地下空间与工程学报

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2026年, 第22卷, 第5期　
刊出日期：2026-10-20

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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基于节点-场所模型的站域效能耦合协调性评估

代朋, 岑石, 刘子璇, 付冠男, 王彦君

2026, 22(5): 1541-1550. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2026.05.01

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在地铁站点数量持续增长的背景下,加强站域质量建设至关重要。评估站点周边区域发展现状、引导站城协调发展、提升城市空间品质,已成为轨道城市的重点研究议题。城市地铁站域兼具“节点”和“场所”双重特征,本文通过对节点-场所模型的系统回溯与梳理,探讨其应用及优化拓展方向。以青岛地铁1号线40个站域为研究样本,构建“节点-场所-耦合协调”站域效能评估分类模型,综合评估站域节点与场所效能,量化分析站域交通功能与城市功能发展的耦合协调度,为站域效能评估与分类提供了精细化的理论工具。依据评估结果,将研究站域发展现状划分为六大类型,并针对性地提出综合效能提升策略,探索地上-地下空间的整体优化路径,可为同类城市轨道交通站域的优化提供可复制性的实践路径。
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考虑级联失效的城市地铁-货运网络鲁棒性评估

刘青, 许元鲜, 董建军, 孙波, 陈志龙

2026, 22(5): 1551-1562. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2026.05.02

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在地铁-货运系统(M-ULS)试点工程逐步推广的现实背景下,现有研究主要聚焦于常态化运输情景,围绕节点失效下的网络鲁棒性研究仍较少,难以为设施稳定运行提供科学的规划策略。本文设计级联失效下的M-ULS运作流程,并提出网络鲁棒性评估方法。首先,解析节点失效下的负载重分配过程,并构建级联失效模型。其次,依托南京多线客货联运网络,分析关键转运节点失效对网络性能的影响,并进一步从规划视角提出网络鲁棒性提升策略。结果表明:重分配负载量、节点位置和节点功能定位等因素对网络鲁棒性具有显著影响;增设直连隧道、提升节点容量、协调地下货运组织可作为提升网络鲁棒性的潜在策略。研究成果可为M-ULS系统稳定运行提供理论支持。
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演进韧性视角下城市中小学地下空间韧性提升

范剑才, 李佳林, 唐耀

2026, 22(5): 1563-1572. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2026.05.03

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随着我国城市集约化发展的深入推进,各类城市突发灾害事件频发,对城市基础设施、资源利用和可持续发展构成了巨大威胁与挑战。中小学地下空间作为城市公共空间的重要组成部分,在提升城市韧性方面具有重要潜力。然而,目前发展过程中暴露出使用功能单一、区域统筹欠缺、价值挖掘不足、管理理念滞后等问题,难以融入城市整体韧性建设。本文从演进韧性的视角出发,采用层次分析法,从功能冗余度、环境适应性、安全可靠性、设施完备性、交通组织度和智能响应性6个维度对校园地下空间进行价值评估,并对无锡市3所新建中学的地下空间开展模糊综合评价法的韧性实证研究。从演进韧性视角,在空间布局与动线规划、复合功能与协同设计、智能化与绿色设计3个方面提出韧性提升策略,助力构建城市空间韧性建设新范式。
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地下空间安全开发利用三维评价—以珠海市为例

陈开明, 陈元芳, 吴亚东, 廖坤炎, 龙翠翠

2026, 22(5): 1573-1582. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2026.05.04

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珠海地区的土体划分为人工填土、内陆冲洪积物、沿海平原区第四系海陆交互相沉积物及第四系残坡积层,共4类土11个工程地质标准层;岩体工程地质层主层依据地质年代(侵入岩按侵入阶段、期次)确定,结合地层新、老顺序,分为13个工程地质标准层。根据珠海市城市地质调查项目总体部署,利用整理的11 295个标准化钻孔数据、地质图、地质剖面图和DEM等数据,通过建模方法的研究和探索,构建不同区域和不同精度基础地质模型、工程地质模型及水文地质模型。基于三维地质模型开展地下空间安全开发利用评价,可为城市规划、建设和地下空间资源安全开发利用提供科学依据。

理论与试验研究

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考虑渗透吸力影响的盐溶液饱和黏土弹塑性模型

王立业, 谭政, 牛宇博, 周凤玺

2026, 22(5): 1583-1591. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2026.05.05

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由于黏土特有的吸附作用,使得其在经受海水淋滤、水盐迁移等后会逐渐形成特珠的盐溶液饱和黏土。伴随着盐溶液的侵入,黏土的力学性能也随之改变。为此,通过对已有研究成果的回顾与分析,总结了渗透吸力对盐溶液饱和黏土压缩行为、先期固结压力和剪切强度的影响规律。结果表明:在化学-力学荷载作用下渗透吸力增大引起的颗粒团聚和絮凝,使得黏土的密实度增大,先期固结压力减小,内摩擦角增大;但压缩指数的变化受加载方式和黏土矿物类型的控制,且在一定程度上也可忽略渗透吸力对黏聚力的影响。在此基础上,以渗透吸力为化学状态变量,借助潜在强度的概念和改进Hvorslev线的思路建立了盐溶液饱和黏土的非关联弹塑性模型。最后,根据不同渗透吸力下张掖粉质黏土和Ennore海相黏土的三轴压缩试验结果验证了模型的预测能力,表明该模型可以预测复杂化学条件下黏土的力学行为。
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基于储能极限的岩石统计损伤本构模型

粟磊, 郭建强, 魏士炎, 李育

2026, 22(5): 1592-1604. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2026.05.06

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针对传统岩石本构模型精度不高的问题,从能量角度进行研究是提高其精度的一种方法。首先,基于弹性应变能释放是岩石破坏的根本原因,分析了弹性应变能对岩石强度影响的内在联系,针对岩石储能极限能够预测其应力特性,构建了一个考虑围压效应的岩石储能极限模型;然后,结合统计损伤理论,建立了基于储能极限的岩石统计损伤演化模型,进而给出参数的确定方法,并讨论了参数对模型应力应变曲线的影响。通过多种岩石验证表明:新建储能极限模型能够很好地预测岩石应力特征值的变化规律,新建统计损伤演化模型能够很好地模拟岩石变形过程,在精度方面优于传统研究成果,验证了本构模型的合理性和准确性,能较好地预测岩石的强度。
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考虑渗流影响的复合地层盾构隧道松动土压力

赵昱, 董雅丞, 吴遥杰, 陕耀

2026, 22(5): 1605-1611. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2026.05.07

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为分析稳态渗流条件下复合地层中盾构隧道隧顶松动土压力变化问题,基于稳态渗流控制方程与水平微分单元法,分析了松动区内微分土条应力偏转特征;依据土层性质与地下水位条件将隧道上方松动区划分为3个区间,推导得出考虑大主应力拱效应的侧土压力系数计算公式,进一步构建并验证了隧顶水土荷载解析解。结果表明:渗流条件下隧顶竖向荷载在水平方向上呈U形分布,渗流的存在将削弱土拱效应进而增大水土荷载;隧顶水土荷载随隧道埋深的增加呈现非线性增加特点,增大内摩擦角可以使非线性增加特点更明显;相同埋深条件下,土体内摩擦角的增加将增大土拱效应进而减小隧顶水土荷载。研究结果可为实际工程的盾构隧道荷载设计提供一定理论参考。
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基于迂曲度的浆液扩散理论与分析

陈杨

2026, 22(5): 1612-1621. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2026.05.08

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地层孔隙的随机分布会使渗流路径存在迂曲度,影响注浆扩散效果。为探究迂曲度对浆液扩散能力的影响,建立了考虑渗流路径的牛顿流体半球形扩散模型。利用COMSOL Multiphysics软件,对提出的模型进行了验证。此外,分析了注浆方向、注浆压力、水灰比、温度以及地层渗透系数对浆液扩散能力的影响规律。通过渗透试验和压汞试验分析了地层的渗透能力和孔隙特征,并结合注浆试验分析了迂曲度对浆液扩散能力的影响。结果表明:本研究提出的模型可以反映迂曲度对浆液扩散能力的影响;迂曲度会显著降低浆液扩散距离,并加快浆液压力消散;注浆方向与重力方向一致时会增大扩散距离;注浆压力、水灰比、温度以及地层渗透系数增大均会增大浆液扩散距离,且加剧迂曲度对扩散距离的影响;浆液在不均匀地层的扩散能力被明显减弱,迂曲度的影响会被增加。
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考虑注浆加固的软岩隧道施工围岩变形全过程解析

赖勇, 杨晓东, 王彦彪, 张帅

2026, 22(5): 1622-1631. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2026.05.09

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注浆加固是及时有效控制高地应力作用下软岩隧道围岩大变形的关键措施之一。采用岩石峰后刚度与强度统一劣化模型,基于统一强度准则对高地应力软岩隧道开挖-支护全过程中的围岩弹塑性状态开展演化分析,借助有限差分软件FLAC-3D进行了验证,结果表明:(1)高地应力软岩隧道围岩纵向变形全过程曲线可以分为开始变形阶段、快速变形阶段Ⅰ、快速变形阶段Ⅱ、稳定变形阶段等共计4个阶段,注浆加固后围岩在快速变形阶段Ⅱ和稳定变形阶段的变形速率和变形总量均有显著降低,二次衬砌承担荷载百分比也有明显下降;(2)软化模量M_c、M_φ、M_E取值增大时,围岩纵向变形全过程曲线在快速变形阶段Ⅰ内的变化不大,在快速变形阶段Ⅱ和稳定变形阶段的变形速率和变形总量越大,围岩达到稳定状态所需要的时间越长;(3)缩小锚杆间距与增加喷砼厚度对围岩纵向变形全过程曲线中的快速变形阶段Ⅰ影响较小,对快速变形阶段Ⅱ和稳定变形阶段影响较大,锚杆间距小于1.2 m、喷砼厚度大于20 cm时对围岩变形控制效果较好;(4)注浆过早会导致围岩应力释放不充分且后期变形过大,注浆过晚会导致围岩最终变形量过大,变形控制效果欠佳。
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基于Bingham流体的软土绕桩流动阻力计算方法

伍民, 郑嘉勇, 焦高峰, 邓涛, 刘齐建

2026, 22(5): 1632-1640. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2026.05.10

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在大面积堆载下,深厚软土的侧移常与流体的流动类似。为了探究软土绕桩流动时的推力计算及其对桩基的影响机理,将桩周软土视为Bingham流体,基于其流体特性和流体力学理论推导了深厚软土内部滑移时单桩绕流阻力的解析解。进而,基于绕流阻力沿桩身矩形分布假设和矩阵传递法,对传统悬臂桩法进行修正,并对现场堆载工况下单桩桩身响应进行求解。结果表明:桩身绕流阻力与软土相对流动速度、土动力粘滞系数的乘积呈线性关系;相比于传统土压力方法,采用本文所提绕流阻力公式在计算桩身响应方面具有优势,计算得到的单桩最大水平位移精度较高,桩身弯矩分布与实测数据吻合较好,最大桩身弯矩相对误差低至6.8%。研究成果可为类似软土工程中桩身绕流阻力和桩身响应的计算提供参考。
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浅埋顺层超大跨隧道围岩变形及荷载计算方法研究

袁峰, 李小勇, 常富贵, 张建军, 温元平

2026, 22(5): 1641-1651. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2026.05.11

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针对浅埋顺层大跨隧道围岩荷载分布特征不明,以及超大跨隧道地层偏压围压荷载分布规律讨论较少问题,以重庆轨道27号线磁器口车站工程为依托,采用FLAC3D有限差分软件建立了地层偏压下不同跨度隧道模型,并结合强度折减法,获得了地层偏压下不同跨度隧道变形及塑性区分布规律。结果表明:在14~28 m跨度下,隧道拱顶位移随跨度增加呈现出先增大后减小的趋势,左右拱肩和左右仰拱则呈现出明显的偏压特征;当跨度为20 m时,拱顶位移达到最大值,左右拱肩的位移差值也达到最大。结合顺层岩体强度理论,改进了现有的浅埋地形偏压隧道荷载计算理论,提出了基于极限平衡法的超大跨浅埋地层偏压隧道围岩荷载计算方法,并通过模型试验结果验证了其合理性。
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软土地层盾构隧道侧向压力计算方法

赖浩然, 张冬梅

2026, 22(5): 1652-1664. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2026.05.12

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盾构施工过程会对隧道荷载产生较大影响,现有荷载计算方法通常对侧向压力取值考虑简化处理,仍沿用传统理论中的静止或朗肯土压力计算,尽管计算值与实测值在荷载量值上存在较小差异,但荷载分布形式上的差异是导致管片受力变形特征预测不准确的关键因素。鉴于此,通过分析地层损失、同步注浆和隧道变形影响下的隧道侧向土体位移并建立相应函数,引入非线性土体位移-土压力系数关系,采用合力等效的方式推导了位移关联的非线性侧向压力计算公式,并基于修正惯用法提出了改进的隧道荷载计算模型,通过现场实测和模型试验的手段验证了计算模型的合理性。结果表明:在软土地层中,当隧道埋深和注浆压力确定时,可通过地层损失率判断拱腰与拱顶压力的大小关系,并定性判断隧道环向荷载的分布情况,地层损失率越小,隧道环向荷载分布趋于圆形,反之趋于竖椭圆形;侧向压力随注浆压差的增大表现为线性增加,注浆压力变化量在拱腰处的压力转化率大于1,且地层损失率越小,压力转化率越大;隧道埋深改变主要引起隧道下半圆侧向压力变化,拱腰和拱顶压力比随埋深的增加而减小;侧向压力随土体抗力系数的增加而减小,在软土地层中的减小量尤为显著。研究成果可为盾构隧道荷载计算方法提供参考。
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基坑咬合桩素桩变形协调机制研究

江文昊, 吴穹骏, 吴剑, 陈玉奇

2026, 22(5): 1665-1673. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2026.05.13

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现行基坑设计对咬合桩支护结构的设计计算,均忽视素桩的抵抗变形能力,仅考虑其止水作用。为探究素桩在咬合桩支护结构中的变形协调机制,推导了考虑素桩刚度的咬合桩受力变形的方法。首先,基于咬合桩工作机制,结合其在不同弯矩大小时的力学特性推导受力变形计算公式;其次,给出素桩对咬合桩整体刚度贡献百分比计算方法,用以量化其刚度贡献程度;然后,将方法应用到工程实例,采用Z-soil有限元分析软件对此方法进行验证对比分析,水平位移计算结果表明,相较于现行规范此计算方法提升刚度约20.66%,证明了考虑素桩刚度的必要性,且本方法理论计算值、数值计算值与监测数据基本一致,说明本方法能够较为准确地描述素桩在咬合桩中的受力变形特性;最后,采用控制变量法对素桩参数变化进行深入分析,得出了咬合量、桩径和材料强度变化对咬合桩水平位移的影响规律。
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钠蒙脱石外表面水化的分子动力学模拟研究

王跃鹏, 唐世斌, 刘向君

2026, 22(5): 1674-1683. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2026.05.14

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为揭示钠蒙脱石外表面水化机理,结合蒙特卡洛和分子动力学模拟,系统探讨了不同埋深条件下钠蒙脱石的水化演化特征。结果表明,随着水分子覆盖率增加,体系总能量下降、势能显著降低,而动能逐渐增大;深埋条件下,体系总能量和动能升高,势能变化趋势不同;水分子通过氢键网络向外延展,Na⁺随之迁移,深埋条件下氢键数量低于地表条件;界面水层厚度随覆盖率增大而增加,深埋条件下更厚;Na⁺原子浓度分布复杂,受覆盖率和埋深影响;除Ow-Ow单峰外,其余原子间径向分布函数呈双峰特性,埋深影响峰值变化;水分子自扩散系数高于Na⁺,深埋条件下两者扩散增强,Na⁺表现覆盖率依赖性。研究结果可为深地蒙脱石水化机理理解及钻井液优化提供理论依据。
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基于特征增强的隧道掌子面岩性半监督分类

张明

2026, 22(5): 1684-1693. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2026.05.15

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利用机器视觉解决隧道中相关任务时,存在着样本数据过少,数据标注量庞大等问题。为了缓解上述问题,引入生成对抗网络和半监督学习来加强模型训练。首先,构建了包含12类典型隧道掌子面岩性数据库,其次引入条件生成对抗网络(CGAN)进行特征增强,将生成目标从像素空间转移到卷积神经网络提取的深层特征空间,生成了具有地质判别性的多尺度特征。然后,为了充分利用少量标注数据和大量未标注数据,进一步引入半监督生成对抗网络(Semi-GAN)进行岩性分类,通过对抗训练机制,使得Semi-GAN中鉴别器能够同时进行图像真伪判断和岩性分类,并通过生成器合成额外的特征样本,扩充特征空间的覆盖范围,提升模型的泛化能力。最后,为了进一步提升模型性能,将特征增强和半监督学习相结合,构建了基于生成数据增强的岩性分类模型,该模型通过改进Semi-GAN中的分类器并利用CGAN生成的特征扩充训练集,经过训练后结果表明,模型的总体分类准确率达到了93.3%,得到了显著的提升,相较于传统的分类模型其准确率提升了7.7%。
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含单裂隙花岗岩裂纹起裂与扩展机理研究

汪朝, 谢立城, 胡聪, 王海泉, 石广斌

2026, 22(5): 1694-1704. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2026.05.16

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岩石内部微裂纹的萌生与发育是强度减弱及破坏的本质原因。为探索轴向压缩条件下岩石内部裂纹起裂与扩展机理,综合采用物理力学实验、数值模拟与断裂力学理论分析方法,研究含单一裂隙花岗岩翼型裂纹的起裂强度、起裂角及裂纹演化机理。结果表明:(1)含单裂隙花岗岩的强度随裂隙角先减小后增大,在45°附近达到极值,翼型裂纹起裂角随裂隙角的增大而增大;(2)裂隙面的摩擦力对翼型裂纹尖端扩展具有抑制作用,随着摩擦系数的增加,岩石起裂应力、峰值应力逐渐增大,起裂角逐渐降低;(3)基于最大环向应力理论,推导了含单一裂隙岩石裂纹扩展的临界条件与起裂角计算公式,结果表明起裂角随裂隙倾角的变化规律与数值模拟、物理实验结果一致;(4)当岩石中裂隙倾角小于45°时,起裂角随着裂隙面摩擦系数的增大而减小;大于45°时,起裂角随着摩擦系数的增大而增大。研究成果有助于理解裂隙岩体强度劣化与失稳机理。
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分段压裂应力干扰对裂缝扩展规律的影响试验

汤积仁, 刘陈龙, 贾云中, 槐啟斯, 龚天一

2026, 22(5): 1705-1717. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2026.05.17

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水平井分段压裂技术通过在水平井段实施多段水力压裂,能够显著提升非常规油气藏的储层改造效果。为了深入理解压裂顺序和段间距对裂缝起裂和扩展规律的影响规律,采用大尺寸真三轴压裂渗流模拟试验系统,对300 mm×300 mm×300 mm立方体试样进行了分段水力压裂试验。结果表明:先产生的压裂裂缝会形成诱导应力场,当诱导应力与原有地应力叠加时,局部地应力增加会导致破裂压力增加,而采用往复式压裂能够减弱这种应力叠加效应,从而在一定程度上降低破裂压力;相比于其他压裂方式,往复式压裂在促进裂缝在裂缝面均匀扩展方面更具有优势;在往复式压裂条件下,当裂缝间距适中时,两侧先压开裂缝产生的诱导应力方向相反,促进中间裂缝更平直地扩展,且裂缝长度超过前两条裂缝。研究成果对明确裂缝间应力干扰规律,优化裂缝网络、提高储层动用效率具有指导作用。
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岩锚锚碇接触面抗剪特性直剪试验与数值模拟

李勇海, 樊宏伟, 岑峰, 施炎坤, 魏博豪

2026, 22(5): 1718-1726. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2026.05.18

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岩锚结构凭借开挖量小、经济性强、环境影响小及施工便捷等优势,在国内工程建设中的应用日趋广泛,岩锚锚碇混凝土与岩体接触面的抗剪强度参数测定变得至关重要。以西堠门公铁两用大桥岩锚锚碇为背景,通过现场直剪试验与数值模拟相结合的方法,系统研究了混凝土/英安岩接触面的抗剪特性。结果表明:天然状态下混凝土与微风化英安岩接触面的τ-σ关系曲线规律性较好,抗剪断峰值强度参数为f′=1.29、c′=1.44 MPa,抗剪强度参数为f=0.66;试样破坏模式表现为接触面完全贯通的剪切破坏;随着法向荷载逐渐增大,英安岩变形显著增大,位移传递深度扩展至岩体内部;剪切过程中,接触面右侧首先形成最大剪应力集中区,随后逐渐向左延伸直至贯通,最终导致界面剪断并伴随应力释放;模拟得到强度包络线与现场试验得到的曲线趋势基本吻合。研究成果可为岩锚锚碇稳定性分析与设计提供参考。
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岩溶地质酸碱条件下岩石顶管摩擦效应研究

张文强, 李超, 钟祖良, 彭贤丰

2026, 22(5): 1727-1738. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2026.05.19

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针对岩溶地区岩石顶管施工过程中因为酸碱环境的影响导致泥浆性状发生改变从而加剧摩阻力的工程难题,以重庆观景口水利枢纽工程为依托,通过室内直剪摩擦试验与正交设计,系统地探究了泥浆类型、粘度、pH值及岩溶水泥浆混合比对管-岩界面摩擦特性的影响规律。结果表明:高分子泥浆润滑性能优于传统泥浆,粘度过高或过低均影响润滑效果;与弱碱性条件相比酸性环境会破坏水化膜增加摩擦系数,随着岩溶水比例增加将显著降低泥浆润滑性;根据SEM分析发现:颗粒团聚、水化膜破裂及孔隙结构变化是泥浆润滑性能下降的主因。最后通过预测摩阻力与监测数据对比,验证了试验的可靠性。研究成果可为岩溶地区顶管工程泥浆性能和摩阻力控制提供理论支持和工程指导。
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冲切分离式复合PDC钻头破岩性能分析与试验研究

任海涛, 陈奕昕, 魏秀艳, 杨迎新, 纪国栋

2026, 22(5): 1739-1748. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2026.05.20

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PDC钻头通过切削齿“侵入-刮切”作用破碎岩石,在钻井工程中应用十分广泛。当钻遇高硬度、强塑性以及高研磨性等复杂难钻地层岩石时,切削齿往往难以有效侵入岩石,或因较高的破岩能耗导致快速磨损,大大降低了钻头使用寿命和钻进效率。冲切分离式破岩的技术理念是指将冲击和切削两种破岩方式相互独立,冲击载荷直接作用在岩石上,形成预破碎使岩石抗钻强度降低,从而为钻头高效破岩创造有利条件。通过开展对比试验,分析了岩石、钻压、转速等对破岩效果的影响规律,结果表明:在同等转速或同等钻压下,冲切分离式复合PDC钻头的实测扭矩均小于常规PDC钻头,且机械比能最大下降33.93%。研究成果可为深层、超深层油气钻井提速增效提供参考。
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黄土隧道围岩应力重分布模型试验研究

李尧, 杜旭超, 郭张龙

2026, 22(5): 1749-1760. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2026.05.21

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基于洛川隧道工程地质特征,通过模型试验探究不同埋深下黄土隧道围岩力学响应,利用相似理论确定围岩、喷射混凝土型钢钢架及超前小导管等材料参数关系,结合预制化支护与3D打印技术,建立三台阶法支护快速拼装体系,精准模拟分步开挖与支护时序效应。针对不同埋深工况,深入分析围岩应力重分布及土拱演化。结果表明:(1)三台阶分步开挖过程中,围岩应力重分布呈现阶段性特征,拱顶处围岩在开挖前先形成卸载区,随后在其上方形成土拱效应,开挖上台阶时围岩土拱效应显著增强,仰拱支护完成后土拱效应逐渐稳定;(2)随着埋深增加,土拱高度增大,土拱形态由扁平拱演变成三角拱,拱顶抬升且曲率增大,土拱效应增强;(3)模型试验所得拱顶处围岩竖直应力在土拱作用下持续降低,而在实际工程中围岩压力持续增长,二者在稳定时大小接近。实际工程中土压力盒随初期支护变形和沉降,导致测得围岩压力偏小,而模型试验所得围岩内部应力可更好地分析围岩应力重分布规律。
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管-水-土耦合作用下预应力钢筒混凝土管受力特征分析

崔珈铭, 胡文波, 邢国华, 苗鹏勇

2026, 22(5): 1761-1773. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2026.05.22

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为研究服役期间预应力钢筒混凝土管在工作内压、水重、外部土压力以及差异沉降等多重作用下管身及承插口的受力特征,考虑管-液流固耦合与管-土相互作用,建立了精细化 “管-水-土”三维有限元模型。利用试验结果对模型进行验证,并分析内压、埋深和差异沉降对PCCP管身及承插口受力特征的影响。研究表明:工作内压(0~0.6 MPa)通过激活预应力钢筒的环向约束效应,形成“主动抗力机制”,在0~0.4 MPa阶段,内压抵消外部荷载产生的环向拉应力,使承插口应力降低19.2%,超过0.4 MPa后,钢筒与混凝土协同变形进入非线性阶段,承插口应力重分布呈现椭圆形特征,应力集中系数降低至1.8,验证了内压对结构整体性的增强作用;上覆土压力引发管周土体拱效应,导致管身应力呈现非对称分布,埋深每增1 m,管顶压应力增长12.7%,而管腰部位由于土体侧向约束作用,应力增幅仅为7.3%,这种差异变形是导致管道椭圆化变形的主要诱因;当沉降差达到管径的2%时,承插口接触面产生显著的弯矩重分布现象,力学分析显示,接口上侧受压区应力集中系数达2.4,下侧受拉区出现3.2 mm的界面分离,这种拉-压耦合作用是导致33.6 MPa峰值应力的根本原因。进一步研究发现,承插口橡胶密封圈的应力松弛效应会加速这种破坏进程。研究结果可为服役期PCCP管道的运营维护提供理论支撑。
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含多层理页岩水力裂缝扩展形貌的数值模拟

曾波, 周雷, 黄浩勇, 陈艺, 陈丽清

2026, 22(5): 1774-1785. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2026.05.23

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层状界面对水力裂缝在页岩中传播路径与形态演变有显著影响,这一复杂交互作用机制和影响规律亟待深入研究。通过数值仿真对含多层理面页岩水力裂缝扩展形貌进行模拟研究,结果表明:(1)层理能控制裂缝向上和水平扩展,层理打开面积越大,其控制缝高的能力越强;层理法向应力越大,渗透率越低,其控制层理裂缝缝长的能力越强;(2)层理面起裂效果与注液排量和流体黏度呈正相关,层理面裂缝扩展效果与流体排量、流体黏度、层理强度呈负相关;(3)水平层理和倾斜层理起裂的关键分别是高流体压力和高流体流速;(4)为避免应力阴影效应与层理裂缝逢高受限效应的影响,适当减少流体排量或黏度能促进裂缝网络化。通过研究,提出了复合压裂技术手段,通过依次高-低-高参数(排量与黏度)注液实现压裂裂缝体积缝网,可为页岩气的高效开发提供理论支撑。
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隧道喷射混凝土劣化机制与改性技术

丁淼, 梁宁慧, 王丽军, 孙伟哲, 祝鹏程

2026, 22(5): 1786-1803. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2026.05.24

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喷射混凝土是隧道支护体系的核心组成部分,其在复杂环境下容易发生劣化,直接影响隧道结构的安全性和稳定性。为了形成对隧道喷射混凝土劣化研究现状和发展的系统认识,从劣化诱因及机理、劣化的研究方法以及劣化评价指标3个方面进行了综述,总结了不良环境下隧道喷射混凝土的改性措施,并提出相应的研究展望。结果表明:(1)单因素或双因素下喷射混凝土材料的劣化因素和机制已基本明确,但多因素耦合下的劣化规律尚需进一步研究;(2)喷射混凝土与模筑混凝土的劣化机制区别主要在速凝剂的选取和喷射工艺的使用上;(3)试验研究、数值模拟和理论推导方法是研究喷射混凝土劣化的主要方法,3种方法的协同研究是目前的主流方向;(4)喷射混凝土劣化的评价指标较为全面,可以分为显性指标、力学指标和微观指标,但如何形成完整的评价体系仍待进一步思考;(5)喷射混凝土的改性主要从配合比的改良、新型材料的研发、速凝剂的改良及喷射工艺的优化入手,在不良环境下的综合改性方案会是未来喷射混凝土研究的重点方向。

设计、施工、监测

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考虑含缓冲层的压气储能硐室稳定性研究

吴朝峰, 王英超, 王文博, 周玮, 王迎超

2026, 22(5): 1804-1813. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2026.05.25

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在长期高内压荷载的反复作用下,基于废弃煤矿软岩改造的压缩空气储能(Compressed Air Energy Storage, CAES)地下洞室围岩易发生破坏失稳,衬砌也极易开裂。为了满足软岩硐室及结构的长期安全运营要求,提出了一种含缓冲层的压气储能软岩硐室复合结构设计理念。为探究缓冲层对储能硐室的稳定性影响,采用数值模拟方法,研究了缓冲层厚度及缓冲层-衬砌交界面剪切特性对软岩硐室及结构的受力变形规律,进一步针对衬砌拉应力过大的问题,提出了分块式衬砌的结构设计方案。结果表明:随着缓冲层厚度增大,围岩受力变形得到明显改善,位移与应力分别减小为原来的3.7%、10%,而衬砌位移增大了71.4%;交界面剪切特性改变对结构的影响大于围岩,且缓冲层与衬砌的变化趋势相反;分块式结构能够明显改善软岩储能硐室衬砌的受力情况,减少衬砌开裂风险。研究结果可为废弃煤矿软岩压气储能硐室长期稳定性及结构设计提供支撑。
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地铁振动对邻近综合管廊动力响应机制影响研究

徐强, 杜景山, 吴韶艳, 常曙光, 肖飞

2026, 22(5): 1814-1828. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2026.05.26

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线性工程受场地条件限制无法避免邻近扰动,地铁列车运行振动可能会对地下管廊产生动力效应。以西安市昆明路管廊邻近地铁5号线为工程背景,采用现场实测与数值模拟相结合的方法,研究地铁运行振动对邻近综合管廊动力响应机制影响。结果表明:管廊内部结构的动力响应会在位移约束较少的方向表现出振动放大效应,管廊底板中间位置测点竖向加速度峰值相较于底板南侧距离地铁最近处测点放大约24.3%;钢结构支架动力响应的放大效应更为显著,空心钢支架中心位置的竖向加速度峰值相较于空心钢支架南侧与管廊侧壁相接位置放大约37.7%;除测点4外,混凝土支墩的竖向加速度大于水平加速度;各测点竖向及南北向的优势频段均为中频段(30~70 Hz)。
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穿越破碎带隧道围岩开挖响应分析

郑艾辰, 刘星辰, 黄锋, 杨冬, 万国庆

2026, 22(5): 1829-1839. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2026.05.27

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针对穿越破碎带隧道工程中围岩稳定性问题,通过缩尺模型试验与PFC3D-FLAC3D耦合计算方法,揭示了破碎带与隧道轴线相交时的围岩响应机制。结果表明:破碎带滑移错动导致其两侧1D(隧道直径)范围内围岩应力显著调整,相较于均质地层,开挖影响范围扩大25%;位移场在破碎带界面呈现明显不连续特征,围岩收敛与掌子面挤出变形集中发生于破碎带与隧道交叉区;滑移模式受地层竖向位移差异控制,当开挖方向由下盘向上盘推进时,滑移模式从逆向(滑移面倾角>破碎带倾角)向正向(滑移面倾角<破碎带倾角)转变;围岩最大收敛变形出现在穿越破碎带区段,且变形量随破碎带厚度增加(5~15 m)呈负相关,随倾角增大(30~90°)呈正相关;采用下盘向上盘的顺倾向开挖方式更有利于围岩稳定。研究成果可为破碎带隧道施工安全控制提供理论依据。
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基于Kerr地基模型的穿越活动断层隧道力学响应分析

惠强, 高峰, 杜鹏程, 熊朝阳, 谭绪凯

2026, 22(5): 1840-1852. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2026.05.28

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为研究穿越活动断层隧道的纵向变形及力学响应规律,提出了一种考虑断层水平-竖向双向错动的解析模型。将隧道简化为放置在Kerr三参数地基模型上的Timoshenko 梁,结合位错理论得到断层错动下地层位移场,并将隧道轴线处的地层位移转化为作用于隧道结构的水平-竖向附加荷载体系,应用有限差分法建立了数值计算模型。结果表明:相较Pasternak模型和忽略水平荷载的Kerr模型,所建立的模型计算结果与数值模拟结果更为接近;断层倾角的增大会导致断层影响区域范围变小,同时区域内的隧道弯矩和剪力逐渐增大,轴力逐渐减小;断层大错动作用下,隧道直径越大,隧道的纵向内力越大;随着地基弹簧刚度的增加,隧道受断层错动的纵向影响范围减小,但隧道结构承受的内力增大。
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不同围岩等级下TBM掘进参数优化区间研究

姜岳, 周小雄, 龚秋明, 刘扬扬, 许建述

2026, 22(5): 1853-1861. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2026.05.29

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硬岩隧道掘进机(TBM)掘进性能受岩体参数和掘进参数的共同影响,通过现场掘进数据分析不同围岩等级下掘进参数与掘进性能的相关性具有重要意义。依托新疆某隧洞引水工程,在分析岩体特征可掘性指数分布特点的基础上,筛选上下分位点之间围岩分级相对准确的数据。通过分析不同围岩等级下掘进参数与掘进速度和比能的相关性,提出刀盘转速和贯入度的优化区间。结果表明:综合考虑掘进参数对掘进速度与比能的影响,Ⅱ级围岩中刀盘转速大于6 r/min、贯入度大于2 mm/r,Ⅲ级围岩与岩体条件较好的Ⅳ级围岩中刀盘转速5~6 r/min、贯入度大于9 mm/r,不良地质段刀盘转速小于4 r/min且掘进速度小于1.8 m/h。研究结果可为TBM高效掘进提供理论指导。
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考虑岩体损伤特性的小净距泥岩隧道合理净距研究

徐兆云, 杨文波, 李昊豫, 许文雨, 杨侨伟

2026, 22(5): 1862-1875. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2026.05.30

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为了探究小净距泥岩隧道的变形特征与力学特性,以重庆某隧道为工程背景,通过模型试验,对小净距泥岩隧道开挖后的隧道损伤情况、沉降变形、围岩应力和钢拱架内力进行了分析,并研究了小净距隧道对不同埋深、净距和错距下围岩损伤敏感程度。结果表明:小净距隧道围岩损伤敏感程度为埋深影响大于净距和错距影响。在此基础上,通过FLAC^3D软件建立了劣化损伤本构模型,研究了不同埋深、不同净距下小净距隧道中夹岩损伤情况。根据围岩损伤区、变形模量和黏聚力弱化情况,分别确定出不同的最小安全净距。通过基于博弈论的主客观组合赋权方法,综合得出了小净距隧道在不同埋深下的最小安全净距选择公式。
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TBM设备选型的简化定量研究

傅铭焕, 余建平, 徐轶慷, 郑国兵, 吴蕾

2026, 22(5): 1876-1894. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2026.05.31

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为简化TBM定量选型工作量,将定量选型工作由高精尖科研院所普及到普通生产技术部门,提出了开敞式、单护盾及双护盾3种TBM设备选型的简化定量模型。对当前普遍认可的TBM掘进适应性及安全适应性影响因素进行分析比较,筛选出TBM选型的5个关键影响因素。构建TBM设备选型影响因子的隶属度函数及影响权重,通过模糊数学评价模型定性计算各类设备适应度。结果表明:开敞式TBM的关键影响因素权重排序为破碎带宽度=围岩挤压变形＞岩石单轴抗压强度＞突涌水＞岩石完整性系数;护盾式TBM为围岩挤压变形＞破碎带宽度＞岩石单轴抗压强度＞突涌水＞岩石完整性系数;围岩单轴抗压强度、岩石完整性系数的选型隶属度呈梯形分布,破碎带宽度、突涌水呈降半梯形分布,围岩挤压变形呈升半梯形分布。本文提出的简化定量研究模型通过实际工程进行了检验,可为TBM设备选型提供参考。
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无中导连拱隧道施工稳定性分析及控制研究

拓明星, 彭之浩, 邓志云, 刘保国, 陈俊武

2026, 22(5): 1895-1908. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2026.05.32

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无中导连拱隧道因施工效率高、空间利用率优良而广泛应用,在大断面开挖时,围岩稳定性、应力转换及后行洞爆破对先行洞结构的影响成为施工安全的关键。系统分析了无中导连拱隧道的结构特点、施工难点与技术挑战,并提出了优化爆破方案、调整开挖方法及隧道结构设计的控制措施。结果表明:无中导连拱隧道施工中的问题主要集中在大断面开挖时的复杂应力转换、围岩稳定性控制以及后行洞爆破对先行洞的影响;大断面开挖时,面临着应力转换复杂、围岩稳定性控制困难等问题,尤其是后行洞爆破对先行洞的影响以及中墙受力复杂,需保证其强度、刚度以及合理的结构形式;为确保施工过程中的稳定性,必须严格控制后行洞的施工步距与开挖方案,加强隧道整体强度与稳定性,并特别关注中墙搭接处;应关注无中导连拱隧道荷载分布特征及受力转换机理,揭示力学行为规律,以便优化结构设计方案;在爆破振动方面,优化爆破方案、改进开挖方法和传播路径有助于减少爆破对隧道结构的影响,提高施工效率和安全性,但中墙及先行洞二衬结构的振动响应特性以及隔震层方案需进一步研究。此外,可将人工智能技术引入无中导连拱隧道,利用基于卷积神经网络的图像识别技术和自适应学习机制实现中墙等易发病害区域的实时监控、风险预测与预警,并优化爆破参数提升施工效率和安全性。研究成果可为提升无中导连拱隧道施工稳定性及智能化水平提供参考。
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近接加筋土边坡强夯振动传播特性研究

马耀宇, 谢强, 薛孝强, 许永平, 柏福生

2026, 22(5): 1909-1918. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2026.05.33

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随着中西部复杂山区重大基础设施建设的推进,强夯与填方边坡支护的协同施工成为关键挑战。强夯法虽能高效加固地基,但其冲击荷载引发的振动波易导致加筋土边坡失稳。以西南某换流站高填方工程为依托,通过现场检测、FFT滤波处理与离散元数值模拟,对近接加筋土边坡的强夯振动传播特性进行研究。研究结合FFT低通滤波(截止频率40 Hz)提取有效振动信号,并基于PFC^3D建立加筋土边坡离散元模型,与现场检测结果进行对比。结果表明:强夯振动速度峰值随夯检距呈负幂函数衰减,格栅区衰减系数显著高于无格栅区,表明土工格栅处理后的加筋土区域可增强振动衰减;边坡振动速度峰值沿45°坡面基本呈线性衰减,优化后最大振动速度降至0.05~0.09 m/s;揭示了格栅加筋对振动传播路径的调控机制,可通过调整夯击能级与夯检距降低近接加筋土边坡塑性变形风险。研究成果可为强夯-支护协同施工及复杂地形下地基处理与边坡稳定性控制提供参考。

防灾与环境

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盾构隧道不同接缝防水体系渗漏机理及性能研究

李腾飞, 张高乐, 张稳军, 杨洋, 于勇

2026, 22(5): 1919-1928. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2026.05.34

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为探明盾构隧道管片接缝不同防水体系的性能演进规律与失效模式,采用数值模拟与室内试验相结合的研究方法,对单道密封垫、双道密封垫及考虑螺栓孔的双道密封垫3种典型管片接缝防水体系进行了对比研究。基于耦合的拉格朗日-欧拉方法,建立了3种防水体系的流固耦合模型,揭示了不同防水体系的渗漏失效机理。利用自主设计的多功能防水性能试验装置,开展了不同防水体系的防水性能试验,验证了数值模拟的可靠性,并进一步对比分析了不同接缝变形下3种防水体系的防水性能。结果表明:不同管片接缝防水体系的构造型式主导了其失效模式的演化规律,分别呈现出“单点脆性”失效(单道体系)、“串联韧性增效”(双道体系)及“旁路短板”失效(考虑螺栓孔的双道体系);此外,管片接缝的张开与错台变形均会导致不同防水体系防水性能的劣化,且双道密封垫防水体系对错台的敏感度更高;双道密封垫防水体系的整体防水能力遵循“系统性木桶理论”,其性能发挥显著受限于螺栓孔等薄弱环节。本文所揭示的“旁路短板”失效模式与“系统性木桶理论”,为高水压隧道接缝双道密封垫防水体系的优化设计确立了“性能匹配”的新原则。
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软硬不均地层盾构刀盘结泥风险分级边界研究

邓声君, 郑修福, 林洹宇, 李林, 白云

2026, 22(5): 1929-1937. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2026.05.35

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软硬不均地层盾构施工过程中,刀盘结泥现象易引发工程延误,传统风险分级体系未针对特定土层设置特定的风险分级边界导致评估偏差。本文提出基于液塑限指数的盾构刀盘结泥风险分级边界确定方法,通过改进的旋转搅拌混合黏附试验装置,系统研究含蒙脱石-高岭土复合黏土与砂的六种配比方案,得到不同含水率(5%~100%)下黏土-金属界面黏附特性。采用黏附率与覆盖率双参数指标表征黏土-金属界面黏附特性,分析土体液塑性指数与黏附率、覆盖率关系,结合液塑性指数采用定量阈值判定法建立分级边界准则。结果表明:(1)土样黏附率随液性指数增加呈现单峰分布特征,峰值出现在0.25~0.65区间,其中塑性指数＞28的高蒙脱石混合土(黏粒占比≥70%)峰值黏附率达0.325;(2)土样覆盖率与含水率呈正相关,随着含水率的增加,各组土样的覆盖率呈上升趋势,高蒙脱石含量土体(塑性指数大于31.1)在液性指数大于0.25时覆盖率突破80%;(3)修正后的液塑限分级标准显示:液性指数处于0.25~0.65区间且塑性指数大于28时属高风险区域,液性指数处于0.0~0.25,0.65~1区间且塑性指数为15~28时属结泥中风险区域,液性指数处于-0.25~0.0,1~1.5区间且塑性指数为10~15时属低风险区域。研究成果可为地质适应性风险防控提供量化依据。
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基于GIS-MPM耦合的山地滑坡灾害仿真技术

孙帆, 范泽英, 余浩, 龚晟, 曹聪

2026, 22(5): 1938-1947. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2026.05.36

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我国滑坡地质灾害频发且危害严重,山地地区滑坡尤为密集。目前数值模拟技术与基于地理信息系统(Geographic Information System, GIS)的评价技术已成为滑坡研究的重要手段。本文将物质点模拟方法(Material Point Method, MPM)与GIS技术无缝耦合,发挥前者的仿真能力以及后者数据管理、可视化等方面的优势,重点研究了大变形物质点法理论,提出了基于GIS-MPM耦合的滑坡模拟方法,并分别开发了基于ArcGIS平台的脚本工具和能脱离ArcGIS平台独立运行的仿真平台,避免了数据在不同软件平台中的传输,提高了集成灵活性、操作便捷性以及计算效率等;结合真实滑坡案例,利用GIS-MPM耦合方法完整再现了滑坡失稳-滑动-堆积全过程的几何与运动特征,并完成三维可视化展示。研究成果有效提高了山地滑坡灾害研究的信息化与智能化水平。
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轨道交通洪涝防御安全阈值研究

陆娴, 陈峰

2026, 22(5): 1948-1954. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2026.05.37

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在全球气候变化背景下,城市轨道交通系统面临的洪涝风险日益严峻,现有防御标准缺乏科学依据,适用性存在争议。通过系统分析轨道交通与城市洪涝防御的异同,构建了包含基本防御、超标防御和应急防御的三级防御体系,并提出了相应的阈值确定方法。以上海为例,基于1 091个(占比82%)位于强排系统的地面出入口空间分布特征,采用无源淹没模拟,结合概率统计方法,建立了分级防御阈值:(1)基本防御阈值依据100年一遇内涝积水高程与周边地面高程综合确定;(2)超标防御阈值采用95%保证率下的安全超高值;(3)应急防御阈值通过溃堤模型模拟防洪体系失效情景的动态响应。研究结果表明:现行固定挡水高度标准难以适应复杂地形条件,而三级防御体系通过分层设防可显著提升系统防灾韧性。研究成果可为城市轨道交通洪涝防御提供量化决策工具。

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