地下空间与工程学报

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2026年, 第22卷, 第4期　
刊出日期：2026-08-20

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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日本地铁车站的适老化特征分析与启示

张海霞, 朱合华, 刘芳

2026, 22(4): 1127-1135. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2026.04.01

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我国地铁车站虽依据相关规范建设了部分适老化设施,但既有车站存在设施老化、信息标识不清晰、服务功能不完善、应急管理尚存在漏洞等问题。通过实地调研与文献分析,深入剖析日本地铁车站适老化特征。日本地铁车站在站内通行设施、信息交流设施、服务设施及应急保障举措等方面,充分考虑老年人身体机能和出行需求,设计精细且人性化。借鉴日本经验,我国应完善适老化设施规划与设计标准,引入智能技术、优化信息展示与服务,加强人员培训与调配,构建全方位应急管理体系,从而提升地铁适老化水平,保障老年人出行安全与舒适,推动社会公共交通服务的高质量发展。
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苏州北站枢纽核心区地下空间一体化概念设计

马文俊, 董斌杰, 程远, 郑雪梅, 魏家蓉

2026, 22(4): 1136-1144. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2026.04.02

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在高速铁路大建设及城市高度集约化发展背景下,综合交通枢纽及其地下空间复合开发得到了快速发展。以苏州北站综合交通枢纽改造工程为例,对苏州北站枢纽核心区地下空间一体化概念设计方案进行探讨。结合苏州北站枢纽现状发展、规划条件和区域定位等因素,识别枢纽现状地下空间发展存在的问题。以枢纽地下空间设计目标、原则和竖向关系为指引,确定了地下空间设计的主要控制参数。以问题和功能为导向,结合新型交通方式发展良好态势,提出了苏州北站枢纽核心区各层平面设计、主要轴线及竖向关系等概念设计方案,明确了苏州北站枢纽核心区地下空间的建设规模,为苏州北站改扩建工程提供了技术指引,可为其他高铁枢纽核心区地下空间开发设计提供经验参考。
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城市轨道交通规划运力负荷耦合度量评估策略

马成正

2026, 22(4): 1145-1151. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2026.04.03

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为加强城市轨道交通建设规划约束,防范政府债务风险,需要对规划建设运营的城市轨道交通运力负荷开展评估。规划运力负荷评估是多级别、多指标模糊评价问题。根据交通运输部最新发布的《城市轨道交通运力负荷评估规范》,从站台负荷度、楼扶梯度负荷度、换乘通道负荷度、安检设备负荷度、闸机负荷度5个方面构建了城轨交通车站运力负荷评价指标体系。首次提出采用改进熵权法确定指标权重,采用可变模糊集理论确定指标隶属度,采用耦合度量评价模型确定运力负荷度向量的评估策略,并以南京地铁规划S3东延线东郊小镇站为例进行说明。耦合度量评估考虑相关指标并非相互独立,单一评价指标可能影响其他因素进而波及最终的运力负荷评估结果。理论分析和实例计算表明,该方法在城轨规划运力负荷评估中有很好的适用性。

理论与试验研究

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基于辛弹性理论的盾构隧道纵向变形计算方法

袁强, 林健, 李建平, 李通达

2026, 22(4): 1152-1162. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2026.04.04

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针对临近工程施工条件下盾构隧道纵向非均匀变形和受力问题,将盾构隧道简化为Timoshenko 梁,将隧道周围土层简化为Pasternak弹性地基,充分考虑隧道与土体的相互作用,同时融合辛弹性力学和有限单元法,建立一种新的盾构隧道纵向变形计算模型。该计算模型能够同时反映土体的剪切作用、隧道环缝的错台变形以及管片环自身的弯曲变形,可对临近工程作用下盾构隧道纵向变形和内力响应进行评估,且便于编程实现。通过与已有的数值模拟和现场案例进行对比,对理论模型计算结果的可靠性进行验证。最后以堆载工况为例,详细讨论了堆载作用下隧道轴线埋深、堆载范围、堆载偏心距等参数对隧道纵向变形的影响,可为堆载作用下隧道结构安全评估提供理论基础。
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同步同心钢管—水泥土复合桩轴向承载计算

叶俊能, 王忠瑾, 史世雍, 毛红辉, 王乾浩

2026, 22(4): 1163-1169. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2026.04.05

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同步同心施工钢管—水泥土复合桩,由钢管桩、水泥土内芯水泥土外芯组成,其轴向承载性能与三者及周围土体的相互作用密切相关,其承载和变形机制十分复杂。基于现场开挖试验,将水泥土内芯与钢管桩按面积简化为等效模量实心桩,采用弹性—破坏模型模拟钢管桩与水泥土桩界面相互作用,将水泥土与周围土体的变形视为剪切变形,桩端阻力与沉降关系采用双折线模型,综合考虑钢管桩、水泥土内外芯及周围土体的变形特性,推导了该新型复合桩的轴向承载力与变形计算公式,并给出了相关参数的取值方法。通过工程实例进行对比分析,验证了方法的可行性。
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深埋隧道原位扩建围岩松动圈演变规律分析

赖勇, 张帅, 周锐

2026, 22(4): 1170-1178. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2026.04.06

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随着城市交通量的不断增加,越来越多的既有隧道改扩建工程被提上日程,开展既有隧道改扩建方面的理论研究对此类工程建设具有重要意义。将既有隧道和扩建隧道简化为等代圆后,借助Mogi-Coulomb强度理论对既有隧道和扩建隧道开展松动圈演变理论研究,基于有限差分软件FLAC3D实现了Mogi-Coulomb理论的二次开发,借助工程实例验证了理论计算结果和数值模拟结果,并分析了相关影响因素,结果表明:(1)深埋隧道改扩建过程中须考虑中间主应力σ₂的影响,σ₂既影响围岩位移u和塑性区范围R_Ⅱp/R_Ⅱ、松动区范围R′_Ⅱ/R_Ⅱ的发展过程,又影响u、R_Ⅱp/R_Ⅱ、R′_Ⅱ/R_Ⅱ的最终结果;(2)隧道埋深越深、扩建隧道断面越大时,扩建隧道围岩最终位移u越大,扩建隧道断面越大时埋深对u的影响越大,另外仅隧道埋深对松动区域范围R′_Ⅱ/R_Ⅱ的影响较大;(3)既有隧道断面大小和既有支护结构强度对扩建隧道围岩的影响主要集中在掌子面前方的超前位移,当既有隧道断面越小、既有支护结构承载力越小时,扩建隧道围岩的超前变形量越大,施工过程中需重视掌子面前方超前位移的影响。
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基于双模型策略的隧道围岩完整性分析方法

柳厚祥, 喻娇

2026, 22(4): 1179-1187. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2026.04.07

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为了克服深度学习模型在进行隧道围岩完整性分析时面临的效率低、计算成本高等问题,提出了一种基于YOLO和DeepLab的双模型策略,实现了隧道围岩完整性的快速评估。该方法构建基于YOLO算法的围岩裂隙识别模型,再引入DeepLab图像语义分割算法,实现裂隙参数的智能化提取,并将结果可视化;通过整合处理后的图像信息,引入一种评估围岩裂隙发育程度的新指标——裂隙因子F_f,定量分析围岩裂隙的发育程度,并确定围岩完整性系数K_v。将国内典型工程的5 000张图片用于测试,结果表明:基于YOLO和DeepLab的双模型策略对于裂隙识别的准确率为96.41％,而裂隙分割的准确率为94.48％;与传统深度学习算法的结果相比,裂隙因子F_f对围岩完整性的评估更接近于BQ法中的完整性系数;双模型策略在确保准确率的同时,大幅降低计算成本,提升了深度学习模型在实际工程应用中的可行性。
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基于机器学习的间断级配土应力—应变预测

胡凌恺, 徐山琳, 王渤

2026, 22(4): 1188-1196. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2026.04.08

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间断级配土的宏观力学性能因级配特性而显著变化,准确建立级配参数与力学性能关系表达式一直是工程领域重大挑战。为应对这一问题,采用离散元法生成了间断级配土的应力—应变数据集,提出了一种创新本构模型框架。该框架将细粒含量、粒径比和应变作为输入参数,偏应力为输出参数。基于贝叶斯优化方法(BO),分别采用随机森林(RF)模型和反向传播神经网络(BPNN)进行模型训练与验证。结果表明:RF模型和BPNN模型均展现出高决定系数;在预测完整间断级配土的应力—应变曲线时,RF模型的表现优于BPNN模型,其预测值与模拟值的一致性更高。研究成果可为解决级配参数与力学性能的复杂问题提供新思路。
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基于分数阶模型的透水管桩周围饱和黏土固结分析

田乙, 华伦, 安家金, 许汉华, 桂跃

2026, 22(4): 1197-1205. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2026.04.09

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透水管桩集排水和承载功能为一体,通过加快桩周土体固结来促进桩基承载力的发挥。为探究透水管桩周围饱和黏土的固结特性,采用分数阶Merchant模型描述桩周黏土的流变行为,同时采用半透水边界模拟桩—土界面排水条件,建立透水管桩周围饱和黏土的轴对称固结模型。借助分离变量法和Laplace变换推导得到相应的固结解答,并分别与试验结果和现有解答比较验证了本模型的合理性。基于所得解答,开展参数敏感性分析,深入探究了桩、土相关参数对桩周土体固结发展的影响规律。结果表明:分数阶次对土体蠕变阶段影响较大,对超孔隙水压力消散过程影响较小;桩周土体的超孔隙水压力消散与沉降发展不同步,但随着分数阶次增大两者间的差距减小;黏滞系数和桩—土界面参数的增大,均会加快超孔隙水压力的消散,且前者会减缓土体蠕变速率,后者对土体蠕变发展无影响。
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Seed简化法在近场与远场区域的适用性研究

程藓清, 肖仕周, 马荣潇, 张迎宾

2026, 22(4): 1206-1215. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2026.04.10

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动三轴试验中常采用Seed简化法处理不规则地震荷载,但近断层地震动往往携带长周期、高幅值脉冲成分,频谱成分多元复杂,超过了Seed简化法基于常规地震动假定的范围。因此,探究Seed简化法对近断层地震及远场地震的适用性尤为重要。选取1999年中国台湾集集地震中的5条地震动,通过GDS动三轴仪将实测地震动与等效循环荷载分别施加于土样,结果表明:输入地震动产生的轴向应变与断层距具有强相关性,近场地震作用下土样残余应变最大约为远场地震作用下的14倍;近断层地震动中脉冲成分使土体产生的变形约占总变形的92%,约为残余成分产生变形的11倍,说明脉冲成分是造成土体变形的主要原因;将实测地震动产生的残余应变与对应等效循环荷载产生的轴向应变对比发现,在预定振次下,循环荷载产生的轴向应变大于远场地震动所产生的残余应变,小于近断层地震动的残余应变,因此在模拟远场地震动时Seed建议的等效振动次数偏安全,但在近断层条件下,Seed简化法适用性较差;高围压和较大动应力幅值下,Seed简化法在近断层区域的适用性显著降低。
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环境湿度与干湿循环对压实黄土裂隙发育影响研究

梅源, 余雅楠, 田新宇, 张轩宁

2026, 22(4): 1216-1230. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2026.04.11

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为了研究环境湿度与干湿循环对压实黄土裂隙发育的影响,借助人工气候箱模拟自然气候环境,开展不同环境湿度和干湿循环下的压实黄土裂隙发育正交试验,利用数字图像处理技术,揭示不同环境湿度和干湿循环作用下压实黄土裂隙的演化规律。结果表明:干湿循环作用下压实黄土裂隙呈现显著的阶段性增长趋势,即裂隙发育萌生期、快速增长期和稳定期;受干密度变化的影响,土体内部黏聚力及“杂点”出现频率具有显著差异,土体裂隙指标变化规律明显,裂隙总长度、裂隙率及分形维数均随干密度增大有减小的趋势;裂隙演化与土体蒸发效应密切相关,而湿度变化与土体蒸发效应具有直接联系,故湿度变化对裂隙总长度、裂隙率、裂隙均宽、分形维数以及方向性均有一定影响,尤其是裂隙均宽,高湿度促进裂隙沿宽度方向扩张。研究成果可为黄土高填方地基等实际工程的设计和施工提供参考。
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高地温隧道防排水系统结晶分布及演化规律研究

刘建红, 钟祖良, 李国良, 谭力文, 王煦霖

2026, 22(4): 1231-1239. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2026.04.12

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为探究高地温隧道采用防排水板替代环向排水管时系统结晶量特征,分析防排水板结晶的演化规律,研发了高地温隧道防排水系统结晶大型模型试验装置,实现热水温度的梯度工况模拟。结果表明:(1)结晶物在防排水板表面的附着有条状和面状两种方式,下部比上部堵塞程度更加严重;(2)随着循环水的温度增加,防排水系统结晶量显著增加。针对高温条件和防排水板下部堵塞严重的现象,提出优先强化防水、适度减少防排水板下部凸壳数量的工程建议,并对常规结晶处置措施进行高温适用性讨论,实际工程中需选用高温耐受型设备材料,并因时、因地制宜,分段、按需采用最优方案。
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高分子改性剂与EPS协同抑制黏质粉土冻胀试验研究

李乾坤, 曹祎, 王敦显, 王衍森, 郭智杰

2026, 22(4): 1240-1251. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2026.04.13

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人工地层冻结法作为一种成熟的支护手段,具备优良的封水加固效果,但在实际应用中引发的冻胀效应已成为制约其工程安全性的关键问题,有效抑制冻胀影响成为其成功应用的关键技术难题。聚焦主动式土体改良技术,通过引入聚丙烯酰胺(PAM)、聚乙烯醇(PVA)、木质素磺酸钠(SLS)及聚苯乙烯(EPS)颗粒等新型改性材料,系统探究其对黏质粉土冻胀行为的抑制机理与协同效应。结果表明:PAM与PVA通过形成三维交联网络结构,显著抑制水分迁移与冰晶生长,冻胀率降幅达8.95%~66.28%;SLS作为有机表面活性剂,能够有效改善土体分散性,降低毛细水迁移速度,增强土体的抗冻胀能力,冻胀抑制率呈抛物线特征;EPS颗粒通过孔隙重构与应力缓冲效应,在0.02%掺量下实现50.71%的冻胀抑制率;PVA与EPS复配产生协同增效的作用,冻胀抑制率提升至77.43%,较单一EPS改良提升52.69%,其机制源于高分子凝胶体与EPS颗粒形成的复合团聚体,同步增强土体凝聚力与冻胀应力消散能力,提高了抗冻胀变形能力。本研究构建了高分子聚合物与EPS颗粒联用的复配改性体系,系统评估其对黏质粉土冻胀特性的协同抑制效果,可为相关工程技术应用提供参考。
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地质聚合物固化土抗剪性能试验研究

胡建林, 高通通, 周永祥, 冷发光, 杜修力

2026, 22(4): 1252-1261. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2026.04.14

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针对水泥固化土早期强度不足及制备过程高能耗、高污染、高成本等问题,采用水玻璃激发矿渣—粉煤灰基地质聚合物进行土体固化研究。首先,通过直剪试验确定不同矿渣—粉煤灰配比下的最优碱当量,并在此基础上探究矿渣—粉煤灰配比、养护龄期及掺量对抗剪强度的影响。同时,结合电镜扫描(SEM)和X射线能谱(EDS)试验揭示其固化机理,并与水泥固化土进行对比。结果表明:随着养护龄期和固化剂掺量的增加,固化土抗剪强度、内摩擦角和黏聚力均有提升;随着粉煤灰掺比增加,固化土的抗剪强度、内摩擦角和黏聚力逐渐减小;与水泥固化土相比,矿渣—粉煤灰基地质聚合物可以有效提高固化土的抗剪强度,其生成的水化硅酸钙(C-S-H)和水化铝酸钙(C-A-H)等胶凝产物能有效粘结土颗粒并填充土体间隙,是固化土抗剪强度提升的主要原因。
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硅质页岩储层孔隙结构对外来流体的敏感性试验

张傲, 魏建光, 李江涛, 杨英

2026, 22(4): 1262-1271. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2026.04.15

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为明确硅质页岩储层孔隙结构与外来流体作用的微观作用机制,系统开展了鄂尔多斯盆地东缘硅质页岩储层对变黏滑溜水和返排液等外来流体的敏感性试验,结合核磁共振T₂谱研究了变黏滑溜水与返排液对硅质页岩孔隙结构的作用机理,剖析了孔喉尺寸分布的演化机制,并阐明了变黏滑溜水和返排液作用机制的差异性。结果表明:变黏滑溜水对硅质页岩总孔隙度具有伤害作用,硅质页岩的总孔隙度可下降约6.8%,其中,大孔的降幅最大、其次为中孔,大孔和中孔的孔隙度占比分别可降低46.2%和7.4%,而微孔占比呈现增多的趋势;硅质页岩的总孔隙度在返排液作用后变化较小,返排液作用后的总孔隙度变化率为0.04%和-0.02%,其中,中孔占比增加,微纳米孔、小孔的变化程度较小;滑溜水对硅质页岩总孔隙度弱伤害,微纳孔不敏感、小孔不敏感-弱改善,中大孔中等偏弱伤害;返排液对硅质页岩总孔隙度不敏感,对微纳孔、小孔、中孔和大孔均不敏感。研究成果可为页岩油的压裂工艺优化和高效开发提供借鉴。
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不规则柱状节理岩体卸荷扩容特性数值试验研究

韩俊成, 田梦婷, 肖维民

2026, 22(4): 1272-1280. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2026.04.16

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为了研究卸荷条件下不规则柱状节理岩体扩容特性,针对含7种柱体倾角不规则柱状节理岩体采用离散元方法开展卸围压加轴压三轴压缩数值试验,得到了卸荷条件下不规则柱状节理岩体强度特性、破坏形态和扩容变形演化规律。结果表明:不规则柱状节理岩体卸荷峰值偏应力Δσ_1f随柱体倾角β_j变化曲线呈近似“J”型,其最小值和最大值分别在β_j=60°和90°时取得,而典型破坏形态包括部分沿柱体和部分沿柱状节理的贯通劈裂破坏、沿柱状节理剪切滑移破坏以及柱体压屈失稳破坏三大类;卸荷条件下不规则柱状节理岩体扩容特性与初始围压和柱体倾角密切相关,且对应体积应变增量在β_j=30°~60°范围内取得较大值,其扩容特性显著。
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束浆挤扩桩的扰动试验机理与抗拔承载力研究

王长虹, 胡子轩, 蔡德雍, 杨天笑

2026, 22(4): 1281-1295. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2026.04.17

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钢管桩的抗拔承载力稳定且施工速度快,但在高地下水位的黏性土中,侧阻力和端阻力存在不足。因此,结合预钻孔和膜袋注浆技术,开发了新型的束浆挤扩钢管桩。以上海黏性土为研究对象,通过室内缩尺模型试验,研究不同施工工艺对束浆挤扩桩抗拔性能的扰动效应。采用简化计算方法,计算束浆挤扩钢管桩的极限抗拔承载力,并在现场试验中验证其有效性和适用性。结果表明:室内缩尺模拟试验揭示了钻孔开挖对束浆挤扩桩抗拔性能的影响,钻孔开挖将减弱地基土的侧阻力,影响桩—土界面的力学性能。基于Rankine土压力理论,修正了束浆挤扩钢管桩的抗拔承载力简化计算方法,研究成果可为新型桩基础工程应用提供理论支撑。
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大变形隧道围岩支护锚索预应力损失试验

田新

2026, 22(4): 1296-1303. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2026.04.18

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大变形隧道预应力锚索支护近年来受到高度重视,针对隧道围岩支护锚索预应力损失问题,通过现场试验,结合理论分析,揭示了隧道围岩支护锚索预应力损失机理,重点分析了锚索的锁定损失和协调变形损失。结果表明:锚索在张拉及锁定过程中的锁定损失主要受到张拉设备及工艺、锚口摩阻、锚具损失以及锚固系统回缩4个因素的影响;锚索锁定后,围岩和锚固结构受到锚索预应力后而不断发生协调变形直至稳定,协调变形包括内锚固段协调变形、外锚头协调变形以及群锚效应下的协调变形3种情况。提出了大变形隧道围岩支护锚索锚固系统设计、工程施工建议,可为预应力锚索结构在类似工程结构中的应用提供参考。
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基于PDC齿动载特性的钻头—钻柱黏滑振动试验

况雨春, 陈佳同, 张涛, 韩一维, 罗金武

2026, 22(4): 1304-1315. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2026.04.19

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超深钻井中黏滑振动降低钻具寿命及钻井效率,由齿岩接触区域的非连续切削产生的动载特性是重要诱因。为此提出CFFA(Cutting Force Fluctuation Amplitude,切削力波动幅值)及TA(Torque Amplitude,扭矩波动幅值)作为量化指标,开展PDC(Polycrystalline Diamond Compact,聚晶金刚石复合片)齿刮切及微钻头—钻柱黏滑振动试验。结果表明:CFFA受吃深和岩性主导,随岩样强度及吃深增加而增大,砂岩吃深从1提至1.5 mm、灰岩吃深由0.15增至0.3 mm时,CFFA环比增长率达67.96%和150.92%;破岩体积变化时,CFFA、TA与钻头—钻柱耦合系统SSVI(Stick-slip vibration intensity,黏滑振动强度)总体呈正相关,砂岩钻压提至3 000 N时,TA和SSVI增至初始条件的1.78倍和1.42倍;试验验证了该特性产生机理及其致振机制,揭示了钻进参数对系统黏滑振动的影响规律,可为超深井钻进参数选择提供技术支撑。
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混杂纤维混凝土烟道板牛腿耐火性能试验研究

许成祥, 王骞弘, 许奇琦, 姜学鹏

2026, 22(4): 1316-1325. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2026.04.20

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为提升烟道板牛腿耐火安全性,设计并制作了6个烟道板牛腿试件,对试验组持恒载按照标准火灾升温曲线升温120 min,自然冷却后以未历经高温试件为对照进行静力加载破坏性试验,观察试件破坏过程并探讨钢纤维和PP 纤维的混杂效应。结果表明:钢—聚丙烯混杂纤维混凝土烟道板牛腿在延缓温度上升、提高抗爆裂性能等方面均优于素混凝土牛腿;两个小时升温作用,试件均未出现明显位移和整体垮塌;高温后试件加载,均没有受弯和受剪破坏的特征,内部植筋出现了黏结—滑移破坏;高温后双掺纤维试件、单掺纤维试件和素混凝土试件残余承载力分别为85.71%、79.08%和64.90%;高温后试件植筋黏结性能下降,荷载—位移曲线斜率比常温略大;斜截面应变满足拉压杆模型的应变特征。
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3D打印对混凝土—地基土界面特性影响的统计分析

张根宝, 陈令可, 徐长节, 孙浚博, 陈昌富

2026, 22(4): 1326-1340. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2026.04.21

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随着建筑3D打印技术应用于建造地下结构的场景逐渐增多,3D打印混凝土—地基土界面特性成为影响地下结构服役性能的关键因素。为了研究3D打印混凝土相比常规混凝土在地基土中的界面特性差异,通过改进试样制备方法开展了3D打印混凝土不同建造面与土体的界面剪切试验,获得3D打印混凝土—地基土界面剪切强度数据;融合文献分析进行数据挖掘,分别建立包含以及未包含本文试验数据的混凝土—地基土界面剪切强度指标、地基土物理参数(不均匀系数和干密度)、地基土力学参数(剪切强度指标)的样本数据库;采用Bayesian Bootstrap方法对上述样本数据库进行统计分析,建立了混凝土—地基土界面强度指标统计演化模型。结果表明:无量纲化的混凝土—地基土界面剪切强度指标(与地基土剪切强度指标的比值)随地基土不均匀系数和干密度均呈双曲线型的统计演化关系;考虑3D打印建造影响后,无量纲化的混凝土—地基土界面剪切强度指标随地基土不均匀系数的统计演化关系变化不大;在干密度较小时,无量纲化的混凝土—地基土界面黏聚力的置信区间范围显著缩小,无量纲化的混凝土—地基土界面摩擦角的置信区间上下限和均值有所下降。研究成果可为地基土中3D打印混凝土结构的设计计算提供依据。
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熵权灰色法下异型塑钢纤维混凝土喷射参数优化

周学雷, 程鸿渐, 吴梦军, 梁宁慧, 曹鹏

2026, 22(4): 1341-1351. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2026.04.22

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普通喷射混凝土存在易开裂、抗渗性差等问题,异型塑钢纤维掺入衬砌喷射混凝土中,可提升混凝土抗拉裂和耐久性能。而喷射工艺参数是影响异型塑钢纤维混凝土喷射效果的重要因素,相关研究大多聚焦于喷射工艺对回弹率的影响,本文就喷射工艺对力学性能的影响展开探讨。通过研究喷射角度90°时,不同喷射风压和喷射距离下纤维混凝土1 d、3 d、28 d抗压强度及28 d抗拉、抗折和粘结强度试验研究,并基于熵权法和灰色关联度分析各力学性能指标敏感性,确定最佳喷射工艺。结果表明:0.5 MPa的喷射风压和1.5 m的喷射距离使纤维混凝土成型更密实,混凝土抗压和粘结强度更高;适当提高喷射风压至0.6 MPa可使纤维平行于受喷面比例增加,混凝土抗拉和抗折强度表现更好;各力学性能指标随工艺参数的变化幅度不同,其指标权重有所差异,其中28 d抗拉强度和28 d抗折强度指标权重较大,分别占20.4%和22.0%,随工艺参数的变化波动较大;通过灰色关联度分析,发现喷射风压0.5 MPa、喷射距离1.5 m相对关联度最大,综合性能最优,可为纤维喷射混凝土在隧道工程中的应用提供参考。

设计、施工、监测

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接头双道密封垫布置对管片结构力学性能影响研究

肖明清, 封坤, 郭文琦, 周弋力, 沐海星

2026, 22(4): 1352-1361. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2026.04.23

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为了适应盾构隧道大直径、高水压的发展趋势,双道密封垫防水体系成为目前大型水下隧道管片接缝防水设计的主流方案。现有的双道密封垫防水体系可分为双道防水密封垫布置在接缝内外两侧(内外双道)和双道防水密封垫布置在接缝外侧(外侧双道),而这两种布置方案对管片结构力学性能的影响尚不明确。以江阴靖江长江隧道为工程背景,通过建立整环管片结构三维精细化数值计算模型,研究了两种密封垫布置方案对通缝拼装和错缝拼装管片结构力学性能的影响。结果表明:当密封垫布置方式由内外双道变为外侧双道后,管片变形略微增大,轴力变化较小,最大正弯矩减小,最大负弯矩增大;外侧双道密封垫布置方案的管片结构安全系数略小于内外双道密封垫方案的管片结构安全系数,但二者安全系数均较高,有较大的安全余量;总体看来,外侧双道密封垫布置使管片接缝防水能力大幅提高,但并不会使管片结构的变形超标,整体结构具有较大安全余量,是目前应对高水压、提升盾构隧道防水体系韧性的最佳选择。
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齿形帷幕预制桩一体化支护结构工作性状研究

李永辉, 张祎凡, 张鼎浩, 周同和, 张信

2026, 22(4): 1362-1371. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2026.04.24

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齿形帷幕预制桩一体化支护结构是利用预制桩植入齿形帷幕墙形成的一种新型无支撑支护体系。通过实际工程现场加载试验,研究分析该支护体系坡顶和桩顶水平位移变化及墙后土压力分布特征,并开展有限元数值模拟,对比分析不同支护形式的支护性能,研究不同开挖深度下的齿形帷幕预制桩一体化支护结构受力变形规律及工作机理。结果表明:齿形帷幕预制桩一体化支护结构能有效地限制地层及围护结构的变形,齿墙的存在改变了传统悬臂桩墙支护的受力变形性状,并通过土拱效应及侧壁摩擦作用,传递并承担部分土压力,具有明显减载效应;相比于悬臂式排桩支护及排桩+帷幕墙支护,齿形帷幕预制桩一体化支护结构能大幅度降低地表沉降、桩身位移及弯矩,提升基坑支护的安全稳定性。
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黄土场地CFG桩复合地基变形控制标准

张亮, 王铁行, 赵再昆, 阮嘉斌, 魏少冲

2026, 22(4): 1372-1379. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2026.04.25

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黄土地区高层建筑采用素混凝土桩复合地基比较广泛,因变形验算的可信性较差,从多层向高层建筑的推广主要依据单桩复合地基载荷试验结果,以相对沉降比(变形控制标准)确定承载力特征值。复合地基载荷试验变形控制标准源于多层和小高层建筑,而高层甚至甲类建筑(30层以上)均沿用这一标准,不能反映建筑荷载增加时地基沉降增大的规律。黄土场地高层建筑素混凝土桩复合地基实测沉降量普遍较大,甚至发生沉降病害,从设计理论角度对变形控制标准进行讨论是必要的。首先,基于界面剪切试验确定剪应力—剪切位移关系,并推导接触面力学模型;然后,建立考虑桩—土相互作用的群桩复合地基与单桩复合地基载荷试验数值仿真模型,计算复合地基与载荷试验的沉降量比值。进一步对比已有实例的复合地基与载荷试验的沉降比,验证数值计算结果的准确性;最后,提出了针对黄土地区单桩复合地基载荷试验变形控制标准修正方法,并给出建议取值。结果表明:沉降量比值随建筑结构荷载的增加而显著增大;桩周土的土性对沉降比的影响不显著;沉降比主要与荷载相关,荷载越大,载荷试验的沉降量越较少反映实际群桩复合地基的沉降行为;提出了考虑结构荷载的黄土地区素混凝土桩复合地基载荷试验变形控制标准建议取值表。
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预应力损失下输水隧洞变形特性数值模拟研究

严振瑞, 陆丁, 黄井武, 高磊, 朱鸿鹄

2026, 22(4): 1380-1389. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2026.04.26

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预应力钢绞线在服役期间会产生疲劳从而导致预应力损失,直接影响输水隧洞结构的承载及变形特性。建立输水隧洞双层衬砌结构有限元模型,探究了不同预应力损失工况下隧洞各部件的力学响应。结果表明:随着预应力损失的增大,螺栓的应力峰值不断增大,但仍小于屈服强度设计值;内衬钢筋应力分布较为均匀;管片钢筋和管片混凝土在通水过程中受拉趋势随着预应力损失的增大而减弱;随着预应力损失的增大,内衬混凝土的横向椭圆变形趋势越明显;分析各部件联合受力状态,预应力损失工况下整体结构将提前进入联合受力状态,并且对螺栓影响最大。研究结果可为类似预应力输水隧洞提供参考。
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深埋软岩隧道让压支护效果与围岩能量特征研究

王玉龙, 郑余朝, 赵中栏, 朱斌忠

2026, 22(4): 1390-1399. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2026.04.27

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作为解决大变形隧道初期支护开裂问题的有效措施,让压支护对初支力学性能及围岩能量特征有重要影响。基于常见让压构件应力应变曲线,总结了让压构件力学特征,基于Beam单元和Interface单元开发了可实现让压构件力学性能数值方法。采用混凝土弹塑性损伤本构模型开展数值计算,讨论了让压构件位置及其恒阻力对初支力学性能、围岩能量等的影响。结果表明:让压构件设于不同位置均有利于减小喷层的内力与损伤、围岩的应力与能量,其中当最大初始地应力方向水平时,水平向变形的让压构件起到的让压效果更佳;让压构件位置一定、恒阻力不同时,喷层最大损伤、弯矩与轴力均随恒阻力增大呈先增加后减小的趋势,洞周围岩应力与弹性应变能密度亦随恒阻力的增大呈先增加后减小的趋势。
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弯矩作用下环裂压力管道中内衬管的力学响应分析

王开栋, 方宏远, 胡德强, 李斌, 翟科杰

2026, 22(4): 1400-1410. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2026.04.28

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原位固化法(Cured-in-place pipe, CIPP) 作为一种非开挖、环保、高效的修复技术,已被广泛应用于管道修复。建立了环裂压力管道内衬在弯矩作用下力学响应三维有限元计算模型,并利用已有文献结果对所建立的模型进行了验证。分析了内压、弯矩、内衬管外径、内衬管厚度以及内衬管与既有管道之间的摩擦系数等参数对内衬管应力的影响。结果表明:当内压超过0.6 MPa时,内衬管最大应力集中于环断面顶部,其径向位移仅为既有管道最大位移的0.24%~0.97%,内压提升可有效抑制内衬管与既有管道的相对变形;内衬管中产生应力的管段长度随弯矩、外径和厚度呈线性增长,但受内压与摩擦系数抑制,摩擦系数由0.1增至0.6时,内衬管中产生应力的管段长度缩短约30%,为设计中的参数权衡提供了量化依据;在圆周位置θ = 90°处,内衬管内表面应力超越外表面,且差值随θ增大而显著。
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叠合加固盾构衬砌力学性能计算与修复设计研究

张磊, 黄昌富, 刘中欣

2026, 22(4): 1411-1419. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2026.04.29

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目前地铁盾构隧道大变形病害治理的主流手段为钢板叠合加固,但修复设计仅停留在构造加固水平,对加固修复后衬砌结构的承载力与刚度无明确的计算方法,为此建立了一种盾构叠合加固后的力学性能计算方法,该方法具有如下特点:(1)延续了盾构管片修正惯用法设计理论,力学性能计算方法考虑了力法原理和叠合加固盾构隧道的破坏机理;(2)结合管片和加固结构材料的宏观性能,建立了正负弯矩作用下的截面刚度公式,计算中通过截面刚度函数与弯矩正负值的迭代匹配,保证截面刚度数值与弯矩值符号匹配;(3)考虑了叠合衬砌结构中加固材料的应变滞后情况,包络考虑截面应变发展历史;(4)通过半径函数考虑待加固大变形盾构隧道的初始变形。通过与足尺试验结果对比验证了方法可靠性,并基于现有规范,将修复设计流程分为按承载力控制和按变形控制两种,提供了一个加固设计实例。
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基于贝叶斯网络和PERT的隧道工期概率估计方法

宋贺杰, 张乐, 刘道平, 黄宏伟

2026, 22(4): 1420-1427. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2026.04.30

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大部分隧道工程因穿越复杂地质环境且涉及多个利益主体,施工工期难以准确估计。针对传统方法对风险因素相互影响考虑不足的问题,应用贝叶斯网络深入工序层面分析多源风险因素相互作用,同时改进计划评审技术(PERT),实现从各工序层面到项目总工期的风险影响传递,构建隧道工期概率估计方法。然后以我国某海底隧道为工程实例开展应用分析,得到不同工期值的概率分布及其特征参数,为项目进度风险评估提供依据。研究表明:本文方法的预测结果相较于传统方法更接近实际情况,在严重延误等极端情形仍能保持预测结果的可靠性;研究揭示了工期分布的不确定性与风险因素的关联性,支持了隧道工期风险的动态管理。
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深埋硬岩隧道TBM施工声发射参数监测规律研究

张延杰, 张如九, 赵天, 刘耀儒, 欧阳林

2026, 22(4): 1428-1439. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2026.04.31

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开展深埋硬岩隧道现场监测有助于了解岩爆灾变特性并及时预警。以某深埋TBM隧道为依托,开展了现场声发射监测,对比探究了不同传感器安装方式下(钻孔、洞壁、注浆锚杆、锁脚锚杆、钢筋排)TBM施工期不同信号来源(岩爆、TBM振动、刀盘破岩、锚杆钻机钻孔)的声发射波形及参数特征。结果表明:岩爆破坏信号持时短,瞬时能量高但总能量低于机械噪声,主频较高(几十kHz);机械噪声信号持时极长,振铃计数及绝对能量较大,其中刀盘破岩及钻机钻孔为低频信号,主频仅几kHz,而TBM振动信号局部高频分量>120 kHz;岩爆发生前10 min振铃计数、能率缓慢增加,临近岩爆时出现短暂平静期,岩爆时刻振铃计数、能率陡增并达到峰值,出现各频段信号且10 kHz以下低频信号大量出现,声发射b值显著下降至1.5左右;不同安装方式下声发射振铃计数及能量受TBM掘进期间噪声影响程度依次为钢筋排>锚杆>洞壁>孔内,而主频特征与之相反;声发射技术在TBM停机期间的岩爆监测中展现出潜在的技术可行性,若不具备钻孔条件、或更关注声发射参数时序特征时,可优先在注浆锚杆、锁脚锚杆等锚固结构上安装传感器开展监测,以发挥波导杆的信号放大作用。研究成果可为同类深埋TBM隧道声发射监测及结果分析提供参考。

防灾与环境

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隧洞岩爆风险评估及其可解释性方法

于洪涛, 肖浩汉, 李明耀, 曹瑞琅

2026, 22(4): 1440-1450. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2026.04.32

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为提升隧洞岩爆风险评估的精确度与可解释性,汇集了386组岩爆案例数据,建立了基于SHAP算法的XGBoost岩爆风险预测模型,并分析了8种不同岩爆风险评价指标组合对模型预测性能的影响。结果表明:包含全部输入指标的特征组合在岩爆风险等级预测方面表现最佳;相较于其他机器学习技术,XGBoost算法凭借其集成学习框架的优势,在处理岩爆风险预测的多输入与单输出问题上具有显著适用性;SHAP算法揭示了弹性能指数和隧洞埋深对预测结果具有显著影响。研究成果可为工程技术人员预防潜在岩爆风险并制定科学应对策略提供支持。
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基于影像源法的基坑开挖引起下卧隧道变形分析

魏纲, 周烨波, 王哲, 齐永洁, 徐天宝

2026, 22(4): 1451-1459. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2026.04.33

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基坑开挖会引起盾构管片产生变形,但目前关于考虑围压影响下盾构隧道精细化模型相关研究较少。基于隧道衬砌附加围压计算公式,结合实际案例建立三环盾构管片精细化模型,进行结构计算分析,将隧道变形计算值与实测值对比,验证了模型的可靠性。采用椭圆度及标准变形控制值作为隧道安全状况的评价指标,研究基坑开挖卸荷对隧道的影响规律。结果表明:在基坑开挖过程中,隧道管片的变形机制逐渐从下方土体卸载主导转变为基坑开挖卸载主导,水平位移随之显著增大;同一开挖进度下,隧道顶部竖向位移变化幅度大于隧道底部;管片之间的接缝处应力较大,混凝土最大应力发生在标准块连接处,螺栓最大应力发生在环与环之间的连接螺栓处;隧道距离基坑底部净距越大,隧道顶部位移越小而底部位移越大,水平位移逐渐增大;基坑开挖过程中隧道变形和椭圆度严格控制在控制范围内,基坑开挖完毕后若继续向下开挖,隧道变形量与椭圆度将逐渐超出控制值。
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湿陷性黄土管廊地基沉降特征与处理方法研究

安鹏, 徐光耀, 南亚林, 倪万魁, I.K. Camara

2026, 22(4): 1460-1468. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2026.04.34

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为寻求经济合理的湿陷性黄土综合管廊基坑挖填界面控渗与地基处理方法,通过管廊现场浸水试验研究了3种界面控渗、5类地基处理措施组合场地的入渗特征与湿陷变形特性。结果表明:挖填界面控渗可弱化界面集中渗透,延迟地基浸湿时间,其中挖填界面表层夯填在控渗效果、造价方面更优;管廊地基沉降模型可用近似线性和双曲线的分段函数表达,模型参数h_ult为5类管廊场地与海绵设施组合下排渗稳定后的极限沉降量,该值可作为管廊结构与廊内管线设计的沉降容许值;模型参数a为管廊上部压实土增湿引起的地基变形速率,其与振动夯实的地基处理厚度h_c呈近似线性相关,h_c越大,地基下原状黄土损伤可能越严重,各段管廊实测地基沉降量也越大,管廊地基不宜采用振动压实;薄层水泥土垫层在控制沉降方面效果显著,膨润土防水毯在地基防渗的同时,在控制差异沉降方面效果最好;因此“挖填界面表层夯填控渗+地基土工材料防渗+薄垫层或翻夯”的组合方法对湿陷性黄土区管廊地基变形控制更为经济有效。研究结果可为湿陷性黄土管廊地基处理提供理论支撑。
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燃气管道爆炸下地铁车站顶板毁伤效应研究

程建华, 翁应康, 钱辉, 叶亚齐, 暴雯雯

2026, 22(4): 1469-1480. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2026.04.35

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为探究次高压燃气管道泄漏爆炸时不同覆土厚度对地铁车站顶板毁伤效应的影响,以郑州地铁12号线某车站为研究背景,选用TNT当量法确定爆炸荷载,通过ANSYS/LS-DYNA建立全尺寸数值仿真模型,并通过试验与理论公式验证了有限元模型的合理性。模拟了次高压燃气管道泄漏爆炸作用下不同覆土厚度对地铁车站顶板结构的影响,从结构毁伤、破坏形态、动态响应3个方面综合分析了地铁车站顶板的毁伤效应。运用量纲分析法建立地铁车站顶板毁伤函数,并通过毁伤阈值线分析了地铁车站顶板毁伤与覆土比例厚度的关系,发现地铁车站顶板上部覆土比例厚度对地铁车站顶板毁伤效应具有显著影响。研究成果可为评估地铁车站的防爆能力以及设计和实施高效的保护策略提供参考。
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服役期埋地PCCP管道受力性能与安全风险评价

崔珈铭, 邢国华, 苗鹏勇, 胡文波, 常召群

2026, 22(4): 1481-1497. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2026.04.36

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预应力钢筒混凝土管(Prestressed Concrete Cylinder Pipe, PCCP)在大型输水工程中应用广泛,服役期的PCCP管道在覆土压、内水压和车辆荷载作用下易发生管身变形和承插口破坏,导致渗漏,危及运行安全。建立了考虑管土相互作用的PCCP管道有限元模型,分析管径、埋深、内压和车辆位置对PCCP受力特征的影响,评估其服役安全风险。结果表明: 单排PCCP管道各结构层和承插口的环向Mises峰值应力与管径和内压呈负相关,与埋深和荷载偏移呈正相关;随着管径和内压增大,管道的承载能力得到提升;荷载作用于双管之间时,管身和承插口最大Mises应力较单管分别降低约3%和20%,且随管径从2 800 mm增至4 000 mm,承插口应力减小程度由20%增至30%;当荷载作用于双管一侧时,管身和承插口最大Mises应力较单管分别降低约2%和18%,随着管径增大,承插口应力减小程度由18%增至25%;双排敷设可有效抵消外部荷载,增强管道承载力。对单排和双排PCCP管道开展安全风险评价表明,管径较小且埋深为3 200 mm时,管道局部混凝土存在微裂缝形成风险,内压超过0.8 MPa时管道超过极限状态;小管径双排敷设受车辆荷载影响较大,易超出管道极限状态,而随着管径增大,双排敷设逐渐趋于安全。
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高邮—宝应Ms4.9地震发震构造三维精细建模

王金艳, 汪晴慧, 朱程程, 张浩

2026, 22(4): 1498-1509. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2026.04.37

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2012年7月20日江苏高邮—宝应Ms 4.9地震发生于中国东部弱震区,其发震构造尚存争议。构建震源区精细三维断裂模型对理解发震机制与区域地震危险性具有重要意义。以高邮—宝应震区为研究对象,综合运用断裂地表迹线、震源机制解、小震精定位、浅层及深地震反射剖面等多源数据,采用基于离散光滑插值(DSI)的隐式函数建模方法,通过多轮迭代与敏感性分析,解决了多源数据权重分配与空间耦合等关键问题,构建了该区高精度三维发震断裂模型。结果表明:主震及余震序列集中分布于一条NNE走向、SEE倾向、倾角介于69°~85°的右旋走滑断裂的“S”形弯曲段落,该断裂面向深部逐渐变陡,最终收敛于上地壳结晶基底顶面,切割深度约20 km;综合分析确认发震构造为高邮凹陷西北边界的杨汊苍—桑树头断裂;建立了多源数据差异化权重约束策略与定量化残差控制流程,显著提升了模型收敛性与可靠性;将隐式函数与DSI算法相结合的方法,具有较强的可重复性与推广性。研究成果为高邮—宝应地震的发震机制判定提供了关键构造模型,可为中国东部类似震区的深部构造探测和地震危险性分析提供参考。
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隧道突涌水扰动分区安全风险评价方法及应用

赵斌, 胡宇峰, 黄振磊, 尹小涛

2026, 22(4): 1510-1519. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2026.04.38

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为了提升含水结构影响下的施工安全风险防控能力,论文构建了隧道突涌水灾害风险量化评估方法。针对含水结构空间定位与围岩扰动耦合作用引发的突涌水风险问题,提出融合地质探测与力学分析的综合评价方法,包含3个核心环节:首先采用瞬变电磁法超前探水技术精准识别含水结构三维空间分布;其次基于图解法将围岩扰动划分为破坏区D_f、应力扰动弹性区D_e和天然应力区,建立含水结构与扰动分区的空间叠加风险评估模型;最后针对中高风险工况,推导出力平衡约束的含水结构危险性系数K_c计算公式,进行风险等级动态修正。结果表明:某隧道含水结构距洞壁9.00 m时,结合D_f=2.40 m和D_e=12.65 m的扰动界限,初步评定为中风险;经计算K_c=0.87,小于1.00,复核后升级为高风险,与实际突涌水事故吻合。通过研究构建了“初步判定—定量复核”双层级风险评估架构,实现风险等级从定性到定量的跨越;建立的扰动分区界限值可为超前地质探测最小安全距离提供科学依据。研究成果形成了隧道突涌水风险“探测—分析—评价—防控”的全过程技术体系,提升了评价精度,可为复杂地质条件下隧道安全施工提供解决方案。
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山岭隧道运营期排水对植物生态影响研究

张鹏, 张增轩, 府金宇, 方忠强, 陈浩

2026, 22(4): 1520-1532. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2026.04.39

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协调好工程建设与生态环境的关系是绿色可持续发展的重要内容。山岭隧道运营过程中地下水排放将会一定程度上改变隧址区局部水文地质环境,可能会带来局部植物生态问题。植物生态不仅受地下水影响,还与气候环境与植物物种密切关联。建立了大气降雨蒸腾—植被吸水—土壤水基质势—地下水渗流一体化分析模型,提出针对隧址区主要植被生态需求的隧道排水控制量的计算方法,围绕我国东南、西南、西北不同地理区域生态敏感区,系统研究讨论不同水文地质与气候、降雨、日照条件下隧道运营排水对植被生长状态的量化影响及其特征差异,提出了不同地理区域防止植物生态劣化的运营排水生态控制标准。研究成果可为我国山岭隧道运营排水控制提供理论支撑。
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匝道隧道环境驾驶员视觉负荷特性与安全分析

赵龙

2026, 22(4): 1533-1540. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2026.04.40

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随着公路向山区延伸,会不可避免地出现隧道形式的匝道,匝道隧道作为一种特殊形式的隧道,其安全问题既涉及物理层面的线性(半径、曲率)、速度等,又涉及黑白洞效应下的一系列视觉功效问题。为探究匝道隧道线形对驾驶安全的影响,基于驾驶者的信息感知特性,通过实车试验,采集驾驶者在隧道行驶过程中的注视偏差、平均注视持续时间、眨眼频率、扫视幅度和扫视速度等关键视觉指标,基于因子分析法建立综合多视觉指标的驾驶安全度模型,由此评判匝道隧道行车安全风险,并结合XGBOOST-SHAP,揭示了匝道隧道不同物理量对匝道隧道驾驶安全的影响。结果表明:扫视速度和垂直注视偏差对驾驶安全度影响最大,水平注视偏差和平均注视时间次之,眨眼频率和扫视幅度影响幅度最小;隧道入口段因“黑洞效应”驾驶安全度降至最低值0.07,线形参数与动态光环境交互主导安全度变异,其中曲率参数(SHAP值0.43)和路面照度变化率(SHAP值0.35)共同解释72%的安全度波动,而设计速度参数影响权重仅11%。

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