科学合理的规划设计是地下空间开发利用的前提,梳理地下空间规划设计的研究脉络、预测其发展趋势,可为地下空间的可持续利用和高质量发展提供借鉴。通过文献计量学可视化分析方法,对中国知网和Web of Science数据库的地下空间规划设计期刊文献进行分析,统计发文量,梳理学科门类、主要研究力量和关键词聚类等,结果表明:地下空间规划设计的研究发文量呈上升趋势;学科类型呈现多元化交叉学科发展趋势;主要研究国家/地区为中国,主要研究机构为上海市政工程设计研究总院(集团)有限公司和同济大学等。根据关键词突现分析可知,未来地下空间规划设计的研究将倾向于4个方面:地下空间舒适性和品质的提高;可持续发展目标下绿色、安全的地下空间设计;立体集约的地下空间综合规划布局;数字技术辅助地下空间规划设计。

在国家大力推动建筑工业化背景下,预制装配式建造技术得到了广泛关注与发展。相较于在地上建筑的大量研究与应用,预制装配式建造技术在地下空间的应用发展还有很大潜力。首先应用Citespace软件对2000年到2022年的地下装配式相关文献进行可视化分析,然后以地下综合管廊、地铁车站、隧道三类典型地下工程为例,总结了预制装配式建造技术在我国地下工程的应用现状,提出了当前地下工程预制装配式建造的5个重点研究方向,包括装配式衬砌拼装技术、装配式结构受力性能、预制构件连接接头、装配式结构抗震性能以及装配式结构防水性能。最后,总结了地下空间装配式结构的5个研究趋势,为预制装配式技术在地下工程中的推广应用提供参考。

为研究湿热环境下花岗岩强度损伤机制,对经历不同湿热循环作用预处理的中风化花岗岩试样进行单轴抗压强度试验和巴西劈裂试验,分析恒湿冷热循环、恒温干湿循环和热干-冷湿循环对花岗岩单轴抗压强度、弹性模量、劈裂强度及损伤因子的影响规律。结果表明:中风化花岗岩的单轴抗压强度、弹性模量均与湿热循环次数呈指数衰减关系,在冷热循环、干湿循环、热干-冷湿循环30次后,单轴抗压强度相较于初始状态的降幅依次为13.63%、19.76%和21.54%,弹性模量的降幅依次为42.78%、50.34%和53.78%;劈裂强度与湿热循环次数呈近似线性衰减关系,在冷热循环、干湿循环、热干-冷湿循环30次后,劈裂强度相较于初始状态的降幅依次为38.59%、65.65%和71.53%;通过损伤分析,发现考虑温、湿度耦合变化的热干-冷湿循对中风化花岗岩强度的损伤效应最显著,干湿循环造成的损伤效应次之,且劈裂强度较单轴抗压强度更易受到长期湿热循环的损伤作用。

大量研究认为轨道系统与城市街道可达性的叠加效应能集聚城市空间要素,轨交站域地上与地下步行网络系统耦合效应对公共空间品质有重要影响。以深圳市前海城市设计为研究对象,基于地铁站域的可达性以及现有研究成果,对轨交站域地面步行街道、地下步行通路活力指标进行提取量化,采用空间句法、网络分析、衰减叠加等方式做出数据分析,并通过熵权法分别对地上、地下步行网络进行指标集成,从而对街道综合活力的分布差异进行可视化。基于GIS平台对地上地下步行网络活力模拟值进行耦合计算,识别出方案设计阶段步行网络中三种耦合状态,针对耦合较差的区域提出初步改进策略。

某科学装置项目5号井基坑最大深度达45.45 m,是目前上海地区最深的非圆形基坑。该项目实施遇到并克服了诸多挑战和新技术难题,取得一些技术创新:为控制软土超深基坑渗漏引发安全风险而采用了深墙浅帷幕相结合的双帷幕设计方案;首次在基坑中成功应用当时国内及国际最深、入土深度69 m的TRD隔水帷幕;首次开展并完成入土深度达86 m及厚度1.10 m的TRD隔水帷幕的非原位现场试成墙试验。本文结合已成功实施完成的5号井超深基坑,介绍上海软土地区45 m级超深基坑的设计与实践,重点介绍了超深基坑面临的技术问题及总体设计方案、超深地下连续墙设计、超深TRD隔水帷幕设计及非原位试成墙试验、多层承压水的降水设计与地下水控制效果,以及工程实施效果。本次设计实施可为类似工程设计与施工提供借鉴。

为提升地下商场安全文化建设水平,预防安全事故发生,保障运营安全,从安全文化4个层次全面分析了地下商场安全文化建设因素,首次系统地构建了由安全观念文化等4个一级指标和安全战略意识等28个二级指标构成的地下商场安全文化建设水平评价指标体系;首次将优化层次分析法(OAHP)和信息熵权法的组合权重计算法与物元可拓模型有机融合构建了地下商场安全文化建设水平评价模型;应用该评价体系对西安某大型地下商场进行了实证研究,得出其安全文化建设水平较高,等级为II级,属于自主管理阶段,评价结果与实际情况相符,通过关联分析发现了其安全文化建设的不足,提出了针对性提升措施。研究表明:该评价体系适用于地下商场安全文化建设水平评价。本文成果为地下商场安全文化建设水平评价提供了一种方法。

为揭示高温环境下岩石的损伤演变,将花岗岩加热至600 ℃、800 ℃、1 000 ℃并分析其断口形貌特征,采用数字图像处理技术、损伤力学和“损伤微元”理论,结合各温度下花岗岩细观裂纹特性,建立了岩石损伤评价方法,并开展岩石损伤量化研究。结果表明:花岗岩的断口特征与裂纹的萌生和扩展相关,且裂纹数量、分布密度随温度上升而增加;各温度区间下,花岗岩细观裂纹长度服从对数正态分布,内部损伤表现形式以短裂纹为主,长裂纹为辅;不同温度下花岗岩细观裂纹由单方向延伸发育成多方向贯穿,最高损伤度和温度呈正相关。该研究揭示了高温下花岗岩内部裂纹损伤演化规律,该损伤评价方法对高温地层岩石稳定性评估和地下工程的维护具有重要的参考价值。

近年来高速公路隧道火灾事故时有发生,因其封闭性和狭长性,一旦发生火灾,更易造成群死群伤。为探索公路隧道疏散安全性及提升其疏散效率的策略,选取南京富贵山双线公路隧道为研究对象,采用Pyrosim建立仿真模型,利用FDS进行典型工况(火源功率分别为3 MW、15 MW、20 MW和30 MW)火灾数值模拟,对隧道内的温度、CO浓度、能见度进行分析,确定可用安全疏散时间;通过Pathfinder进行疏散模拟,得出人员所需安全疏散时间,再根据安全疏散准则进行判断和疏散策略优化验证。结果表明:火源功率越大,达到危险状态的时间越短,15 MW及以上火灾工况无法满足安全疏散要求,说明发生较大火灾时均不满足安全疏散要求;而增大纵向风速、加设排烟装置和优化疏散路线后能保证人员安全疏散。研究结果可为公路隧道火灾应急疏散提供参考依据。

矿山动力灾害的发生常伴随煤岩破裂失稳,研究煤岩破裂的演化特征将为矿山动力灾害监测预警提供理论基础。选取某矿煤系地层中常见的煤、泥岩、砂岩、页岩4种典型煤岩试样进行单轴压缩试验,研究其破坏过程的声发射特征。结果表明:振铃计数能够较好地反映煤和页岩试样各阶段的破坏规律,煤和页岩试样的累计振铃计数曲线增长拐点与其破坏过程中的塑性阶段起始点相对应,泥岩和砂岩的破坏过程的振铃计数较少,累计振铃计数曲线增长拐点出现在塑性阶段后期;煤、泥岩、砂岩、页岩试样拉伸破坏的占比平均值依次为64.97%、73.12%、84.45%、92.21%,均是以拉伸破坏为主的拉剪混合破坏;4种煤岩在破坏前各频段声发射信号的数量出现突增,煤和砂岩发生主破裂时的主导频段为Ⅲ(150~200 kHz)频段,泥岩为Ⅰ(50~100 kHz)、Ⅴ(280~330 kHz)频段,页岩主要集中在Ⅱ(100~150 kHz)、Ⅴ(280~330 kHz)频段;4种煤岩的声发射b值都大致呈现“上升-波动-下降”的变化特征,能有效反映4种煤岩的破裂过程,破坏前的下降趋势可以作为煤岩破裂失稳的重要前兆信息。

为解决横断山区软岩隧道的大变形问题,本文以云南省昌宁至保山高速公路昌宁隧道为工程背景,采用理论分析、现场试验等方法,从作用机理、支护方案、施工工艺等方面对软岩隧道开展了高预紧力恒阻大变形(NPR)锚索主动支护及关键技术研究。结果表明:被动支护下,隧道围岩节理裂隙发育、黏土矿物含量高、围岩强度低、微观结构存在细小溶蚀孔、结构疏松等是昌宁隧道围岩发生变形破坏的主因;提出了“NPR锚索+PR锚索+“W”钢带+高强柔性网”主动支护技术,并通过现场松动圈测试等试验,确定了NPR锚索、PR锚索等的支护参数;针对极破碎围岩及含水软岩的特殊环境,提出了“先喷后支+复喷”和“锚固端下缘封堵+钢绞线端头加丝”NPR锚索主动支护优化技术;现场试验结果表明,NPR锚索主动控制技术能够有效控制软岩隧道围岩大变形,最大变形量由原来的2 125 mm控制到300 mm以内,保障了隧道支护结构的安全。

地铁站点的服务特征是评价地铁站点服务效率、引导站点周边城市更新及开发建设的重要依据。本研究采用手机信令数据作为实测数据分析站点的实际服务范围,以杭州市地铁1、2、4号线为例,从服务范围、乘客流量、服务对象三方面对地铁站点服务特征进行较为全面的分析,弥补既往研究在研究方法和数据获取方面所存在的局限性。在此基础上,从宏观、中观、微观三个层面探究地铁站点服务特征的影响因素,研究表明:宏观层面的空间结构和站点区位对站点服务特征的影响最为显著;站点流量、服务形态等特征受周边土地使用的影响也较为明显;当站点区位和周边用地条件相似时,其他交通方式接驳和道路网络结构则会发挥较大作用。

我国地下空间的开发与利用呈现深层化、规模化和复合化的趋势,对应急疏散安全带来严峻挑战。疏散指示标志对紧急情况下的人员的疏散寻路过程至关重要。本文描述了一种基于VR 技术的地下空间中疏散指示标志对人员应急疏散寻路行为影响的实验研究方法,探讨了地下空间中疏散指示标志位置和颜色对疏散寻路效率的影响。研究设计了2个对照实验组,通过5个虚拟场景分别测试了标志位于地面、墙角、顶部3个位置以及标志采用绿色、红色、蓝色3种配色方案下人员在疏散路径选择和疏散效率上的表现。实验结果表明:位于墙角的疏散标识在引导性和疏散效率上优于位于地面或顶部的标志;采用绿色标志在最短路径引导率和效率方面显著优于红色和蓝色。研究结果补充了地下空间人员应急疏散寻路行为的基础知识,可用于改善现有地下空间人员疏散模型和相关应急安全政策。

岩体内不连续结构面对爆炸应力波的传播具有重要影响,目前关于结构面充填物力学性质对爆炸应力波传播与动态裂缝扩展演化的影响机制尚不明确。通过构建包含不同类型结构面的岩体数值模型,研究了在地应力和爆炸动荷载共同作用下结构面充填物力学性质对爆炸应力波传播及动态破坏模式的影响,同时进行了含多组结构面煤岩爆破数值模拟。通过对爆炸损伤及各监测点应力分析表明,爆炸应力波在结构面处的反射作用随着结构面充填物力学性质的减弱而逐渐增强,而透射作用则随着结构面充填物力学性质的减弱而逐渐减弱。反射作用将导致结构面迎波面形成典型的“反射拉伸裂缝”“层裂裂缝”“末端转向裂缝”,进而加剧该区域岩体的破坏程度;透射作用会导致结构面自身破坏及在背波面处形成宏观径向爆炸裂缝。模型2~5(含结构面)中区域Ⅱ内(含结构面一侧)形成的“主裂缝”数量比区域Ⅰ(不含结构面一侧)增长60%~75%左右,模型3中爆炸裂缝扩展总长度最大。煤岩爆炸数值模拟结果表明,随着结构面数量的增加,其对爆炸裂缝扩展形态及爆炸效果起控制作用。研究结果可为工程爆破施工设计、冲击地压防治和岩爆灾害等提供一定技术支撑依据。

土体抗拉强度比抗压和抗剪强度数值更小,因此时常被忽略,造成理论及试验的落后。文中系统归纳了土体抗拉强度的间接和直接方法,对比分析了现有试验方法的优缺点,结果表明:(1)土体抗拉强度的单轴拉伸方法按照力的加载方向可以分为垂直法和水平法,而垂直法中土样破坏前上半部分的重量会影响试验的准确性;(2)常用的土样固定方式有粘结、锚固、摩擦力和夹持,它们各有优势,但夹持较前三者更便捷和可操作。最后,提出水平单轴拉伸试验的后续仍需优化的问题。如制样脱模中土样的损耗、土样受拉段应力分布差,无法适用于大骨料砾质土、土样固定方式繁琐、土样与平台间的摩擦力难以消除等。

为研究废弃轮胎–砂构造地基的抗震性能,进行了6组轮胎–砂构造地基的拟静力试验,分析轮胎–砂单元体的堆砌方式、初始竖向荷载和碳纤维网片对构造地基的滞回性能的影响。在拟静力试验基础上用试验拟合法建立废弃轮胎–砂构造地基的恢复力模型。研究结果表明:废弃轮胎–砂构造地基的滞回曲线饱满,总体呈梭形,具有较好的耗能能力;轮胎–砂单元体错缝堆砌、增大随初始竖向荷载和增设碳纤维网片都有利于轮胎–砂构造地基参与耗能;轮胎–砂构造地基恢复力模型的滞回曲线计算结果和试验结果吻合程度较好,可以反映出试件的受力过程和主要受力特征。

为了探究大直径先导式竖井掘进机锥面刀盘滚刀破岩规律,采用离散元方法建立了锥面刀盘滚刀破岩仿真模型,研究了近临空面和远临空面两种区域滚刀破岩特性,分析了锥面角、临空距、刀间距等参数对锥面刀盘滚刀破岩状态、岩石裂纹扩展及破岩比能耗的影响规律,并开展滚刀锥面破岩试验验证了仿真模型的正确性。结果表明:竖井掘进机刀盘锥角、临空距、刀间距对滚刀破岩影响显著;近临空面滚刀的最优临空距和远临空面滚刀的最优刀间距均随锥角增大而减小;近临空面滚刀破岩效率高于远临空面滚刀。研究结果可为竖井掘进机锥面刀盘设计和刀具布置提供参考。

深部岩体巷道围岩分区破裂化现象形成机制一直存在较大争议。本文从应力波传播的角度对此问题进行了理论探索。以半圆型巷道围岩为对象,建立了巷道围岩应力波传播物理模型。对围岩区域波动方程进行了求解,得到巷道围岩区域应力波幅值分布呈波动衰减变化特征,创新性地提出了巷道围岩分区破裂带宽度及理论深度。以丁集矿井为对象,对其围岩分区中心半径进行理论计算并与实测结果进行对比研究,大部分分区半径吻合度较好。本文的研究成果对巷道围岩分区破裂化理论有一定的推进作用。

超大型基坑群工程开挖过程中的群坑耦合效应对土体变形和构建筑物的影响极大,且在深厚淤泥层等软弱地层中施工时其影响程度更加剧烈。因此在含深厚淤泥土的深大基坑群工程中选取适当的开挖顺序对降低保护区的土体扰动有着重要意义。依托于深圳某复杂深大基坑群工程,通过有限元三维数值模拟,探究了两侧基坑群5种不同施工方案对围护结构和敏感建筑的影响。结果表明:由于淤泥、淤泥质土等具有高流变性、高压缩性,土体水平位移较相邻上下土层产生了突变,于C区西南方向侧墙中下部分达到最大,为4.46 mm~7.01 mm,东南方向地连墙水平位移为2.67 mm~5.00 mm;当敏感建筑物周边有多个基坑时,深长基坑与保护区相邻小基坑同步开挖可进一步降低沉降敏感建筑所在场地的竖直位移,较原开挖顺序降低了31.7%;先开挖深长基坑再对小坑进行施工的工况开挖完成时围护结构侧移最小,但在对拉锚索连接的情况下同步开挖深长基坑与相邻基坑可降低群坑的时间效应,可进一步协调和控制基坑长时间施工后的最终变形。

工程实践证明软土地基加固处理后桩基水平承载力提高显著,但如何在工程前期合理预估其提高值仍需深入研究;基于此,文中参考港口工程桩基规范建立了简化p-y法模型,推导了桩侧土极限水平土抗力P_u=m(x+x₀)ⁿ幂函数关系曲线,建立了桩身平衡微分方程,并利用常微分方程的级数解理论建立了水平受荷桩解析解,解决了港口工程桩基规范中p-y法计算困难的问题,且便于工程师实际应用。最后通过依托工程现场试桩试验,利用新推求的桩基水平承载力计算公式,分别对软土地基真空预压处理前、后的桩基水平承载力对比分析,认为软土地基真空预压处理后桩基水平承载力由51.6 kN提高至121 kN,并通过现场桩基检测成果对比验证其合理性,为类似工程提供技术参考。

倾斜桩组合支护是一种新型基坑支护形式,适用于大面积无内支撑的基坑。本文依托天津市某倾斜桩支护基坑项目,设计6种预制桩支护对比结构,其中4种为倾斜桩组合支护,进行基坑开挖大型现场试验,量测分析周边不同环境下各组合结构支护基坑的变形情况,并运用Plaxis 3D有限元软件进行基坑安全性分析。结果表明:不同形式的倾斜桩组合支护中,内斜直组合桩身位移最小,支护效果最优;基坑周边存在超挖等不利因素时,倾斜桩组合支护的刚架效应、斜撑效应与重力效应决定其依旧能较好地发挥自身稳定作用;软土蠕变对斜桩基坑支护影响亦不容忽视,开挖至坑底时,应及时施工垫层和底板;数值模拟分析发现倾斜桩组合支护基坑安全系数及临界破坏形态受超挖影响小于常规排桩支护,小幅超挖对基坑的稳定性影响较低。

本文在全面归纳分析首都地区典型地质条件分布及特征、易导致地下工程建设典型施工工法(明挖、矿山、盾构)安全风险及其管控经验的基础上,系统研究了首都地区城市地下工程建设的重大地质风险因素即主要“问题土水”类型,分别为填土及其衍生地层空洞或水囊、砂土及(或)层间潜水、大粒径土及(或)高渗透性潜水–承压水、土岩复合地层(含基岩隆起)及基岩裂隙水、细粒土组合地层及多层地下水,梳理总结了地下工程建设中易导致的工程建设安全风险,最终研究并提出工程建设中(含勘察、设计、施工等)应针对性或加强考虑的工程风险应对或管控措施,为当前及后续北京地区地下工程建设安全风险管控管理提供支撑。

为研究基坑开挖与承压水突涌对桩基承载力的影响,选取典型工程案例,通过现场水位观测调查含水层分布情况及水位埋深,进行了坑底抗突涌验算,结合现场突涌发生过程,分析了突涌发生的原因。通过原位静力触探试验结果的对比,分析了坑底各土层扰动度以及扰动度随深度的变化规律,并提出了扰动度与桩基设计参数的关系。结果发现:承压水击穿管桩土塞是引起突涌的主要原因;基坑开挖对坑底以下土体的影响深度约6.5 m~9 m,扰动度随深度线性递减;突涌对桩端以上约2 m范围土体强度影响最大,最大扰动度达到0.91,对桩端以下2 m~4 m深度范围土体影响线性递减;承压水突涌对桩基承载力影响远大于基坑开挖对桩基承载力的影响,突涌点位置桩基承载力受到的影响最大,距离突涌点越远影响越小。

在岩土工程中使用相关性分析与建立经验关系结合是一种常见的岩土参数预测方法,该方法可快速高效地通过一些方便获取的土工试验数据实现岩土参数的预测。以常州地区滆湖组下段黏性土的岩土参数为研究对象,选取了该地区102组土工试验数据,建立了基于多元回归模型与信息熵的岩土参数预测模型。首先确定了预测对象为直剪快剪试验的黏聚力和内摩擦角,影响因素为密度、含水率、孔隙比和液性指数;接着通过SPSS软件对其进行回归分析,确定了最优单因素拟合模型,运用信息熵的方法对影响因素的权重进行计算,得到了改进后的多元回归预测模型;最后采用标准的误差分析方法对预测结果进行分析。结果表明:密度分别与黏聚力、内摩擦角存在正相关性,其余因素分别与黏聚力、内摩擦角存在负相关性;黏聚力预测值的平均误差为-1.34 kPa,正规化方均根差为12.00 %;内摩擦角预测值的平均误差为-0.05°,正规化方均根差为18.30%。研究说明该预测模型具有较高可靠性,能够对该地区滆湖组下段黏性土的黏聚力和内摩擦角进行有效预测,该方法为岩土参数预测提供了一种思路。

为了研究冻融循环对寒冷地区岩石的损伤劣化机理,本文基于核磁共振技术(NMR)和扫描电镜技术(SEM)试验结果,讨论经过不同冻融作用后砂岩内部孔隙结构劣化规律、表面微结构的间隙度变化及多重分形特征,以探明冻融砂岩微结构的损伤机制。研究发现:冻融砂岩内部小孔隙占新增孔隙的99%;在冻融循环超过80次时,小孔隙的扩展率持续大于萌生率,向不均匀分布转变;冻融砂岩内部大孔隙的NMR分形维数整体表现为随着冻融循环次数的增加而减小;冻融使砂岩内部晶体表面变得粗糙,晶内裂纹增加,晶粒逐渐脱落;冻融20次后,砂岩局部结构平均间隙度持续增长,增长率在80~100次达到最大,为0.1%;冻融砂岩SEM图像表现出良好的多重分形特征,岩石越软弱,多重分形特征越明显。

为研究砂泥岩互层岩样的力学特性,首先通过室内试验获取砂岩和泥岩的力学参数,然后采用PFC^2d软件对砂岩和泥岩的微观参数进行标定,进而开展了不同围压和倾角条件下砂泥岩互层试件的三轴压缩数值试验,分析了围压、倾角对砂泥岩互层岩样力学性质和破坏特征的影响规律。结果表明:(1)相同围压下,随着岩层倾角的增加,抗压强度、弹性模量和黏聚力均为先减小后增大的变化趋势,在岩层倾角60°时为最小值,随着围压的增大,轴向应变也相应增大;(2)在试样加载过程中裂纹数量的突变点与应力应变曲线弹性、塑性和破坏特征点相对应,并且拉伸裂纹数量占总裂纹数的比例大于剪切裂纹的占比;(3)在岩层倾角和围压的影响下砂泥岩互层岩样的破坏模式可分为3种,即张剪破坏、顺层理面滑动的剪切滑移破坏、滑移破坏和张剪破坏同时存在的复合破坏。研究结论可为砂泥岩互层岩体相关工程的变形稳定分析提供参考。

为计算岩溶区桩基的极限承载力,提出一个符合工程实际情况的简化分析模型,充分考虑了桩与溶洞之间距离对桩基承载力的影响。基于极限分析上限法,提出了相应的假定破坏模式,并采用三角形刚性块体对破坏模式进行离散,计算得到外力功率和内能耗散率。以桩端极限承载力作为目标函数,将该问题转化为数学优化模型,并利用MATLAB对数学优化模型求解。将本文计算结果与有限元极限分析法所得结果进行对比,验证了本文方法的正确性。最后,分析了材料参数和几何参数对桩基极限承载力的影响,参数分析表明:随着桩与溶洞距离不断增大,溶洞对桩端承载力的影响越来越小,当桩与溶洞距离超过某一定值时,桩端极限承载力将不受溶洞的影响。

隧道掌子面稳定是影响地下工程施工安全的重要问题之一。基于塑性上限和下限定理的极限分析方法是分析掌子面稳定性常用方法之一。其中,自适应混合常应力-光滑应变极限分析(MCSE-LA)方法在计算精度、效率以及收敛性方法已被证明比传统有限元极限分析方法具有一定的优势。基于此,首先验证自适应MCSE-LA在隧道掌子面稳定分析中的可行性,发现该方法求出的隧道掌子面稳定指标(稳定数)与传统有限元上限和下限法相同,同时,还可以通过基于最大剪应变率自适应网格加密技术获得掌子面失稳模式。另外,还将该方法用于分析隧道开挖未支护段长度对掌子面稳定性的影响,通过分析总结了稳定数随未支护长度的变化规律,对指导地下工程施工具有一定的意义。

我国西南山区地形陡峭,存在着大量覆盖层薄、下覆基岩工程性状较好但开挖难度大的复合地层,不利于输电铁塔基础建设。针对该问题,采用斜锚短柱基础作为输电铁塔基础,该基础可以在减小开挖深度、降低施工难度的同时充分利用基岩的承载性能。为了探究斜锚短桩基础受力特性与主要控制因素,运用FLAC^3D建立数值模型,探讨了锚杆锚筋直径和锚杆角度对斜锚短桩基础的抗拔承载特性影响。结果表明:在荷载较大时,随着锚筋直径增大,锚杆结构承载比例有明显上升,但若锚筋直径过大,锚杆的承载比例随锚筋直径增加而提升空间较小;锚杆角度减小,斜锚短桩基础在纯上拔荷载作用下的抗拔承载能力提高,但其对水平荷载的抵抗能力会减弱;综合考虑,在粉砂岩地层中,锚筋直径40 mm,锚杆角度25°为斜锚短桩基础最优设计参数。

页岩的弹性模量对于岩石工程具有十分重要的意义,但由于页岩是典型的横观各向同性岩石,这为预测其弹性模量带来了较大难度。常用的页岩弹性模量的预测方法为Niandou模型,但是该模型方程的形式较复杂,参数确定较为繁琐。本文针对页岩弹性模量的各项异性,提出了一种较为简易的线性经验模型。结果表明:本文提出的经验模型比经典的Niandou模型的方程形式较简易,所需的弹性参数较少,能够随着层理夹角的变化预测弹性模量;经验模型较Niandou模型整体平均误差略小,预测效果较好;尤其当层理面与加载方向的夹角为15°、30°和75°时,经验模型的预测相对误差更小,准确率较Niandou模型更高。

煤层底板突水是下伏承压含水层与隔水层岩体相互作用的结果,其危险程度受到含水层特征、隔水层特征、结构面发育特征等因素的复合影响。选择含水层水压、单位涌水量、隔水层厚度、隔水层岩体质量、层理面数量、泥岩占比、构造复杂程度量化值7个指标因子构建综合评价体系,结合模糊可变集理论及实际涌水情况表征已采区域实际突水危险性等级;以已采区域评价结果构建数据集,对卷积神经网络(CNN)模型进行训练,并与BP神经网络模型进行对比,验证CNN模型的可靠性与准确性;最终利用CNN模型对未采区域煤层底板突水危险性进行精细化预测。结果表明:CNN模型较BP模型具有更高的准确度,未采区域内安全区、低威胁区、中威胁区及高威胁区面积占比分别为21.48%、45.78%、24.11%、8.63%。

在酸性(pH=3)、中性(pH=7)、碱性(pH=11)3种溶液环境中开展了灰岩浸泡溶蚀试验,测试了不同浸泡周期灰岩的单轴抗压强度、表面微观形貌、浸泡溶液的pH值及Ca²⁺浓度,并讨论了灰岩宏观力学性能的劣化机制。研究表明:灰岩在酸性环境中溶蚀劣化程度最大,中性环境次之,碱性环境最小;在试验初期,3种化学溶液的pH值均变化剧烈,并逐渐向中性转化,最终呈弱碱性;在酸性溶液中试验初期Ca²⁺溶出速率较快;而在中性和碱性环境下则溶蚀反应缓慢;随着浸泡时间的增加,溶蚀灰岩在微观形貌上表现为微孔洞扩展,表面粗糙程度加剧;从溶蚀后灰岩微观损伤区域的统计结果来看,3种溶液环境下灰岩的单轴抗压强度均随损伤区域比的增加而减小,酸性环境中的损伤区域比最大,中性环境次之,碱性环境最小。

随着交通基础设施建设持续扩大,大量隧道进入养护维修高峰期,结构安全风险呈滚动式周期性爆发趋势。目前隧道结构健康监测信息化和智能化程度较低,安全性能感知困难,严重影响了隧道的正常运维。本文立足于隧道结构健康监测和决策需求,提出了一种基于数物交互和数据融合的隧道结构安全性能感知体系框架。首先对隧道结构受力状态感知技术及其误差传播规律进行分析,并采用数物空间交互试验对支护结构各构件相互力学关系进行研究,并基于此建立多源数据各监测量之间的数学模型,对隧道整体结构和各构件的安全性能进行评估。结构安全感知体系可为隧道安全防灾和运维管理提供决策依据,对提高隧道工程现代化、信息化、智慧化管理水平具有重要意义。

围绕城市地下空间治理体系与治理能力现代化的改革总目标,研究地下空间的法律界定,揭示地下空间政策演变趋势,以期为国家层面的政策供给提供思路。研究表明,过去二十多年来,地下空间政策围绕构建地下空间工程管理制度、物权管理制度和三维产权管理制度,可以划分为早期探索、初步形成和规范完善3个阶段。但是,既有政策对地下空间的界定主要着眼于自然属性,混淆了地表与地面、地下空间与地下工程的区分。在《民法典》第345条分层设立建设用地使用权制度框架下,地下空间在法律上摆脱了自罗马法以来附属于地表的状态。作为独立的地下建设用地使用权客体,地下空间必须为人类所能控制,具有特定性、独立性和明确的三维产权边界。基于此,政策演变呈现出了从自然属性到法律属性、从资源到资产资本、从工程思维到物权思维、从平面思维到三维思维、从计划配置到市场配置的趋势性。

伴随着新时期国土空间规划体系的建立,新一轮人防工程专项规划编制需要与时俱进,不断提升其传导思维,以解决现行人防工程专项规划与城市规划衔接不够、内容传导不足等问题。本文首先阐述了国土空间专项规划横向、纵向以及内在三方面的传导需求,并基于以上需求,提出新一轮人防工程专项规划的编制框架及编制要点,结合A城市规划实践,从"加强现状问题识别传导规划目标、强化市域综合防护体系建设引导、突出城区人防工程体系逐级传导、构建防空区片管控要素传导机制、加强规划传导促进各类空间融合"五方面详细阐述了传导需求在具体城市人防工程专项规划中如何落实,期望为新时期人防工程专项规划的编制提供参考和借鉴。

为了解决盾构施工过程刀盘前方地质情况不明确的难题,本文通过盾构施工参数与地质特征之间关联性,建立了基于机器学习算法的地层类别预测模型。盾构施工参数是盾构掘进过程地质特征变化的动态响应,使用变换后的盾构施工参数比推力和比扭矩来反映地层变化情况。应用CART决策树和随机森林算法建立了盾构施工参数与地层类别的关系,用于盾构掘进过程中地层类别的分类预测。以广佛环城际铁路琶洲支线盾构隧道工程为依托,将盾构施工参数作为输入数据,用于训练和测试机器学习地层分类预测模型。结果显示,CART决策树预测模型的准确率达到81%,随机森林预测模型的准确率为85%,在局部相邻类别边界上存在较小的误差,满足实际工程需求,能够为同类工程施工提供参考。

为了研究剪切方向与锚杆倾向共面条件下锚杆的复合锚固力计算和锚固角对有锚结构面抗剪力的影响规律,利用FLAC3D有限元软件进行数值模拟。首先,基于实体单元和接触面单元建立数值计算模型,通过物理试验结果反演数值模拟所需参数;其次,采用FLAC3D中的fish语言记录在剪切过程中结构面抗剪力随剪切位移的变化规律;最后,通过力学模型中的几何关系得到锚杆受压侧反力沿锚杆的分布函数,基于经典梁理论,根据最小势能原理和位移变分法推导出结构面处锚杆的抗剪力计算公式。结果表明:随着锚固角的增大,有锚结构面的抗剪力呈先增大后减小的趋势;当锚固角β≤90°时,锚杆的“导轨效应”较明显;锚固角β>90°时,剪切变形后,由于锚杆的变形使岩块分离。

为满足北京城市副中心地下交通枢纽区域内的城市道路先行投入运营的需求,提出采用盖挖法与明挖法组合方法进行地下枢纽基坑开挖与支护的方案,主要特点如下:(1)将地下交通枢纽基坑分割为“盖挖基坑、明挖基坑和多级放坡基坑”等3个并列布置基坑;(2)盖挖区基坑与明挖基坑共用围护结构;(3)先完成盖挖区顶板结构施工,恢复城市道路运营,然后采用逆作法完成盖挖区负一层施工,随后同步开挖支护盖挖区两侧的明挖基坑和放坡区基坑;(4)盖挖区负二层和负三层采用顺作法施工。论文详细阐述了盖挖与明挖组合工法的施工工序,分析了组合工法的优势。鉴于盖挖区钢管柱始终处于基坑开挖扰动中,为此采用数值模拟方法并结合现场监测结果,分析了基坑开挖期间的钢管柱变形规律。结果表明,钢管柱水平变形和隆起变形指标均满足控制要求。本文提出的盖挖与明挖组合建造方案不但能确保地下交通枢纽区域内的城市道路尽快投入运营,而且并列基坑群中的3个基坑开挖支护及结构浇筑基本上相互独立,有效降低了盖挖区和明挖区基坑施工的相互影响,提高了施工效率。

富水砂层土体具有流塑性差、渗透性强的特点,土压平衡盾构施工时易造成排土困难和喷涌事故。针对西安地铁10号线穿越富水砂层的土压平衡盾构工程,采用膨润土泥浆和泡沫剂改良盾构渣土,提出了改良渣土流塑性的评价方法,基于其流塑性和渗透性确定最佳改良方案,为工程提供借鉴和参考。结果表明:(1)当改良渣土塌落后无开裂或坍塌、塌落形状为梨形、塌落度为180～210 mm、塌落渣土与地面接触角θ为0°～90°时,流塑性合适,此时改良渣土的渗透系数于90 min内稳定在10^-5 cm/s,满足工程要求;(2)最佳改良方案为:渣土、膨润土、水三者质量比保持在200∶1∶40～200∶1.5∶44之间,泡沫剂溶液体积比浓度为2%,泡沫注入比为6%。

为探究页岩性质随酸性溶液作用时间的演化规律,采用CT扫描、核磁共振技术和单轴压缩实验对不同时间(0～80 d)处理后页岩的孔隙特征和力学性质演化规律进行了表征和分析。结果表明:由于矿物的溶蚀作用,随着酸溶液浸泡时间的增加,页岩基质中逐渐形成新的细观裂缝并不断扩展,页岩的总孔、大孔和中孔孔隙度逐渐增加,而微孔孔隙度逐渐减少;分形维数随酸溶液浸泡时间的增加逐渐递增,页岩的孔隙结构越来越复杂;酸性水溶液下孔隙度增大增强了页岩的损伤变量,最终导致了页单轴压缩强度和弹性模量弱化。

为了研究冲击荷载下地铁隧道盾构管片的破坏特性,采用轻气炮试验和动力有限元数值模拟相结合的研究方法,对冲击荷载下盾构管片的破坏情况进行分析,通过分析管片单元的应力状态研究了冲击荷载下盾构管片的破坏机理。结果表明:以冲击位置为中心,盾构管片试件表面径向主要受压,环向主要受拉,相同位置压应变大于拉应变;不同速度子弹冲击下,管片正面冲击坑水平方向及竖直方向尺寸相差不大;随着子弹速度的增加,管片正面冲击坑尺寸不断增大,冲击坑的深度不断增加,冲击坑等效直径增长随子弹冲击速度增加呈“三段式”;沿着子弹冲击方向,盾构管片试件单元应力状态从三向受压变化到三向受拉,盾构管片冲击正面混凝土受压破碎,盾构管片冲击背面发生受拉破坏。研究结果可为管片抗冲击设计提供一定的理论基础。