我国西北地区土壤及地下水中含有浓度较高的Cl^-、SO₄^2-和Mg²⁺,侵蚀性离子会渗入到隧道中衬砌混凝土,严重威胁着混凝土结构的服役寿命。本文采用正交试验探究了水胶比、硅灰掺量、粉煤灰掺量对衬砌混凝土性能的影响。为了更好地模拟实际环境,分别配制了5种不同类型的含Cl^-、SO₄^2-和Mg²⁺复合盐溶液,并选取正交试验中的最优因素组合开展了56天侵蚀后其抗压强度以及表层氯离子浓度的变化规律的研究,采用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射(XRD)对侵蚀过程进行了微观分析。结果表明:水胶比、粉煤灰掺量、硅灰掺量为0.33、30%、8%时,衬砌混凝土力学性能及抗氯离子侵蚀性能最佳;当混凝土在Cl^-和SO₄^2- 共同作用下,水化产物钙矾石膨胀破坏其内部结构,导致抗压强度下降,Cl^-侵入速率加快;而Cl^-和Mg²⁺共同作用下,Mg²⁺的侵入会破坏混凝土内部的碱性环境,也会造成抗压强度的降低,但其生成物Mg(OH)₂会阻碍Cl^-侵入材料内部;当Cl^-、SO₄^2-和Mg²⁺共同作用下,Mg²⁺和SO₄^2-可分别在不同程度上抑制Cl^-的侵蚀速率,同时SO₄^2-和Mg²⁺存在相互抑制的复合作用,使得有效降低混凝土的抗压强度损失。

传感器技术、物联网、大数据以及人工智能技术已广泛应用于隧道建设工程领域,促进了智慧隧道通风系统数字孪生的发展。本研究旨在探索智慧隧道施工通风系统的数字孪生应用,以实现精准通风调控效果,提高施工环境安全管理水平和通风效率。从构建施工隧道通风系统数字孪生的相关研究基础与智能通风的现状分析入手,提出了算测协同的智慧隧道施工通风系统的数字孪生构架,由实体空间、虚拟空间、数据融合、机理模型和应用服务5个模块组成。进一步设计了智能通风数字孪生管理平台架构,针对数字孪生的同步机制,提出了实时数据驱动的多维融合模型,以实现虚拟空间与实体空间状态和动作的精准映射。创建了简捷的施工隧道智能通风系统,并将其融入智能通风数字孪生管理平台且已在某施工隧道通风中获得成功应用。本研究为施工隧道通风管理提供了一种新的思路和方法。

为了实现“双碳”战略,国家正逐步采取措施降低燃煤火电比重,增加清洁能源太阳能和风能等的使用。近些年由于可再生能源的时空不确定性和大型储能设施的匮乏,弃风弃电弃光现象愈演愈烈。为了提高风能和太阳能的利用率,提出在太阳能风能富集地区利用废弃煤矿采空区作为地下抽水蓄能水库,以促进可再生能源的转储并用。论文从采空区最大库容、可用库容和气液交换等方面分析了采空区作为抽水蓄能地下水库的储存能力,并结合我国典型废弃煤矿采空区特点和相关气象数据,分析了拟建采空区地下水库的储能系统的能量和库容变化特征。综合分析得出结论:在风能和太阳能丰富的中国西北和西南地区,利用废弃煤矿采空区开发抽水蓄能电厂在技术上是可行的。

城市地下空间绿色、健康发展是践行“绿水青山就是金山银山”理念,努力建设人与自然和谐共生的现代化的必然要求。针对当前我国地下空间绿色建造理论体系不系统、不完善的现状,总结形成了地下工程绿色建造“三三”理念,即在规划、设计和施工三阶段,充分考虑环境、资源、成本三要素,并遵照全寿命期成本最小化原理、四节一环保的目标导向和“人、建筑与自然”和谐共生的可持续发展理念三个基本原则。此外,通过调研国内外绿色建造相关案例及技术,系统搭建了地下工程绿色规划、绿色设计、绿色施工3个阶段的技术体系框架,并汇总了相关绿色技术实践。文章提出的地下工程绿色建造理念和搭建的绿色建造技术体系可填补地下工程绿色建造领域理论的不足之处,以期对我国地下空间绿色建造提供引导和借鉴。

在空孔直眼掏槽爆破中,空孔常用作辅助自由面和爆破岩石的补偿空间,其对爆破效果有着重要的影响。本文以某铁路隧道工程为背景,通过理论分析、数值模拟及现场应用三个重要手段对空孔直眼掏槽爆破进行研究,借助ANSYS/LS-DYNA有限元软件分析了多炮孔爆破作用下不同空孔直径及炮孔与空孔间距两个关键技术参数对爆破效果的影响。结果表明:空孔直眼掏槽爆破槽腔最终的成型效果与空孔直径大小、装药孔至空孔的距离有关,当空孔直径为2倍装药炮孔直径且二者间距为2.5倍空孔直径时,掏槽爆破效果最好。基于理论分析及数值模拟结果对现场进行空孔直眼掏槽爆破设计及应用,发现掌子面平整光滑,平均线性超挖均值在15 cm以内,轮廓成型质量较高,验证了数值模拟及爆破方案的合理性。研究成果可为类似隧道断面爆破设计提供参考。

中国地下空间利用规模在未来很长一段时间将保持持续增长,可为多种减排增汇技术提供充足且稳定的空间和设施支撑,对实现“双碳”目标具有重要意义。为揭示中国地下空间响应“双碳”目标的研究热点及趋势,以中国知网数据库中截至2024年01月之前发表的944篇学术论文为数据样本,基于VOSviewer软件对该领域年度发文量、载文期刊分布、文献关键词、发文机构等进行可视化分析。结果表明:中国地下空间响应“双碳”目标的研究文献呈现出波动增长,近两年文献数量显著增加;研究内容主要集中在地铁低碳效应、地下物流、CO₂地下利用与封存及地下储能等方面。从空间紧凑、能源多元、功能整合、建设分期4个方面分析中国地下空间响应“双碳”目标的研究发展趋势。

小应变硬化(HSS)模型能够反映土体在小应变范围内模量的高度非线性,已被广泛应用于复杂地质条件下的基坑变形计算。模型参数的合理取值对于计算结果有着重要影响,但目前规范参数推荐值范围较大,给工程应用带来了不便,因此亟需解决模型参数精确取值问题。分析了已有HSS模型参数的数据特征,引入人工神经网络方法(ANN),得到了上海土体 HSS 模型模量参数与土体初始孔隙比e、压缩模量E_s1-2等的经验关系。实现了通过常规工程勘察报告快速准确确定 HSS 模型模量参数,确定的参数值较推荐取值更接近实测值。研究成果可以为上海地区地下工程提供参考。

针对穿越断层破碎带的大断面隧道,通过室内试验研究岩样力学与渗透特性,基于岩体完整性指数与物理力学指标的相关性,量化不同破碎程度下的围岩参数指标。考虑围岩渗透性随围压变化,建立三维数值模型,分析破碎带围岩工程特性对隧道变形的影响规律,并通过现场监测掌握隧道变形与支护结构受力变化。结果表明:(1)破碎带岩样力学性质受水-岩作用影响大,饱和状态下岩样峰值应力相较干燥状态显著减小;(2)破碎带岩样渗透率随围压增大呈对数关系减小,当围压超过裂纹闭合应力后,岩样渗透贯通水压接近;(3)随断层破碎带岩体完整性指数K_v减小,隧道拱顶最大沉降量呈对数关系增大,渗流作用对隧道变形不利影响增大;(4)通过采取合理的加强支护措施及参数,隧道安全穿越断层破碎带里程段。研究成果可作为工程应用参考。

随着我国交通网络的发展与施工水平提升,大量高难度隧道的修建推动了隧道工程研究深入发展。压力拱作为围岩承载的主要区域,其范围影响隧道的稳定性,因此有大量针对隧道压力(承载)拱的研究,但却鲜有系统性总结。本文调研了压力拱的研究进展,回顾了发展历史,梳理了研究手段与边界判定方法,其中“切向应力大于原岩应力”的内边界与“切向应力恢复至原岩应力110%”的外边界被广泛认可。压力拱的形成受围岩条件、地应力量级、隧道形状尺寸及施工因素的共同影响。其演变过程分为初始压力拱、分离压力拱、稳定压力拱与塌落压力拱4种状态,施工支护的目标是避免塌落压力拱的出现。围岩压力与压力拱范围的关系表明,岩类隧道支护结构主要提供形变压力以保持围岩稳定,土类隧道支护结构主要受压力拱内土体的松散荷载。未来研究应完善成拱机制,探究非均质岩体中压力拱分布规律及三维动态形态。

岩爆是地下工程中常见的一种动力地质灾害。为提高岩爆等级的预测效果及预测模型的泛化性,提出了一种具有优良记忆性和强时序性的门控循环单元(Gate Recurrent Unit,GRU)神经网络模型预测岩爆等级。首先,综合岩爆成因特点并基于灰色关联分析筛选出合理的岩爆预测指标,采用已有研究成果的137组岩爆样本数据作为输入和输出数据集。其次,通过模型的超参数调整以确定最佳超参数和最佳预测效果,将GRU模型的岩爆等级预测效果与RF模型、SVM模型、CNN模型、LSTM模型、BP模型、Russenes判据、王元汉判据、关宝树判据、脆性系数判据和弹性能指数判据的岩爆等级预测效果进行比较以验证GRU模型的有效性,并根据不同模型的随机采样分析检验GRU模型的泛化性。最后,采用2个工程实例验证GRU模型的实用性。结果表明:合理的岩爆预测指标为围岩切向应力σ_θ、应力系数σ_θ/σ_c、压拉比σ_c/σ_t和弹性能指数W_et;GRU模型预测岩爆等级的效果明显高于上述其他预测方法;根据不同模型的随机采样分析结果可知,GRU模型预测岩爆等级的泛化性强;2个工程实例的岩爆等级预测结果与实际岩爆情况比较符合,本文所提出的GRU模型具有实用性。

为探明富水地层条件下预应力锚杆对隧道支护时的力学状态,以深埋隧道为例,基于三维Hoek-Brown屈服准则,考虑水力耦合及围岩应变软化的影响,将预应力锚杆视为带有锚垫板及两端应变不为零的被动锚杆模型,对隧道围岩进行了弹塑性分析,由此采用粘结-滑移理论建立了预应力锚杆剪切应力分布及端部预应力的数值计算方法,并通过与相关工程案例计算结果的对比分析,验证了本文计算方法的合理性。同时,依托实际工程对不同因素影响下围岩应力和位移的变化规律进行参数分析。结果表明:本文方法计算得到的锚杆轴力最大值、隧道表面力和锚杆中性点位置均与所选取工程案例的监测值拟合良好,且当锚杆剪切应力达到隧道壁峰值应力时,在隧道壁附近锚杆与围岩之间会发生解耦现象;依托实际工程反映了本文方法可有效解决深埋隧道预应力锚杆在工程中的设计计算问题,且预应力锚杆安装后可有效减小围岩变形,相比被动锚杆,其支护效果更好,研究成果可为类似工程地质条件下深埋隧道支护设计提供理论指导。

城市更新背景下,存量地下商业街如何满足公众对空间品质的需求成为亟待解决的问题。转角空间作为地下商业街步行系统中的重要节点,是影响空间活力、步行导向、行人生理、心理的关键区域。基于行人友好视角,探究地下不同转角之间距离、构成要素、角度对行人行为影响,并结合空间操作方法提出(单建)地下商业街适应性转角空间优化策略,以期对地下商业街转角空间设计优化实践提供应用价值。结果表明:采用钝角转角、合适的转角间距、增大转角处界面积能够有效提升街道整体活力和店铺吸引力。

复杂环境基坑周边空间愈加有限,经典土压力理论所假设的半无限空间与实际工程不符,使得有限土体基坑主动土压力仍缺乏合理的计算方法。以有限土体基坑柔性围护桩和砂土为研究对象,采用单排桩悬臂支护模式且围护桩底端固定,开展了四种不同土体宽度下的基坑开挖模型试验,以探究主动土压力和围护桩水平位移沿围护桩分布特征。结果表明:各土体宽度侧支护结构水平位移近似三角形变位模式,土压力随开挖深度增大逐渐近似“D”型分布,最大值约出现在0.8H深度位置。通过极限平衡法对土体微分单元进行受力分析,推导极限状态下有限土体主动土压力分布,结合考虑位移影响的摩擦角发挥模型,推导了有限土体非极限主动土压力分布、合力大小以及作用点高度。通过土压力试验值和本文理论值的对比,验证了本文计算方法的有效性。经参数分析发现土压力与宽高比正相关,与内摩擦角负相关,区分有限土体与半无限土体的临界宽高比n_cr = 0.5。

城市用地紧张和学生数量增加导致高校老旧校园发展受限。以中国矿业大学(北京)学院路老旧校园为研究对象,基于地上地下空间整合理念,从功能分区整合、交通优化、地下空间安全疏散以及空间品质提升四个方面研究其更新方法。通过分析确定拆除部分现有老旧建筑,结合周边环境和拆除后校园地上地下状况,整合校园功能与分区,实现校园内部小汽车、货车和人员分流;针对较大规模且上部空间无法开口的地下文体馆,提出了“功能区—次安全区—安全区(下沉空间)”的安全疏散体系,并通过模拟软件验证了其合理性。通过下沉通廊、下沉庭院和天窗等设计手法有效解决了地下空间采光问题。上述方法不仅增加了校园各类建筑的面积,而且提升了校园空间品质。研究结果将为中国矿业大学(北京)学院路校园改造提供具体方案,为高校老旧校园的更新提供有效的方法。

近年来,极端天气频繁发生,加上人类活动加剧,导致西北地区地下水位波动频繁,对固化土产生了较大影响。本文以粉煤灰和钢渣为原料,通过碱性硅酸钠溶液激发形成一种较高强度地聚物凝胶材料固化黄土,通过无侧限抗压强度试验、直剪试验、电子显微镜扫描试验(SEM)和X射线衍射试验(XRD),研究干湿循环后的固化土力学性能以及微观结构的变化。结果表明:干湿循环湿化度是固化土劣化的一个重要因素,随着湿化度增加,固化土的劣化程度增加;同时,添加地聚物可以有效减缓固化土的劣化程度,固化土黏聚力随着循环次数的增加呈线性持续劣化趋势,掺量为20%的聚合物固化土具有较好的抗干湿稳定性;经过15次循环后,素土和固化土的内摩擦角在前7次干湿循环中均有所减小,但在第7次之后变化趋势平缓;通过SEM和XRD分析观察到,在干湿循环的初期,固化土中存在少量未反应的钢渣和粉煤灰,这些物质在继续水化反应后形成了C-S-H和C-A-S-H胶凝物质,填充了土颗粒之间的空隙,减缓了固化过程的劣化程度。

长期沉降是运营期盾构隧道纵向结构安全的重要影响因素之一。为了更精确地预测运营期盾构隧道长期沉降发展情况,本文采用深度学习算法提出了基于经验模态分解-多层长短期记忆人工神经网络(EMD-多层LSTM)的运营期盾构隧道长期沉降预测方法。建立的方法主要通过数据前处理、经验模态分解、预测模型构建和结果重构4个关键步骤实现对运营期盾构隧道长期沉降的预测,并成功应用于上海地铁10号线多个监测点的长期沉降预测分析中。结果表明:(1)相较于传统LSTM和支持向量机(SVM)等基准算法,本研究所提出的模型能够更有效的预测运营期盾构隧道长期沉降的动态发展情况,模型泛化能力显著提升,长期沉降预测结果精度良好,最大绝对预测误差可控制在1.3 mm以内;(2)通过模型适用性能分析表明,本文建立的EMD-多层LSTM预测模型适用性能好,能在不同情况下始终保持模型的预测结果真实可信。本文提出的预测方法为运营期盾构隧道长期沉降预测提供了一种新的解决途径。

盾构法以不影响地面交通、机械化程度高、施工周期短等优势而被广泛应用于地铁隧道建设中。盾构法在施工过程中时常面临管片不均匀上浮引起的开裂、破损等问题,影响隧道的正常使用,而盾构隧道管片上浮机理与理论计算方面的研究还较为少见。本文针对盾构隧道施工期管片的不均匀上浮问题,深入分析了管片初始上浮阶段的上浮机理,提出了相应的上浮力/抗浮力、上浮量理论计算公式,结合工程算例对理论计算结果进行对比分析。结果表明:管片初始上浮可以分为快速上浮、缓慢上浮两阶段,其中快速上浮阶段上浮量约占总上浮量的80%~90%;总上浮量理论计算值均大于监测值,但每环管片上浮量的计算误差较为稳定,本文提出的理论计算公式可以为管片上浮量计算提供参考。

综合管廊建设对提升城市生命线韧性、集约利用城市立体空间具有显著作用,是服务城市高质量发展的重要基础设施。基于城市综合管廊规划建设的现实需求,利用层次分析法和专家咨询法明确15个关键影响因子的赋值规则与权重,构建城市综合管廊规划建设适宜性评价体系,借助GIS空间分析与统计功能,较为科学、客观地评估了研究区道路的综合管廊适建性,并以道路综合管廊建设率和城市综合管廊建设密度指标优化建设规模,平衡综合管廊建设覆盖与基础设施建设支出,为区域综合管廊规划方案提供支撑。

Burgers力学元件蠕变模型由于其简洁的数学形式,目前广泛应用于冻土工程的蠕变计算中。力学元件模型的计算准确性很大程度上取决于模型参数获取方法的准确性。现阶段采用Burgers模型的蠕变计算分析工作大多是基于“试错法”原理进行蠕变参数的确定,该方法缺乏明确的物理意义,从而大大降低了模型的可靠性。本文以冻结粉质黏土为试验对象,开展了不同温度和轴向压力条件下的单轴蠕变试验。结合Burgers蠕变模型和不同条件下的蠕变应变试验数据提出了根据物理意义标定参数的方法,Maxwell弹性剪切模量G_M是通过施加荷载时的瞬时应变来计算的;Maxwell粘滞系数H_M取决于蠕变应变曲线上直线段的斜率;Kelvin弹性剪切模量G_K可以根据直线段延长线与应变轴的交点来确定;Kelvin粘滞系数H_K则可以通过蠕变应变曲线上蠕变应变率非线性减小段的某一点的应变和时间来计算。该方法的提出为参数的确定提供了理论基础,与“试错法”相比,该方法更加科学直观且提高了参数确定的准确性和效率。通过对比分析试验结果与计算结果表明,Burgers模型的计算结果能够准确描述冻土蠕变的衰减和稳定发展蠕变阶段。这说明本文提出的Burgers模型参数确定方法是有效的。

为降低隧道楔形掏槽爆破振动强度,基于Mohr-Coulomb强度准则及最大拉应力理论与Anderson叠加原理,提出隧道楔形掏槽爆破精确延时技术。通过理论分析,揭示了楔形掏槽延时爆破机理,优化了掏槽孔起爆顺序;引入Gauss函数,对爆破振动波型进行拟合,得到了对应的函数表达式;结合Matlab软件对其进行不同延期时间的叠加计算,得到了降低爆破振动的精确延期时间。以国道109齐家庄隧道为背景工程,结果表明:楔形掏槽延时爆破,降低了单段起爆药量、改善了后爆孔爆破破岩条件并减弱了爆破振动传播能量;当延期时间为13 ms时,与常规掏槽爆破相比,振动强度降低约60%;理论分析与现场监测数据相对误差13.9%,验证了该技术的有效性。

软岩隧洞大变形控制是长距离引调水工程中难以避免的技术难题。滇中引水工程输水总干渠昆明段蔡家村隧洞埋深大,成岩年代久远,断层构造和节理裂隙发育,施工过程中软岩洞段频繁发生造成侵限换拱的大变形,对工程建设安全、进度和成本构成严重威胁。总结分析了隧洞建设过程中出现的大变形情况和原因,并以4^#施工支洞上游主洞段为例,通过数值仿真分析等手段,研究了大变形特征和处理措施的有效性,在此基础上提出了基于强度和强度应力比的大变形分级评价标准和包括开挖台阶、预留变形量、超前支护、一次支护和垫层等在内的综合处理措指南,有效解决了后续软岩洞段的大变形问题。研究成果可为类似地质条件下的隧洞建设提供经验借鉴。

碎石桩在工程中应用广泛,其承载力是评价碎石桩工程性能的重要指标。基于圆孔扩张理论,引入拓展Lade-Duncan破坏准则推导了碎石桩单桩承载力计算公式,考虑应力扩张叠加效应,推导了方形布桩方案下碎石桩承载力计算公式。开展了室内缩尺模型试验,得出碎石桩最大鼓胀深度位于约二倍桩径深度处,为理论计算提供了依据。最后,通过现场试验与已有研究成果,对提出的计算方法进行了对比验证,结果表明:已有碎石桩承载力计算公式计算结果较为保守,引入拓展Lade-Duncan破坏准则的计算公式得出的承载力与实测值更为接近,可为相关工程及研究提供参考。

在国家大力推进“高质量发展”的今天,高校各学科对实验室环境的要求也逐渐提高。在北京市总体规划政策“减量发展”的背景下,开发利用校园地下空间成为近年来北京高校发展不可或缺的手段之一,地下实验室的强抗干扰性也展现出重要优势。通过对国内外高校既有地下空间开发为地下实验空间的案例进行文献调研和分析,总结了地下实验建筑设计的若干要点。在此基础上,结合地段现状和周边现有建筑的功能需求,尝试对清华大学校园西区天文台周边地下空间进行初步策划、设计,并且针对地面入口形式和平面功能及流线组织逻辑的差异性进行了多方案对比,研究成果可为清华校园地下实验空间的未来发展提供参考。

为研究含水率、含盐量对伊犁盐渍化黄土水盐迁移机制的影响,开展了含盐黄土在冻融循环作用下的水盐迁移试验,分析了温度场、水分场和盐分场及其黏聚力变化规律。结果表明:在冻融作用下,盐渍化黄土的温度场、水分场和盐分场均表现出周期性变化;随着冻融循环次数的增加,土柱的含水率整体会提高,呈现出两端含水率高,中间含水率低的形态;冻融作用下土层的盐分变化与水分的总体变化具有一致性,未冻融前各土层盐分呈现均匀分布;在温度势的作用下,水分携带盐分向上迁移,导致土柱中上部分含盐量较高;含水率和含盐量的提高对水分和盐分迁移具有的促进作用;含水率的提高会在土颗粒之间起到润滑作用,导致低含水率的试样其黏聚力大于高含水率的试样;随着含盐量的提高,盐晶包裹土粒形成的团聚体起到骨架作用,使得高含盐量试样的黏聚力大于低含盐量的试样;冻融作用后盐渍化黄土的内摩擦角值呈现波浪分布。

在超大埋深软岩中修建隧道,由于地应力高、围岩软弱,常常导致隧道产生大变形灾害。采用超前中导洞应力释放技术释放部分地应力,可使围岩中高地应力场转变为低地应力场,降低正洞扩挖时围岩作用于支护结构上的力,从而减小隧道变形,保证支护结构的安全。本文以滇藏铁路丽香段哈巴雪山隧道为依托,分析中导洞不同超前距离工况下隧道的变形量、初期支护结构受力及围岩塑性区大小,提出中导洞合理超前距离,并通过现场监测对其应用效果进行分析。结果表明:中导洞超前距离为2倍中导洞洞径时,隧道变形及围岩塑性区较小,支护结构受力较为合理,且现场实测隧道变形平均可减小44.52%,初期支护结构围岩压力、钢筋应力及喷混应力平均降低32%、35%、31%。

基于摄影测量法的三轴试验可以实现试样局部变形的实时测量,但由于光线折射作用导致试样变形测量产生误差。通过引入折射修正系数(κ)不仅可以解决此问题,而且可以提高试验效率。为了探究不同试样轴向、径向变形测量中的折射修正系数变化趋势,分析应用折射修正系数测得的应力—应变曲线与常规三轴试验的差异,分别对红黏土和砂土开展基于摄影测量的固结排水三轴试验,结果表明:(1)在轴向变形测量中,红黏土和砂土不同局部区域的折射修正系数均趋近1,折射放大效应对试样轴向变形测量的影响可忽略不计;(2)在径向变形测量中,红黏土和砂土的折射修正系数分别为0.812和0.757,折射放大效应对试样径向变形测量的影响较大,且不同试样对应不同的折射修正系数;(3)常规三轴与应用折射修正系数所测得的应力—应变曲线变化趋势一致,在试验中后期,应用折射修正系数摄影测量测得的偏应力相对较小。

数值极限分析方法可以准确算出传统算法无法算出的有重土地基准确的极限承载力。由此可见,数值极限分析比传统的解析算法能更好解决复杂的岩土工程问题。利用荷载增量法,该法应用了工程材料受力从量变到质变的破坏原理,随着基础荷载的逐步增加,土基受力由弹性逐渐过渡到塑性,最后达到极限破坏状态,进而得到对应的极限荷载值。结合工程算例求得了条形基础荷载下地基的极限承载力,并与传统的 Terzaghi 、Vesic 、Chen 三 种经验结果进行了比较,表明数值极限分析法可比Terzaghi、Vesic、Chen经验法分别节省基础工程量40%、20%和相近。目前Terzaghi公式和Vesic公式均在实际工程中得到应用,Chen公式尚未见应用。

当前,城市轨道站点及周边区域综合开发相互脱节、站城融合不充分、可达性不足以及综合效益低等诸多一体化建设问题日渐凸显,且城市轨道站点的监督实施评估机制尚不完善。在搭建城市轨道站点评估体系框架的基础上,从用地功能、交通组织、空间环境、商业活力、经济效益、安全韧性、地下空间和实施成效8个维度建立了城市轨道站点一体化评估指标体系,并以北京32个轨道站点为研究对象,利用熵权—TOPSIS法开展轨道站点不同辐射范围尺度的评估及分类。结果表明,轨道站点辐射范围不同,轨道站点一体化建设的影响因素存在空间差异,通过利用K-means聚类将评估结果划分为4类,并提出了分类优化建议。

地下空间开发利用的推广对土地产权空间的精细化划定和管理提出了更高要求,在土地供应前划定三维产权空间更是存在诸多挑战。深圳前海合作区通过多个地下空间开发利用项目,在三维产权空间划定与管理等方面积累了宝贵经验。本文对地下空间开发利用过程中,在土地供应前划定三维产权空间及其管理所面临的问题进行深入剖析,并结合前海合作区典型地下空间开发利用案例和土地立体化管理相关政策经验分析,在精细化划定三维产权空间、在相关文件或证照中增加三维信息和图形、三维宗地核定和管理机制、立体化空间权利相关政策完善、项目实施机制等方面提出改进建议,研究成果可为我国地下空间开发利用实践和管理提供参考和借鉴。

为研究纤维增强复合材料(FRP)加固隧道开裂衬砌的阻裂性能,基于近场动力学理论,通过引入界面弱化准则,建立了FRP—钢筋混凝土结构的近场动力学模拟方法,开展了FRP—钢筋混凝土梁四点弯曲试验模拟验证,并对FRP加固隧道开裂衬砌问题进行建模分析,探究了FRP加固宽度与层数对多种开裂衬砌加固性能的影响规律。结果表明:界面脱黏是FRP加固开裂衬砌的主要失效模式;FRP加固宽度和层数与加固性能呈正相关关系,但当加固宽度超过拱底2/3、层数超过2层时,结构加固性能无显著提升;此外,裂缝分布位置与深度对FRP加固性能有显著影响,其中跨中裂缝的加固效果显著优于偏心裂缝;当跨中裂缝高比为1/5时,FRP加固后结构全局损伤指数降低了40.3%,显著提升了结构的阻裂性能。

在高海拔寒区,隧道病害严重威胁着道路的行车安全。本文利用现场试验获得的大量监测数据,研究了青藏高原某高海拔寒区隧道的气候特征及温度场时空分布规律,建立了水–热–力耦合冻胀模型,同时,采用COMSOL数学模块中的系数型偏微分方程和固体力学模型进行水热力数值模拟,利用监测数据验证了该模型的准确性,在此基础上,研究了该寒区隧道工程的水热力学分布特性,结果表明:外界气温与隧道温度之间具有强相关性,离洞口越近,两者之间响应越强;气温对隧道径向温度场的影响主要体现在衬砌和浅层围岩,对深层围岩温度影响较小且相对滞后;隧道洞口段衬砌和路面冻害严重,在冷季,隧道仰拱处的含冰量和边墙处的混凝土二衬应力达到最大值;此外,气象要素、衬砌与围岩间的相互作用是引起高海拔寒区隧道洞口段冻害破坏的主要原因。研究结果有助于更好地认识高海拔寒区隧道的水热力作用机理,可为寒区隧道工程的设计和养护提供科学依据。

地下交通基于TOD模式的发展,带动了周边商业空间向地下开发的进程,而地下交通与商业空间之间的连通空间成为了不可忽视的一环。本研究基于场所理论高度概括上海市人民广场站与徐家汇站两处连通空间中的空间构成,对空间结构与场所精神两方面考虑,进行实地调研与问卷发放,并通过探索性因子分析与SPSS算法软件辅助,找寻影响连通质量的强相关原因。将行人主观因素进行量化,总结出中心场所与方向、区域划分与塑造、空间主题文化、空间互动性、公共安全与管理5个影响因子,并从中提出相对应的优化方法,为地下连通空间设计提供一定参考。

针对狭小密闭空间内深基坑开挖支护难的问题,研发了高压喷射注浆系统(Metro Jet System, MJS)止水帷幕套打钻孔灌注桩的微扰动支护方案。以海安火车站站房扩建项目三期深基坑工程为例,应用Plaxis 3D有限元分析软件建立三维数值计算模型,对MJS止水帷幕在不同喷浆压力、喷浆范围、桩径大小和施工顺序工况下对临近既有建筑物桩基的变形影响进行了优化分析。结果表明:随着MJS桩喷浆压力系数的增大,既有桩基等深度处水平变形位移呈线性增长;随着MJS桩喷浆范围的减小,施工对临近既有桩基的变形影响沿桩深方向均有所减小;既有桩基变形位移随MJS桩径大小呈非线性变化;考虑多桩不同施工顺序的影响,从中间往两边对称的施工方法对临近既有桩基的累积变形量最小。研究成果可为类似狭小密闭空间内基坑开挖支护提供经验。

帷幕注浆是隧道工程地下水控制的一个重要措施,富水情况下由于卵石地层渗透系数大,易形成动水条件,使得浆液的扩散半径难以确定,这将导致帷幕质量难以控制。基于迂曲度理论,建立了动水条件下牛顿型浆液在卵石地层中柱形扩散的模型,并进一步分析了迂曲度、注浆压力、地下水压力、地层孔隙度、渗透率及浆液黏度对浆液扩散距离的影响。结果表明:动水条件下,浆液的顺水流方向扩散距离显著大于逆水流方向扩散距离,且迂曲度对浆液的扩散距离影响较大;逆水流方向扩散距离受注浆压力、地下水压力、渗透率和浆液黏度的影响较大,顺水流方向扩散距离受地下水压力的影响较小,受其余因素的影响同顺水流扩散距离;受迂曲效应的影响,逆水流和顺水流方向的扩散距离受孔隙度的影响较小。研究成果可为富水卵石地层注浆帷幕设计和施工提供理论支撑。

为提高岩溶塌陷风险预测精度,以重庆市中梁山地区457处历史塌陷点为基础数据,结合模糊层次分析法与信息量法划定岩溶塌陷易发性分区,并基于考虑塌陷点密度选定的均布非塌陷点建立受试者曲线(ROC),验证了该分区的准确性。利用近期57处降雨型岩溶塌陷点历史数据建立前期有效降雨量–降雨历时(P_EE-D)阈值方程,结合易发性分区构建启发式矩阵风险预测模型。通过塌陷概率同有效降雨强度和降雨历时的非线性拟合,得到降雨引发岩溶塌陷的连续概率值,进而与易发性分区耦合构建连续概率性预测模型。利用2021—2022年4次近发降雨致塌事件对以上两种岩溶塌陷预测模型进行了验证。结果表明:(1)选定不同倍数于塌陷点数的非塌陷点所得各ROC曲线下面积(AUC值)均达0.95以上,表明所划分易发性分区的准确性较高;(2)建立了中梁山地区降雨型岩溶塌陷连续概率的逻辑回归模型,该模型与临界降雨阈值模型所得离散概率结果拟合优度达0.913 5;(3)两种预测模型对4次近发塌陷事件出了基本相同的风险级别预测,但启发式矩阵风险预测模型所划分的极高风险区面积显著大于连续性概率预测模型,其预测结果偏保守。启发式矩阵风险预测模型易于实施,连续概率型风险预测模型具有更高的精度和空间辨识度。

岩锚锚碇是一种新型的悬索桥锚碇结构型式,受力机理复杂。为了研究悬索桥岩锚锚碇的变形特征和承载能力,以西堠门公铁两用大桥岩锚锚碇工程为例,在现场开展了1∶10岩锚锚碇缩尺模型试验,通过1.2P预应力工况加载、1P设计荷载工况加载和超载工况加载试验获得了岩锚锚碇在各级工况下的变形分布规律,研究了岩锚锚碇的承载特性。结果表明:在各级工况下,岩锚锚碇变形主要发生在两个岩锚体及其夹持的锚间岩体区域,变形分布曲线形态近似为以锚间岩体为中心的双峰状;实桥岩锚锚碇在设计荷载工况下的最大变形为4.17 mm,安全稳定系数为11,满足悬索桥锚碇变形限值和安全稳定性要求。研究成果为西堠门公铁两用大桥岩锚锚碇的安全评价提供了试验依据,也可为岩锚锚碇相关的研究和应用提供技术参考。

为改良花岗岩残积土以满足路堤填筑的需求,综合考虑木质素磺酸钙的特点,设计并开展木质素磺酸钙改良花岗岩残积土试验,综合宏观物理力学试验、室内模型试验以及微细观检测,系统分析了木质素磺酸钙能否满足路堤填筑需求以及改良机制。结果表明:(1)木质素磺酸钙的掺入,有效改良了花岗岩残积土路用性能,木质素磺酸钙掺量在4.00%达到最佳,与改良前相比,液限降低了32.28%、塑限降低了40.06%、最佳含水率降低了18.63%、承载比提升了567.09%,并且改良后均满足填筑规范要求;(2)木质素磺酸钙的掺入,显著提高了花岗岩残积土的力学性能,2.00%~8.00%掺量下固化体的抗压强度提升了61.12%~126.11%,内摩擦角增加了13.08%~37.74%,黏聚力提升了108.50%~379.86%;(3)木质素磺酸钙改良花岗岩残积土的增强机制主要有两个方面,一方面木质素磺酸钙水解后其本身能够发生质子化反应形成木质素聚合物,能够胶结土体,提升力学性能;另一方面木质素磺酸钙水解出的钙离子通过离子交换反应形成了典型的碳酸盐胶结物质CaMg(CO₃)₂,而碳酸盐胶结强度高于黏土矿物。

防空洞是重庆城市地下空间的重要组成部分,在抗战时期作为军民生产生活的避难所,提升了城市总体防护能力,为抗战提供了有效保障。如今,抗战时期重庆城区防空洞的再利用存在空间利用不足、设计理念不明等问题。因此,依托适应性再利用相关理论针对抗战时期重庆城区防空洞适应性再利用进行专门研究。首先,通过转化和再利用防空洞原有功能与空间,延续旧功能,使旧功能与新功能相融合,从而拓展新功能。其次,将现存战时防空洞的空间和功能进行地域特征表达、内部空间形态优化、生态景观展现、功能效率升级、安全性能提升的适应性再利用设计,以提高和延长战时防空洞的使用效率和寿命。最后,根据战时防空洞独有的地域特征,提出多元化融合规划、人防功能与防灾救助相结合、军用与民用功能相融合的适应性再利用设计策略,以期在平战结合背景下更好地发挥抗战时期重庆城区防空洞的文化与社会经济效益。

“3060”双碳目标是我国关于碳排放有效治理的重大战略目标。城市轨道交通运营客流强度管理重点关注车站大客流形成机理、演变机制、预警概率、风险管理及应急处置。仅依靠工作人员人工巡查及通过对特定区域预设监控图像监测,无法实现主动预判客流预警。基于AFC大数据及智能视频图像识别处理分析原理,提出地铁突发大客流预警双维度耦合触发机制。构建突发大客流耦合触发判定矩阵,分级定义突发大客流预警风险概率,提出客流管控应对指南。以南京地铁突发大客流智能预警信息平台为例,验证了预警机理及耦合触发机制模型准确性及可操作性。

为了进一步研究横观各向同性非饱和重塑黄土在复杂应力路径下的变形及强度特性,采用不同试验仪器(非饱和真三轴仪及非饱和三轴仪)对横观各向同性非饱和土体进行了3组共计39个固结剪切试验。结果表明:在真三轴剪切试验中,试样的应力—应变关系曲线呈现出应变硬化特征,并具有双曲线形态,应力也随吸力的增加而提高;随着剪切过程的持续,真三轴试样的含水率不断减小,相同b值、净围压条件下,吸力越大,含水率—轴向应变关系曲线斜率也越大;真三轴试样、K₀CD试验试样及K₀′CD试验试样在剪切试验中始终呈现剪缩状态;3种不同初始条件下试验试样的破坏应力大小依次为真三轴试验试样最大,K₀CD试验试样次之,K₀′CD试验试样最小;K₀CD试验试样的初始切线模量最大,K₀′CD试验试样次之,真三轴试验试样最小。研究成果对于推动横观各向同性非饱和黄土的力学性质研究、完善相关理论和准则、以及指导工程实践具有指导意义。