应显著。研究成果可为动力荷载作用下冻结水泥土的加固工程提供理论基础。
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Na₂SO₄溶液对滨海软土压缩及微观特性的影响

雷华阳, 战持润, 章纬地

2026, 22(1): 150-158. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2026.01.16

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为了研究水化学环境对滨海软土力学性质的影响,对孔隙水环境为Na₂SO₄、不同含盐量的饱和土体开展了一维固结试验和微观扫描电镜试验。结果表明:随着含盐量的增加,滨海软土结构屈服应力减小,最大减小幅度为9.5%,压缩指数呈线性增大,渗透系数增大;当含盐量大于4%时,析出的芒硝晶体赋存于颗粒孔隙之间,土体骨架效应明显,导致土体结构屈服应力增大,压缩指数与渗透系数减小;扫描电镜图像显示含盐量的增加使滨海软土平均粒径增大,絮凝结构土颗粒增多。此外,建立了考虑含盐量和固结压力的滨海软土结构性参数,结果表明:随着固结压力的增加结构性参数减小;当固结压力小于结构屈服应力时,随着含盐量的增大,结构性参数先减小后增大,当固结压力大于结构屈服应力时,结构性参数随含盐量的增加变化不显著。
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平面应变卸载条件下黄泛区粉土力学特性试验研究

郭院成, 吉光照, 杜子博, 代新宇

2026, 22(1): 159-170. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2026.01.17

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通过真三轴仪对黄泛区粉土进行不同固结围压、含水率条件下的平面应变侧向卸载试验,研究黄泛区粉土在平面应变卸载条件下的力学特性,并基于试验结果对比分析了经典强度准则对黄泛区粉土的适用性。结果表明:黄泛区粉土应力—应变曲线为弱硬化型,低含水率下呈脆性破坏,高含水率下为塑性破坏,破坏应变介于1%~6%之间;围压对卸载强度影响较大,含水率对其影响相对较小;小主应变卸载初期变化较小,轴向应变约1%时,小主应变近似呈线性增长;中主应力受围压影响较大,中间主应力在卸载前期快速下降,当轴向应变达0.5%~1%时趋于稳定;中主应力系数随轴向应变增加先快速下降后缓慢增加,破坏时介于0.27~0.37之间。侧向卸载路径下,Lade-Duncan强度准则可较好地预测粉土卸荷强度。
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富水地层非对称小净距隧道围岩稳定性试验研究

郑贺斌, 徐彬杰, 胡启军, 李鹏飞, 毛健华

2026, 22(1): 171-183. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2026.01.18

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以我国东南沿海V级围岩地铁隧道工程为背景,采用模型试验研究了富水地层非对称小净距隧道暗挖施工过程中围岩的变形特性和失稳模式,分析了隧道运营期间围岩的侵蚀及破坏模式。结果表明:在施工阶段,受隧道几何形状及开挖次序影响,隧道开挖结束后地表沉降曲线呈非对称“单凹槽状”;受后行隧道开挖影响,地表最大沉降点位置偏移量达隧道净距的4倍;非对称小净距隧道中夹地层的两次开挖卸荷作用导致大断面隧道拱顶塌落拱范围由对称形式向非对称形式发展,开挖使中夹地层产生76%的侧向应力释放。在运营期间,地表沉降随地下水位上升及地表径流经历了缓慢增加、变形速率增大、急剧增加至超限破坏4个变化阶段;受地下水及地表径流渗流侵蚀作用影响,隧道上覆地层最终形成延伸至地表的非对称“塌落漏斗”,其中大断面隧道一侧的上覆围岩破坏范围更大。
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基坑围护结构漏水漏砂破坏试验研究

王清山, 蒋敏敏, 冯大阔, 卢海陆, 杨震霆

2026, 22(1): 184-189. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2026.01.19

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富水砂层中地铁基坑围护结构存在缺陷工程等问题时易引起侧向水砂渗漏,导致工程灾害的发生。设计了一种模拟基坑侧向渗漏破坏的可视化试验装置,研究了水头和砂相对密度对渗漏水砂流失速率和破坏面的影响。结果表明:基坑发生侧向渗漏孔后,水砂首先从渗漏孔漏出、传递到地表,并逐渐向两侧扩展形成V形破坏面,最终达到渗漏变形稳定,在孔口周边土层中形成“流动破坏区”和“稳定区”。水头从0.04 m增大至5 m,砂流失速率和水流失速率分别增大3.3倍和3.5倍,渗漏口处砂破坏面越不易稳定,渗漏稳定的破坏面角度从33.5°降低至32.2°。相对密度从0.5增大至0.9,砂流失速率和水流失速率分别减小48%和64%,渗漏口处砂破坏面越易达到稳定状态,稳定后的破坏面角度从32.2°增大至34.7°。
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自重湿陷性黄土场地冬季现场浸水试验研究

曲晨飞, 纪成亮, 李仁杰, 张继超, 卢向星

2026, 22(1): 190-200. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2026.01.20

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大型浸水试验是黄土场地湿陷性评价的重要手段,以往均在自然适温环境下开展,鲜有在冬季寒冷环境下进行的先例。以某特高压直流输电工程为依托,在典型的大厚度自重湿陷性黄土场地开展现场大型浸水试验,论证冬季开展此类试验的适宜性,探讨浸水过程中的水分扩散规律、湿陷变形特征,实现冬季现场浸水试验的黄土场地自重湿陷性变形的科学评价。结果表明:通过搭设大型保温棚并锅炉加热措施,提升棚内浸水试坑的大气温度,有效解决了冬季试坑浸水试验的水面冰冻难题;打设注水孔,明显地改变了试坑中的水分扩散路径,以注水孔的径向渗流和富水向上迁移的扩散路径为主;浅表沉降、深层沉降及水平位移呈现出先缓变再陡变后趋于稳定趋势,地表沉降达188.47 mm,自重湿陷下限深度达16.50 m;发现了场地自重湿陷量实测值与其计算值差异的根本在于古土壤层的拱效应。研究成果可为某特高压直流输电工程地基处理、桩基础等提供重要技术依据,也为该地区其他工程建设提供有益参考。
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挤扩锚杆极限承载力计算及现场原型试验

刘家明, 王引生, 聂希亦, 彭浩然, 牛文庆

2026, 22(1): 201-209. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2026.01.21

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本研究旨在探究挤扩锚杆在软弱地层中的极限承载力,以期解决传统锚固技术在此类地层中承载力不足的问题。通过理论分析与现场试验,提供了挤扩锚杆设计和应用的科学依据,以期增强边坡加固和基坑支护的安全性和可靠性。采用滑移线理论和有效长度原理推导出挤扩单盘和多盘锚杆的极限承载力计算公式并在广东高速公路某路堤边坡进行现场原位拉拔试验验证。现场试验结果显示,单盘锚杆的极限承载力为普通锚杆的1.42倍,双盘锚杆为1.68倍,并对比理论计算结果与现场试验结果基本一致,预应力损失试验得出锁定前建议对单盘锚杆将张拉力度提高到设计张拉力的140%,对双盘锚杆将张拉力度提高到设计张拉力的120%。挤扩锚杆通过增加盘端和侧摩阻力显著提高了锚固体系的承载能力,在软弱地层中的表现优于传统锚杆。
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埋地管道受力行为及其防护效果试验研究

王志杰, 位美玉, 杨广庆, 冯刚, 石雪源

2026, 22(1): 210-218. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2026.01.22

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随着我国埋地管网建设的迅速发展,管道上方堆载及车辆等竖向荷载作用对管道的安全运行提出了巨大挑战。为探究竖向荷载作用下埋地管道的力学响应,搭建了基于薄膜压力传感器的埋地管道受力行为测试装置,开展了不同管道埋深以及不同防护条件下埋地管道受力行为试验。结果表明:随着竖向荷载的增加,埋地管道管顶压力逐渐增大,基于薄膜压力传感器的采集数据直观展示了这一现象;随着管道埋深的增加,管顶附加压力逐渐减小;土工格栅加筋和钢板防护均能有效降低管顶压力,并减小了加载板下方的应力集中。本文成果为研究埋地管道力学响应提供了一种新的测试方法。

设计、施工、监测

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基于GAN网络的地下连续墙加内支撑智能设计算法

周润生, 徐明, 周文轩

2026, 22(1): 219-229. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2026.01.23

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人工智能算法与工程设计相结合是土木工程未来发展方向之一。本文提出一种基于生成对抗网络(GAN)的智能设计算法DESDWGAN,第一次实现利用人工智能生成地下连续墙加内支撑基坑支护初步设计方案。该算法首先定义了一套完整的岩、土和支护结构与颜色的映射关系,将基坑开挖剖面图和基坑支护方案剖面图映射为语义分割图。其次,设计了智能设计算法的结构并构建了相应的损失函数,其核心包括一个由深度卷积神经网络构成的生成器网络和判别器网络,通过迭代中两者不断的对抗从而逐步提高生成设计图与真实设计图的相似度。最后,基于已有工程实例的数据集对该算法进行训练和测试,得到了模型迭代次数、Huber损失函数和墙深损失函数权重对训练结果的影响,并对比分析了该算法在测试集不同地层剖面上智能设计结果与真实设计结果的异同。DESDWGAN算法经过训练,能够学习已有工程设计背后的规律,进而能够对全新工况完成设计,表明该算法已经初步具备地下连续墙基坑—内支撑支护方案的智能设计能力。
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基于机器学习的大盾构管片上浮缺失值填补方法

陈少林, 靳军伟, 李新潮, 李明宇, 杨钊

2026, 22(1): 230-238. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2026.01.24

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隧道施工期内管片上浮监测环境复杂,容易导致大量的监测数据缺失,影响管片结构受力及其他相关研究工作的开展。依托济南黄河隧道工程,基于机器学习方法建立管片上浮量缺失值填补方法。采用R-reliefF算法和主成分分析法对实测管片上浮量、盾构机掘进参数、地层参数等组成的数据集进行特征分析,分别使用随机森林算法和XGBoost算法对处理过的数据集展开机器学习训练和预测,在此基础上建立基于上述两种机器学习方法的管片上浮量缺失值填补方法。研究表明:本文算法对管片上浮的每一个阶段都能进行较好的缺失值填补工作;与随机森林算法相比基于XGBoost算法的缺失值填补方法能够更准确;同时,在实测缺失数据达到40%的情况下,本文方法所填补数据仍与实际接近,填补效果良好。研究成果对实际工程中的管片上浮测量及管片相关研究具有重要的借鉴价值。
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超深圆形基坑地连墙变形简化计算方法探讨

陈春红

2026, 22(1): 239-245. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2026.01.25

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圆形基坑地下连续墙结构宜按照空间结构计算,如三维有限元分析或部分规程规定了考虑圆形拱效应的平面竖向弹性地基梁法,计算较复杂,影响因素较多。本文通过实际工程案例,根据基坑实测结果,从地墙环向刚度、接缝泥皮厚度等方面分析了地连墙变形机理和影响。结果表明:圆形地连墙环向围压作用下径向水平变形主要由泥皮压缩变形和混凝土压缩变形产生;根据泥皮压缩和混凝土压缩模型建立圆形地连墙径向水平位移计算公式,围压较小时,地连墙环向刚度主要表现为泥皮压缩刚度几乎可以忽略;常规平面竖向弹性地基梁法和有限元计算中墙体的等效环向刚度在地墙变形前即施加,计算结果偏小,基坑偏不安全。本文根据理论分析和实测结果对比,提出平面竖向弹性地基梁法简化计算方法,计算中根据接缝压缩量或墙体变形量动态化考虑地连墙环向刚度更合理。
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条壁式地连墙基础竖向承载特性研究

王腾飞, 竺明星, 杜国庆, 李小娟, 施炜安

2026, 22(1): 246-258. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2026.01.26

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由多道地连墙平行间隔布置而成的条壁式地连墙基础已应用于国外桥梁锚碇工程,但目前这种新型基础的承载性能研究还不充分。本文聚焦竖向承载特性分别开展高、低承台条壁式地连墙基础数值研究,分析了地连墙的墙高、墙间净距、墙厚、墙体数量及承台埋深等因素影响下的竖向承载性能变化规律,结果表明:与高承台相比,承台效应使低承台地连墙基础承载力提升约30%,随着承台埋深持续增加,端阻力贡献会显著降低、侧阻力贡献得到提升,但总承载力变化不明显;增加墙高能提升竖向承载力,但在墙高效应的影响下,竖向承载力的增加幅度随墙高增加明显变缓;随着墙间净距减小,在相邻墙体“夹持”下墙间土体与墙壁相对位移减小、侧摩阻力发挥受到抑制并导致竖向承载力降低;随着墙体厚度增加,端阻力占比几乎不受影响,承载力的提升主要源自侧壁摩阻力的增加;墙体数量的变化对侧壁摩阻力发挥影响较小。研究成果对条壁式地连墙基础的设计及应用具有参考价值。
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超高水压不同形式盾构管片接头抗弯性能研究

张稳军, 刘望, 张高乐

2026, 22(1): 259-269. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2026.01.27

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为研究目前盾构隧道常用管片接头在超高水压大直径隧道中的抗弯性能表现,依托某大直径水下隧道工程,采用ABAQUS软件,建立了不同接缝形式精细化盾构隧道管片三维数值模型,研究了3类典型构造形式管片接头力学性能及损伤发展机制,结果表明:3类构造管片接头在不同工况下抗弯性能表现出非线性及阶段性特征,高轴力荷载有效提升接头抗弯性能;管片接头抗弯性能发展分为多阶段,其中正弯矩下分为4个阶段,负弯矩下双道内外接头分为4个阶段,单道接头及双道外侧接头分为2个阶段;不同构造形式管片接头抗弯性能存在显著差异,正弯矩下接头抗弯承载力双道内外＞单道接头＞双道外侧,负弯矩下则完全相反;超高水压荷载下管片接头损伤自防水密封凹槽及螺栓孔位置产生,双道内外形式接头内侧防水凹槽处裂缝将增加渗漏水路径,影响结构承载力及防水性能;不同构造形式接头的损伤发展模式存在较大差异,正弯矩下双道外侧形式接头最不利于抵抗正弯矩荷载,负弯矩下结构承载力最高,适合布置于隧道肩部等负弯矩区。
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盾构管廊隔板设置方式对结构力学性能影响分析

裴行凯, 伊欣, 周思超, 李洪波

2026, 22(1): 270-278. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2026.01.28

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为了探明不同的分舱隔板设置方式与连接节点形式对管廊结构的影响,采用有限元方法建立管廊结构模型,分析在地层荷载、地面超载以及设备荷载作用下分舱隔板简支和刚接时的管片结构内力,并通过室内试验与数值计算讨论了3种连接方式下边梁中钢牛腿的力学性能及其对管片损伤的影响。结果表明:分舱隔板的施加将减小管片结构上半环的弯矩和轴力,同时增大下半环的弯矩与轴力,但隔板与边梁连接方式对管片结构力学特征的影响较小;边梁与管片采用钢牛腿+扩底锚栓的连接方式时管片表面开裂主要集中在最上排锚孔下侧,增加锚栓数量能有效控制管片开裂以及减小钢牛腿的最大位移,采用9根锚栓相较于6根锚栓牛腿最大位移最多减小了54.2%;在锚栓数量相同的情况下,增加锚栓列数能更好地减小管片内部混凝土损伤,以及控制牛腿变形。
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输电线路工程围锚墩复合基础承载特性研究

王远, 陈浩, 陶凤娟, 易黎明, 何海妮

2026, 22(1): 279-290. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2026.01.29

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围锚墩复合基础是输电线路工程中的一种新型基础形式,其变形破坏模式与复合承载特性尚不明确。结合室内试验与数值模拟方法开展围锚墩基础单桩载荷试验研究。结果表明,围锚墩复合基础在下卧中风化与强风化岩层中抗拔加载曲线分别为“陡变型”和“缓变型”、破坏模式分别为“短桩脱出伴随锚杆断裂破坏”和“短桩脱出后锚杆外围岩体破坏”,抗压加载曲线均为“陡变型”,破坏模式为“短桩刺入破坏”;单桩抗拔、抗压、拉弯与压弯极限承载力随短桩直径、嵌岩深度、桩侧土层厚度的增大而提高;单桩抗拔承载力为传统纯短桩和纯锚杆基础抗拔承载力之和,单桩抗压承载力略大于传统纯短桩基础的抗压承载力;水平荷载将极大的削弱复合基础承载能力。
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库车山前超深裂缝性储层压裂效果评价

张朝阳, 苏丹丹, 杨丽红, 翁定为, 杨战伟

2026, 22(1): 291-298. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2026.01.30

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库车山前超深裂缝性储层具有高温、高压及非均质性强等特征,压裂效果影响因素多、评价难度大。结合有限元模拟技术与损伤力学理论,构建了“流—固—温”三场耦合的裂缝扩展模型,建立了压裂改造效果评价方法,分析了井底压力、地层压力、地应力、天然裂缝密度等参数对压裂效果的影响。结果表明:井底压力和地层压力越高,压裂改造效果越好;最大、最小水平主应力差异越大,最大主应力方向的裂缝半长越大,当差应力为30 MPa时,压裂改造范围最大;天然裂缝密度越大,压裂改造效果越好;在区块内2口生产井进行验证,基于研究成果可对压裂位置进行优化。研究成果可为库车山前超深裂缝性储层高质量上产提供支撑。
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富水软土地区盾构法联络通道工程案例分析

李晓凡, 宋建正, 张雨明, 宋彦杰, 程雪松

2026, 22(1): 299-308. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2026.01.31

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为克服传统冻结暗挖法联络通道施工存在的长距离施工困难、冻胀融沉造成影响等问题,依托天津地铁10号线某区间盾构法联络通道,对天津地区长距离联络通道盾构法施工的技术要点和控制方法,以及对周边环境的影响进行了分析研究。结果表明:在天津软土地区,联络通道盾构法始发与接收采用封闭套筒、微冻结加固、钢板环梁、注浆封堵及加固等措施,严格控制和适时调整盾构掘进参数,能有效防止漏水漏砂风险,减小对主隧道及周边环境影响。联络通道盾构法施工将导致沿隧道轴线方向上部土体产生U型槽型沉降变形,始发端一侧的沉降总体上大于接收端一侧的沉降,最大沉降量约10 mm,对建(构)筑物影响总体较小。主隧道作为施工作用力载体,始发端主隧道水平位移大于接收端,始发隧道将呈现先横椭圆形后竖椭圆形的收敛变形,需重点关注始发段主隧道。
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小半径曲线段地铁浮置板轨道减振特性实测分析

崔正阳, 黄强, 张雨萱, 刘干斌, 邱波

2026, 22(1): 309-316. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2026.01.32

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地铁隧道由于地形、地质及地下建筑物等原因通常采用曲线线路,然而,对于小半径曲线段地铁隧道的减振问题则较少研究。以宁波地铁5号线某小半径区间隧道为例,通过对整体式轨道和浮置板轨道段的轨道、隧道结构振动响应进行现场实测揭示曲线段浮置板轨道的减振特性。结果表明:浮置板轨道可以减少地铁隧道壁的振动加速度,但会引起钢轨、道床振动加速度增大;浮置板轨道只对1.414倍自振频率以上地铁隧道壁加速度振级有减振效果,在此界限频率以下,1/3倍程加速度振级反而会增大;小半径段地铁隧道内振动响应总体表现为高频振动,钢轨振动频率范围很宽,振动主频中心频率可达4 000 Hz,浮置板轨道道床的振动主频比整体式轨道大,主频中心频率在3 000 Hz左右,传递至隧道壁时降至1 200 Hz以下;小半径段地铁隧道仍以竖向振动为主,但横向振动十分明显,横向加速度峰值可达竖向的一半,超高侧的地铁振动响应要比欠高侧更显著。研究可为小半径曲线段地铁隧道的减振设计提供参考。

防灾与环境

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重力锚稳定分析强度折减法与超载系数法对比研究

胡惠华, 王炎, 张奇华, 方强, 程丽娟

2026, 22(1): 317-326. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2026.01.33

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峡谷悬索桥普遍采用重力式嵌岩锚碇,锚碇基底前部齿坎状岩体的抗力作用有利于锚碇的抗滑稳定性。本文依托洞庭溪沅水特大桥北岸重力式嵌岩锚碇基础,对工程设计常用的强度折减法与超载系数法在重力式锚碇稳定评价中的适宜性进行了对比研究。结果表明:强度折减法与超载系数法模拟的工况、力学机制、破坏模式及计算结果存在明显差异;强度折减法模拟岩基力学强度折减工况,随着强度的不断折减,岩基剪切破坏带逐渐贯通,锚碇呈现滑移失稳模式,临滑状态的强度折减系数代表锚碇抗滑动稳定系数;超载系数法模拟主缆超载工况,在不断放大的主缆拉力作用下,锚碇前部岩体大范围压剪破坏,后部岩体小范围拉剪破坏,岩基呈现压剪破坏模式,失稳状态的超载系数代表锚碇的抗拔承载力安全系数;锚碇的抗滑动稳定系数和抗拔承载力安全系数的物理意义不同,后者明显大于前者;当设计需要时可同时采用这两个指标,但应采用不同的设计安全标准;评价重力式嵌岩锚碇的稳定性,应优先采用强度折减法。
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盾构下穿高铁轨道—路基系统脆弱性关键节点识别

李少敏, 李爱春, 赵阳, 杨小霞

2026, 22(1): 327-335. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2026.01.34

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为减少盾构隧道下穿高速铁路对轨道—路基系统的扰动,从轨道—路基系统脆弱性角度出发进行研究。建立盾构下穿高速铁路轨道—路基系统复杂网络,依据脆弱性三要素识别轨道—路基系统的脆弱性节点,构建轨道—路基系统脆弱性要素指标体系;运用CRITIC法、改进GRA法、DWNodeRank算法依次计算各节点重要性、连接强度和综合重要度,得到盾构施工时影响高速铁路轨道—路基系统脆弱性的关键节点;以某盾构隧道下穿高铁路基工程为例开展应用研究,结果表明:验证了轨道—路基系统脆弱性关键节点识别模型,识别出暴露性网络层的关键节点为盾构掘进速度、掘进推力等;敏感性网络层的关键节点为加固方法、高铁运营时速等;适应性网络层的关键节点为施工方的项目管理与协调能力、盾构掘进过程中高铁路基测点数量等;识别出盾构隧道施工条件下高速铁路轨道—路基系统脆弱性关键节点为施工方的项目管理与协调能力、盾构掘进速度等。研究成果可为盾构下穿高速铁路施工管理提供有效指导。
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受硫酸盐侵蚀隧道安全性多因素影响特征研究

刘新荣, 陈海, 庄炀, 周小涵

2026, 22(1): 336-346. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2026.01.35

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为探究多因素对受硫酸盐侵蚀隧道安全性的影响特征,基于经典损伤力学理论,将隧道衬砌的实际腐蚀状态看作无腐蚀状态和完全腐蚀状态的组合,建立数值模型探究各种因素对受硫酸盐侵蚀隧道安全性的影响规律,并分析其敏感性。结果表明:(1)隧道衬砌受硫酸盐侵蚀时,同等条件下拱脚腐蚀更加危险;(2)提升隧道衬砌初始强度和厚度可以提高隧道在未腐蚀时的安全性,但对提升受硫酸盐侵蚀后的安全性则十分有限;(3)隧道衬砌某部位腐蚀后,主要影响的是腐蚀部位的安全性,而对其他部位的安全性影响很小;(4)各因素对受硫酸盐侵蚀隧道安全性影响的敏感性大小依次为竖向荷载＞衬砌初始厚度＞衬砌初始强度＞腐蚀位置＞侧向应力系数＞弹性抗力。
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基于随机场理论的黄土隧道开挖地表变形分析

欧尔峰, 张旭旭, 管性钰

2026, 22(1): 347-357. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2026.01.36

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场地土体力学参数空间变异性给工程建设带来困难。为探讨土体力学参数空间变异性对盾构隧道施工引起地表变形的影响,依据西安市某地铁区间盾构隧道工程,考虑黄土力学参数弹性模量E、黏聚力c、内摩擦角φ空间变异性,利用协方差矩阵分解法建立土体力学参数的随机场模型,结合Monte-Carlo策略,采用有限元分析土体力学参数变异对地表变形的影响。结果表明:考虑土体力学参数空间变异性,可以避免传统分析中采用确定值为监测控制值的风险;土体力学参数空间变异性对地表变形曲线的离散程度和包络范围有较大影响,但并不会改变变形的趋势和规律;内摩擦角φ变异性对地表变形的影响较大,弹性模量E和黏聚力c影响次之,且两者影响程度相近;相关距离、变异系数与地表变形呈现正相关,相关距离越大、变异系数越大、地表变形的结果越离散,地表变形最大值与超越概率随之越大;建议在勘查阶段尽可能确定场地土体力学参数空间变异特征,施工时应该重视场地条件核查,积极采取工程措施,保证地表变形在控制范围之内。
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悬臂预应力SMW工法水泥土新型挡墙变形研究

卢勇, 于金光

2026, 22(1): 358-366. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2026.01.37

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悬臂预应力SMW工法新型挡墙结构是在水泥土挡墙中插入型钢,于挡墙后侧布设垂直预应力锚索,型钢与锚索之间设置刚性的钢筋混凝土盖板梁组成的一种新型的基坑支护。为明确该新型结构的受力特性,对其受力过程进行了分析,探索合理的变形计算模型,并采取控制变形措施。具体方法是将型钢—水泥土复合体视为一个整体构件,建立变形微分方程和边界条件,采用两种算法开展变形计算:算法一是在先张预应力作用下计算其变形;算法二是在型钢顶部受附加弯矩计算其变形。以某深基坑施工全过程为例,对挡墙进行了实测统计分析,结果发现:理论计算变形值与监测值基本一致,而按现行规范忽略水泥土力学贡献及预应力的作用计算方法,所得到的变形值远大于监测值;在相同地质和基坑深度条件下,该新型挡墙结构通过后侧布设垂直预应力锚索可有效增加挡墙刚度,展现良好的抵抗变形能力和工程性价比;算法一、二的受力分析方法、计算模型、计算式能较好模拟这新型挡墙结构实际受力变形特征,为该新型挡墙应用于实际工程提供了理论支持。
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基于DDARF的溶洞裂隙发育区隧道突水机制研究

靳陆, 郑飞, 邓庆龙, 焦玉勇

2026, 22(1): 367-376. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2026.01.38

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在应力场和渗流场的耦合作用下,岩溶发育区裂隙岩体应力响应及破坏过程更为复杂,考虑流—固耦合过程的非连续数值模型是研究隧道突水机制的重要手段。非连续变形分析(DDA)基于严格的接触描述和收敛分析,可以考虑交错裂隙的影响以及潜在大变形引起的失稳破坏过程。在原始DDA方法的基础上,通过加入裂隙流模块与开挖过程模拟模块,提出分析裂隙岩体中渗流场和裂隙演化的岩体破坏模型。通过模拟水力压裂试验,分析岩体在流—固耦合下的裂隙扩展过程,验证渗流模型的正确性,并将此模型应用到隧道在隐伏溶洞作用下突水过程模拟分析中。分析了地应力水平、溶洞相对位置对裂隙扩展路径、裂隙类型及突水灾害发生可能性的影响,提出了工程活动中防范突水灾害的侧重点。

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