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2018年 第14卷 第3期
刊出日期:2018-06-20

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
地下空间开发利用
573 沈阳地下空间开发的霍尔三维研究
齐锡晶, 韩新刚, 邓李杰
基于城市地下空间的概念,梳理了城市地下空间开发的利弊、制约因素。以沈阳市为例,通过实地调研了解其城市地下空间开发现状,总结了其地下空间开发中所存在的问题;结合城市地下空间开发利用项目的特点,归纳了影响其开发与管理的因素,引入霍尔三维理论对城市地下空间开发项目的全寿命周期展开分析,并建立适用模型;邀请多位沈阳业内专家对模型变量就沈阳情况进行评分,将各因素在不同阶段对不同目标的影响进行量化,探寻特定阶段下对特定目标起主导作用的因素,为沈阳城市地下空间的合理开发与综合利用提供参考和依据;最后,论文从霍尔三维角度提出了优化沈阳城市地下空间开发的对策建议。
2018 Vol. 14 (3): 573-578 [摘要] ( 0 ) HTML (1 KB)  PDF (1166 KB)  ( 7 )
579 提升地下交通环廊利用效率的设计新思路
尹树林
城市核心区的地下空间开发已经进入快速发展期,建设城市地下交通环廊是改善区域交通与环境的重要措施, 多应用于商务区、公共服务核心区等交通压力大、慢行环境品质要求较高的区域,是用于连接各地块地下车库并直接与城市道路相衔接。目前相关研究及规范对地下交通环廊功能定位、规划设计中应重点考虑因素的论证尚不成熟,且受政策、管理、规划设计、宣传等影响,已运营的地下交通环廊普遍存在运营效率不高等问题。本文重点从规划设计层面分析了环廊利用效率不高的原因,结合既有工程运营实践分析了既有设计规范的不合理点,并提出了规划设计新思路与新标准,并应用于西咸新区能源金贸区地下环廊规划设计实践,供行业实践及规范进一步修编参考。
2018 Vol. 14 (3): 579-584 [摘要] ( 2 ) HTML (1 KB)  PDF (2653 KB)  ( 6 )
585 PPP模式下地下综合管廊入廊定价激励机制研究
韦海民, 刘武岩
地下综合管廊建设难以推广的主要原因在于前期需要巨大的建设投资和后期需要较高的运营成本。在分析PPP模式相关理论和地下综合管廊相关知识的基础上,提出了适合于我国地下综合管廊建设的PPP融资模式,即基于URM(使用者付费模式)的建设期补偿模式和运营期补偿模式,予以解决前期投资需求问题。继而选取了运营期补偿模式作为研究基础,运用委托-代理理论作为理论支撑,设计了一种激励相容的入廊定价机制,予以解决运营收费问题。该机制的实现,不但可以维护管线单位和消费大众的利益,还可以在满足投资方利润的基础上激励投资方真实申报成本,降低管廊运营成本,减轻政府财政负担。
2018 Vol. 14 (3): 585-594 [摘要] ( 0 ) HTML (1 KB)  PDF (1229 KB)  ( 4 )
595 城市地下空间声信号对人员疏散效率的影响
谢辉, 肖玉玮, 张秋敏
地下空间作为解决城市核心区域土地资源不足的空间形式,其数量与日俱增。火灾时人员安全疏散是对各类建筑空间的基本要求,然而地下空间由于其“封闭”的环境特征,在防火疏散方面存在安全隐患。本文分析了不同类型地下空间的声学特征,并选取重庆市某地下防空洞作为模拟火灾烟雾环境的实验场地,旨在探讨声信号对疏散效率的影响,从而为地下空间的疏散设计提供新思路。62位受试者被随机分为3组,分别在无声信号、有警报声和语音声的环境下进行疏散实验。通过分析实验数据、疏散人员心理与性别,结果显示声信号的引导能显著提高地下长空间的疏散效率,有警报声组和语音声组分别比无声信号组的疏散成功率提高了25.5%和35.0%。
2018 Vol. 14 (3): 595-600 [摘要] ( 2 ) HTML (1 KB)  PDF (1471 KB)  ( 3 )
601 基于广义最大覆盖模型的人防专业队布局研究
魏连雨, 王金伟, 李雪, 巨利荣
人防建设是我国国防建设重要的组成部分,针对我国城市现状人防专业队工程建设数量不足、布局缺乏科学性等问题,分析了最大覆盖模型在布局问题上的不足,进而引入广义最大覆盖模型(GMCLP),探讨改进了人防专业队的布局方法。GMCLP模型解决了最大覆盖模型(MCLP)中覆盖度是二元值假设的缺陷,不仅实现了设施点在不同覆盖度下对所有需求点的覆盖,还减少了设施点的数量。用GMCLP模型对实例进行抢险抢修专业队进行布局,结合ArcGIS10.0中的New Analyst功能进行求解。结果表明,GMCLP模型不仅能够不同程度覆盖所有需求点,而且还可以减少抢险抢修专业队的数量,节约政府财政支出。
2018 Vol. 14 (3): 601-606 [摘要] ( 0 ) HTML (1 KB)  PDF (2059 KB)  ( 2 )
理论与试验研究
607 砂质泥岩单轴抗压强度试验研究
郭瑞, 洪刚, 张建华, 丁宏伟, 陈维愿
以宁夏宁东地区砂质泥岩为研究对象,进行不同含水量和干密度条件下的单轴抗压强度试验,分析了含水量和干密度对砂质泥岩单轴抗压强度的影响,建立了以含水量和干密度为变量的砂质泥岩抗压强度数学表达式。结果表明:随着含水量增加砂质泥岩单轴抗压强度呈不断减小趋势,两者关系曲线服从指数变化规律。当含水量为20%时,砂质泥岩处于崩解极限状态,软化系数为0.24;随着干密度增大,砂质泥岩单轴抗压强度呈不断增大趋势,两者关系曲线近似于幂函数变化规律;建立的数学表达式能够较好地反映含水量和干密度变化对砂质泥岩单轴抗压强度的影响,其结果为类似地区工程设计和施工参数的选取提供了科学依据。
2018 Vol. 14 (3): 607-612 [摘要] ( 2 ) HTML (1 KB)  PDF (1789 KB)  ( 6 )
613 多场耦合作用下页岩渗透特性实验研究
张道川, 周军平, 鲜学福, 姜永东, 刘国军
页岩气开采过程,其储层页岩渗透率受多重因素的影响。采用自主研发的多场耦合作用下不同相态CO2致裂驱替CH4实验装置,实验研究了有效应力、孔隙压力、温度以及吸附膨胀效应等因素对裂隙页岩体与型岩渗透特性的影响。结果表明:(1)页岩渗透率随有效应力增加呈负指数关系减小,且型岩对于有效应力变化具有更强的敏感性;(2)在相同应力状态下,由于吸附引起的差异性膨胀效应会降低页岩渗透率,不同气体作用下测得的页岩渗透率表现为He>N2>CO2。(3)两种页岩中渗透率随孔隙压力变化规律具有差异性。SC-CO2致裂页岩在低压条件下Klingkenberg效应不明显,渗透率随平均孔隙压力的增大而增大,型岩在低压阶段由于Klingkenberg效应对渗透率变化起主导作用,随着孔隙压力增加,其渗透率降低,在达到极小值后,随着孔隙压力的增加,Klingkenberg效应减弱,有效应力起主导作用,渗透率随孔隙压力增加而增加;(4)温度作用通过改变页岩的孔隙结构、力学性质等控制页岩渗透率的变化,随着温度增加,页岩渗透率降低。因此,在页岩气开采过程以及CO2强化页岩气开采过程需要考虑多因素耦合作用对页岩渗透率的影响。
2018 Vol. 14 (3): 613-621 [摘要] ( 0 ) HTML (1 KB)  PDF (2150 KB)  ( 5 )
622 节理岩体损伤破裂中的渗透性演化与能量耗散
杨韬, 唐春安, 梁正召
根据损伤力学和统计强度理论,在真实破坏分析方法(RFPA)的基础上建立了损伤过程渗透模型,基于离散裂隙网络(DFN)模型生成随机正交节理岩体数值试样,对岩体损伤-渗流-能量耗散的完整过程以及渗流通道的形成变化进行了精细模拟。数值试验表明,节理岩体在峰后软化和残余变形阶段依然存在大量的新生裂隙持续发育,同时也伴随能量的不断耗散。渗透性的激增显著滞后于峰值荷载,往往在峰后数倍峰值应变处才形成贯穿岩体的完整渗流通道,渗透性瞬间阶跃到极大值。利用渗流的滞后性,可以通过微震监测手段对矿山突水灾害进行有效的监控预警,在张马屯铁矿地下防水帷幕突水预警的工程实践中取得了良好效果。
2018 Vol. 14 (3): 622-628 [摘要] ( 0 ) HTML (1 KB)  PDF (1688 KB)  ( 2 )
629 加筋土筋土界面抗剪强度影响因素试验研究
熊甜甜, 廖红建, 杨博, 谈云志
通过室内筋土界面直剪试验,考虑筋土界面抗剪强度的影响因素,进行了不同剪切速度、筋材空隙率及土体含水率下筋土界面直剪试验,分析了不同因素对筋土界面抗剪强度的影响。试验结果表明,剪切速度主要影响筋土界面的内摩擦角,对筋土界面黏聚力几乎没有影响,随着剪切速度的增加,内摩擦角变大,导致筋土界面抗剪强度增大。筋材空隙率主要影响筋土界面黏聚力大小,空隙率越大,筋材肋条对土颗粒的约束作用越小,筋土界面抗剪强度降低。筋土界面抗剪强度受土体含水率的影响较大,随着土体含水率的增加,筋土界面黏聚力和内摩擦角都明显减小,导致筋土界面抗剪强度显著降低。
2018 Vol. 14 (3): 629-634 [摘要] ( 0 ) HTML (1 KB)  PDF (1471 KB)  ( 3 )
635 岩石颗粒流模型单轴压缩的加载速率效应研究
陈鹏宇
选用平直节理模型建立了岩石单轴压缩的颗粒流模型,分析加载速率、计算时步和加载方式对颗粒流模型力学特性的影响。结果表明:(1) 加载速率0.1 m/s为明显的分界点,加载速率小于0.1 m/s时,数值试样的轴向应力-轴向应变曲线、体积应变-轴向应变曲线和强度参数等差异较小;加载速率大于0.1 m/s时,随加载速率增大,数值试样的脆性特征越不明显,强度参数逐渐增大,试样破坏更为破碎。(2) 对比连续加载法与冻结加载法下的应力-应变曲线的相似度,并综合考虑加载速率效应和计算效率,建议取0.01 m/s作为模拟室内岩石静态加载试验的加载速率,并通过实例分析验证了该加载速率是可行的。(3) 计算时步控制着颗粒流模型中扰动的传播速度,颗粒流模型的加载速率效应是由一个计算时步内形成的扰动所控制的,一个计算时步内形成的扰动越小越接近准静态。颗粒流的计算理论是符合应力波传播理论的,也可以利用颗粒流模拟岩石的动力加载试验。
2018 Vol. 14 (3): 635-642 [摘要] ( 0 ) HTML (1 KB)  PDF (1670 KB)  ( 7 )
643 原状与重塑黄土冻融劣化机理对比试验研究
许健, 王掌权, 任建威, 袁俊
通过对西安Q3原状和重塑黄土在冻融作用下的电镜扫描和直剪试验,对比研究了原状和重塑黄土冻融过程抗剪强度劣化机理及规律。结果显示:冻融过程原状和重塑黄土微观结构都发生显著变化,土体胶结性变差。冻融条件下试样表观结构特征破坏较为严重,且原状黄土表观结构劣化程度更为严重。黏聚力随冻融次数增加均呈指数衰减趋势;原状黄土黏聚力高于重塑黄土,但随冻融次数增加,两者差异逐渐减小;原状黄土黏聚力衰减幅值及速率高于重塑黄土。随含水量增加,黏聚力总体呈线性减小变化规律,且反复冻融后黏聚力随含水量变化曲线分布特征近似重叠。冻融作用对内摩擦角无显著影响。随冻融次数增加,黏聚力冻融损伤系数表现出呈指数增加特征;原状黄土黏聚力冻融损伤系数高于重塑黄土。
2018 Vol. 14 (3): 643-649 [摘要] ( 0 ) HTML (1 KB)  PDF (2997 KB)  ( 3 )
650 剪切荷载作用下锚杆抗剪作用理论分析
陈文强, 赵致艺, 赵宇飞
为了分析剪切过程锚杆轴力和横向剪切力相对结构面换算的抗剪贡献影响程度,在经典梁理论的基础上,推导了锚杆抗剪力计算公式,并采用加锚结构面直剪试验验证了计算公式的可靠性。在此基础上,通过正交试验设计方法研究影响因素对锚杆轴力、横向剪切力相对结构面抗剪贡献的敏感程度。结果表明:锚杆抗剪理论计算与室内试验结果吻合较好;锚杆倾角是影响锚杆轴力相对结构面换算抗剪力的主要因素;锚杆需要一定变形才能调动起直径对轴力抗剪效应的影响;锚杆倾角是影响横向剪切力相对结构面换算抗剪力的最主要因素,围岩强度次之,剪切后期结构面剪胀系数的影响程度又大于围岩强度;直径对锚杆横向剪切力相对结构面换算抗剪力的影响程度最小。
2018 Vol. 14 (3): 650-656 [摘要] ( 0 ) HTML (1 KB)  PDF (1625 KB)  ( 4 )
657 两种高液限黏土的热导率
徐云山, 赵艳林, 刘华贵, 吕海波
通过对膨胀土、红黏土两种高液限黏性土进行热导率试验,结合砂土、粉质黏土等普通土进行对比分析后,选择经验公式法、边界法及理论模型法模拟其体积含水率-热导率的变化规律。研究发现:高液限黏土同普通土有很大的差异,反应含水率-热导率关系的θw-k曲线增长速率比普通土慢,模型拟合表明高液限黏土实测的θw-k曲线位于Wiener边界以内,由于土水作用较强,Kersten公式和Johansen模型的预测效果均不理想;EMT模型在低于某个临界含水率时的预测值与试验值偏差小,但超过临界含水率时,预测值就偏高;DEM 模型的预测结果整体有较大的偏低。在此基础上,通过对Johansen模型中饱和度相关函数的分析,发现饱和度相关函数采用线性函数时比原模型的对数函数具有更高的精度。
2018 Vol. 14 (3): 657-663 [摘要] ( 0 ) HTML (1 KB)  PDF (1260 KB)  ( 2 )
664 基于点的有偏生成的二维边坡滑移面搜索
贾宝新, 贾志波, 庞旭阳
为解决边坡滑移面搜索中运算量大的缺点,提出一种基于灰色系统理论中点的有偏生成的二维边坡滑移面搜索的新方法。新方法可以通过点的生成模拟各种形式曲线,生成曲线无较大震荡,符合工程实际。同时,新方法将小波去噪分析引入到对拾取后的边坡滑移面的处理中,在不影响精确的前提下大大降低了运算量。通过3个不同类型算例与其他拾取方法进行观察和对比,得出新的搜索方法与以往方法所拾取的滑移面基本吻合,边坡稳定性系数误差分别为0.67%、1.06%、0.823%。结果表明这种滑移面生成和处理的新方法不但能模拟各种形式的滑移面同时还可以减少程序运算量,适用于多种形式的边坡的安全稳定性分析。
2018 Vol. 14 (3): 664-671 [摘要] ( 2 ) HTML (1 KB)  PDF (1303 KB)  ( 3 )
672 考虑固废强度非线性的填埋场地基承载力分析
吕玺琳, 翟新乐
基于幂函数准则描述了固废的非线性强度特性,并分析了该准则随强度参数的变化规律。与基于摩擦角修正的非线性Mohr-Coulomb准则和二次函数非线性强度准则进行了对比,并探讨了将幂函数准则换算为线性Mohr-Coulomb准则得到的黏聚力和内摩擦角随应力的变化规律。通过与一系列直剪试验结果对比,验证了幂函数准则预测固废非线性强度的合理性。基于所建立的非线性强度准则,对填埋场地基承载力进行数值模拟,并通过与基于线性强度准则模拟结果对比,获得了固废强度非线性对承载力的影响规律。参数分析结果表明,地基承载力值对强度准则指数参数的变化更敏感。
2018 Vol. 14 (3): 672-677 [摘要] ( 2 ) HTML (1 KB)  PDF (1292 KB)  ( 3 )
678 异常温度作用对粉质黏土抗剪性能的影响
黄明奎, 马璐
异常气候对粉质黏土抗剪性能有重要影响,通过对重庆市典型粉质黏土进行异常温度下力学性能研究,分析了异常温度作用下土体抗剪性能的变化规律。结果表明,高温及其持续作用可增强土体的抗剪强度,黏聚力对抗剪性能的影响大于内摩擦角,当高温作用达到一定时间后,内摩擦角则呈现出弱化抗剪性能的作用;黏聚力在各温度作用下,随作用时间的增加而增大,当作用时间超过48 h后,在10~50 ℃温度范围内,温度的变化对土体黏聚力的影响不显著,超过50 ℃以后,黏聚力随温度的增加而增大,当作用时间超过7 d后黏聚力则增加明显;内摩擦角随温度作用时间的增加而增大,当作用时间超过12 h后,在10~40 ℃范围内,温度影响不显著,超过40 ℃后,内摩擦角随温度增加有小幅减小。
2018 Vol. 14 (3): 678-682 [摘要] ( 0 ) HTML (1 KB)  PDF (1211 KB)  ( 3 )
683 盾构管片接头刚度衰减系数(ACS)的影响
董新平, 朱磊, 李宗艺, 李君普
以盾构隧道衬砌三环原型加载破坏试验为基础,通过严格按照足尺试验尺寸、试验条件建立分析模型并消除环间作用的方法建立了单环加载破坏分析模型,着重就某局部管片接头转动刚度衰减对整环内力(弯矩)的影响进行分析,研究表明:(1)在盾构隧道管片整环破坏历程中,管片接头转动刚度的变化历程可通过转动刚度衰减系数这一特征变量进行追踪;(2)特定位置管片接头转动刚度衰减时,可导致其他位置管片弯矩发生增加或降低,且增减幅度并不一致;(3)在整环外加荷载增量保持不变的条件下,特定位置管片接头转动刚度的衰减(破坏)可导致管片环其它位置的弯矩迅速增加,从而引起或加速整环管片的破坏。
2018 Vol. 14 (3): 683-687 [摘要] ( 0 ) HTML (1 KB)  PDF (1221 KB)  ( 2 )
688 先张法预应力混凝土波形板桩力学性能研究
黄建华, 彭浪, 朱永涛
先张法预应力高强混凝土波形板桩具有挡土面大、力学性能好、施工方便快捷等优点,可广泛应用于航道护岸工程,水利工程、地下开挖围护工程以及城市海绵工程等,经济效益和社会效益高。但是目前对波形板桩的研究,特别是对截面受力性能的分析非常有限,本文通过理论解析、Abaqus数值模拟分析和试验结果对比验证的方法,分析波形板桩的抗裂弯矩、抗弯承载力和抗剪承载力,并得到极限抗弯强度和抗剪强度。研究表明,有限元建模分析过程支座设置、边界条件和荷载施加更加接近模型试验的真实工况,数值模拟结果与试验实测值基本相符,混凝土波形板桩具有良好的力学性能,研究成果对今后预应力高强混凝土板桩的设计计算和推广应用等具有参考价值。
2018 Vol. 14 (3): 688-696 [摘要] ( 0 ) HTML (1 KB)  PDF (1691 KB)  ( 3 )
697 封闭体系中煤体升温解吸的热力学特性研究
蔡婷婷, 赵东
气体在煤中吸附解吸取决于其压力和温度,气体解吸量随温度升高和压力降低而有所增加。在封闭体系中,温度升高造成煤体解吸量增加,并引起体系压力变大,但同时抑制解吸。吸附态气体和游离态气体相互转化时,伴有能量交换。为研究煤体升温吸附/解吸的热力学特性,依据实际气体状态方程、玻尔兹曼能量分布理论以及两能态模型,得到了吸附热的数学表达式,并在物理实验基础上加以验证。实验结果表明:封闭体系内温度升高,升温促进解吸和加压促进吸附同时作用直至动态平衡,其中温度对解吸的促进作用要强于压力对解吸的抑制作用,体系整体表现为解吸作用;两能态模型能较准确地反映吸附热与温度和压力的变化关系,且吸附热是温度和压力的函数,其值与初始平衡条件有关,初始压力越大,吸附热越小,解吸时间越短,更易达到平衡。
2018 Vol. 14 (3): 697-704 [摘要] ( 2 ) HTML (1 KB)  PDF (1267 KB)  ( 1 )
705 相对厚度变化下双层软黏土地基固结特性研究
雷华阳, 任倩, 卢海滨, 李宾
采用改装的固结仪,针对吹填场区特有的双层软黏土地基,开展了固结特性试验研究,探讨了土层相对厚度变化对地基变形特性的影响规律。试验结果表明:单层软黏土的变形随试样厚度的增加而增大,双层软黏土的变形与试样厚度比呈明显的正相关关系;上层土厚度为2 cm的双层试样与高度为2 cm的单层试样,前者的稳定沉降大于后者,荷载等级较大时,双层试样的沉降曲线分离程度明显大于单层试样;随着厚度比的增大,厚度比变化对双层地基土体变形的影响逐渐减小;压缩指数随单层软黏土厚度的增大而增大,增大幅度不明显;相对于下层试样,上层试样对双层试样的沉降变形影响更大;随着上层压缩性大的土层厚度的增加,双层地基变形增大、固结速率减小。受土体结构性随固结应力变化的影响,不同厚度及厚度比试样,其沉降曲线随固结压力的增大呈“S”型变化。
2018 Vol. 14 (3): 705-711 [摘要] ( 0 ) HTML (1 KB)  PDF (1483 KB)  ( 4 )
712 水平基准基床系数试验方法与取值研究
潘永坚, 李高山, 刘生财, 欧阳涛坚, 蔡国成
岩土工程勘察中,考虑扁铲侧胀试验、室内固结试验在获得水平基床系数数值上存在的差异性,从测试原理、方法和尺寸效应分析,结合相关理论,提出了采用K0固结仪和考虑高径比(H/R)的新的测试试验方法和修正公式。结合软土地区重大勘察项目实践,采用扁铲侧胀试验和改进的K0仪固结试验,对流塑、可塑、软塑等3种稠度状态下的粘性土分别进行测试分析,对试验方法和修正公式进行验证。结果表明,两种测试试验方法下得到的水平基准基床系数基本一致,比值接近1,具有较好的可行性、合理性。
2018 Vol. 14 (3): 712-718 [摘要] ( 0 ) HTML (1 KB)  PDF (1235 KB)  ( 4 )
719 裂隙岩体同步压裂干扰机制的数值模拟研究
李旺, 唐春安, 李连崇
为认清裂隙岩体中同步压裂的应力扰动规律,指导页岩气储层压裂的优化设计,应用基于有限元的RFPA2D-Flow软件,首先对配对井相同压裂段间裂缝静、动态诱导应力扰动机制进行研究,随后研究了天然裂缝对水力裂缝的影响机制,并对裂隙岩体的同步压裂进行模拟。结果表明,相向延伸水力裂缝的诱导应力相互叠加,其对地应力场产生的扰动作用相对单井裂缝更加明显。水平主应力差较小时,配对井相同压裂段裂缝在相向延伸过程中相互吸引的趋势越明显,分支缝越多;小主应力差、小逼近角且高脆性矿物充填的天然裂缝更易使水力裂缝转向;对于非完全充填雁列式裂缝型储层,大主应力方位与天然裂缝呈30°至60°夹角时,天然裂缝起裂及失稳压力适中,可有效降低施工难度,同时该角度范围也利于一定数量的分支缝形成。同步压裂技术可对目标储层实现充分改造,具有良好应用前景。
2018 Vol. 14 (3): 719-728 [摘要] ( 0 ) HTML (1 KB)  PDF (3893 KB)  ( 2 )
729 考虑轴线偏差的钢顶管允许顶力计算方法
邵光辉, 薛双, 赵志峰, 樊凤凯
钢顶管轴向稳定性直接影响到允许顶力大小。若顶力控制不当,顶管可能发生轴向失稳破坏。顶进过程中的轴线偏差会降低轴向稳定性。为解决存在轴线偏差的钢顶管允许顶力计算问题,考虑管周土体的约束、管土摩阻力的共同作用,将钢顶管顶进过程中的轴线偏差作为初弯曲,建立并求解能量方程,获得了临界顶力荷载的解析解。结合实际工程,提出了根据容许轴线偏差量与管长共同确定初弯曲的方法,计算了不同初弯曲条件下的稳定系数与允许顶力。稳定系数与轴线偏差呈二次曲线关系,轴线偏差越大,顶管轴向稳定性越低,允许顶力越小。钢顶管施工过程中,应根据轴线偏差造成的不同初弯曲计算稳定系数与允许顶力,以控制顶管顶力,避免发生轴向屈曲。
2018 Vol. 14 (3): 729-734 [摘要] ( 0 ) HTML (1 KB)  PDF (1231 KB)  ( 3 )
735 关于高拱坝坝基可利用岩体质量要求的探讨
张公平, 饶宏玲, 牟高翔, 陶警圆
拱坝作为高次超静定的空间壳体结构,具有自适应能力强、超载安全系数大的显著特点,一般说来,拱坝是经济性和安全性都较优的一种坝型。然而,随着一大批高拱坝工程的相继建成,我国拱坝设计标准中对于高拱坝坝基可利用岩体质量要求过严,导致拱坝适应性和经济性降低的问题也逐渐显现。本文在对中、美拱坝坝基可利用岩体质量要求及中、外代表性拱坝工程坝基可利用岩体情况的对比分析的基础上,系统阐述了高拱坝坝基岩体质量要求过严所带来的不利影响,并列举了我国在特高拱坝及高拱坝设计中突破建基面岩体质量要求限制、取得显著经济效益的工程实例,希望能为类似工作提供参考。
2018 Vol. 14 (3): 735-740 [摘要] ( 0 ) HTML (1 KB)  PDF (1166 KB)  ( 3 )
741 核废料处置库近场岩石热应力半解析方法研究
张勇, 刘晓丽, 满轲
针对地下核废物处置库近场环境为饱和裂隙岩体时的情况,提出了一种由分布热源、饱和稀疏裂隙和岩石构成的简化概念模型,根据Goodier提出的热弹性位移势,采用拉普拉斯变换、格林函数法和数值积分等方法,计算求解概念模型中处置库近场岩石的温变热应力。并以实际算例分析分布热源作用下稀疏裂隙岩体受三维水流-传热过程影响的热应力特征以及裂隙水流速和分布热源间距对裂隙岩体热应力分布的影响。结果表明,裂隙水的流动传热作用将处置库近场岩石的热量向下游传递,从而降低了近场岩石的温度,减小了近场岩石中的热应力,裂隙水流速越快,对近场岩石中热应力的影响越明显;热源间距越小时,处置库近场岩石的热应力越大;当热源间距小于一定值时,不同热源间传热作用的叠加将使处置库近场岩石的热应力峰值急剧增大。
2018 Vol. 14 (3): 741-747 [摘要] ( 0 ) HTML (1 KB)  PDF (1923 KB)  ( 5 )
设计、施工、监测
748 浅埋暗挖风道进主体施工技术优化分析
戴文亭, 王振, 孙明志, 闫思檬, 孙思博
地铁开挖过程中引起的地表沉降对周边建筑及道路有很大的影响,浅埋暗挖风道与主体交叉段的施工是工程中的重难点工序,为控制施工过程中地表沉降量,并对施工进行指导,做出以下研究:以长春地铁解放大路换乘工程为依托,采用FLAC-3D程序数值模拟的方法对CRD风道转入PBA工法车站主体进洞施工进行优化分析;通过对比双拱挑高进洞方案、加强环梁进洞方案与直接进洞方案在风道和主体开挖阶段地表沉降量,发现在风道开挖阶段,双拱挑高进洞方案沉降量较小,而主体开挖阶段,加强环梁进洞方案沉降量较小,得到如下结论:(1)双拱挑高进洞方案在风道开挖阶段对地表沉降控制较好;(2)加强环梁进洞方案在主体开挖阶段对地表沉降控制较好。
2018 Vol. 14 (3): 748-760 [摘要] ( 2 ) HTML (1 KB)  PDF (2467 KB)  ( 2 )
761 浅埋偏压小净距隧道围岩压力分布与围岩控制
腾俊洋, 唐建新, 张闯, 张宇宁
根据浅埋偏压小净距隧道受力特点,研究推导了考虑施工工序及地形坡度的浅埋偏压小净距隧道围岩压力计算公式。分析了考虑不同地形坡度及同一坡度不同埋深2种工况下地形坡度及埋深对围岩破裂范围、水平侧应力、拱顶压力的影响规律,并指出了浅埋偏压小净距隧道围岩压力在考虑地形坡度下与水平地表下分布规律的差异,建立了3DEC数值模型以对上述理论规律进行验证,结果表明,数值分析规律与理论推导计算规律相吻合。将理论计算公式应用于马嘴隧道出口浅埋段隧道稳定性计算,由计算所得围岩稳定性系数及现场隧道变形监测结果提出隧道围岩及地表稳定性处理措施。
2018 Vol. 14 (3): 761-769 [摘要] ( 0 ) HTML (1 KB)  PDF (1745 KB)  ( 4 )
770 非对称基坑开挖对浅埋下卧地铁隧道的影响
张玉伟, 翁效林, 谢永利
地铁隧道里程数越来越长,近接地面工程建设对其安全影响不可忽视。为了研究地面工程建设对下卧地铁隧道的影响,采用数值分析方法建立三维模型,以基坑未开挖作为初始状态,分析了基坑降水、非对称基坑开挖和桩基荷载施加等过程的地铁隧道空间位移特征及结构受力特征。结果表明:基坑降水过程对下卧地铁隧道位移影响不明显,非对称基坑开挖会导致下卧地铁隧道结构整体产生上浮及偏移,桩基荷载施加后隧道会产生相应的下沉现象,但仍有残余位移;隧道受力结果表明,基坑降水对隧道受力影响也不明显,基坑开挖过程隧道受力逐渐增大且整体受力均匀,桩基荷载施加后隧道顶部和底部受力进一步增大,两边墙受力变化相对较小,受力整体呈椭圆形。研究结果可为确保类似工程施工安全提供借鉴。
2018 Vol. 14 (3): 770-778 [摘要] ( 0 ) HTML (1 KB)  PDF (3359 KB)  ( 5 )
779 德格隧道施工过程分析及冒落成因机理
严健, 何川, 陈四来, 姚志军
为探明公路隧道过深埋破碎带施工中地层变形与受力特性,揭示围岩碎裂形成冒落破坏的成因机理,依托川藏公路新建德格隧道,对隧道施工过程进行了三维数值模拟和力学分析。研究表明:受构造破碎带和埋深影响,隧道过冲沟深埋段施工中拱顶位移均较大且会有突变,施工在竖向对围岩压应力的影响非常明显,而在水平方向对拉应力的影响更为显著,围岩竖向与水平向较大的压应力差值增加了围岩松弛区范围;深埋自重应力场较大,受施工扰动位于冲沟底部的破碎带围岩碎裂变形加剧出现冒落体,因松动地压超过支护结构承载力最终导致冒落破坏。
2018 Vol. 14 (3): 779-785 [摘要] ( 0 ) HTML (1 KB)  PDF (2946 KB)  ( 4 )
786 多幅竖向拼接预制预应力地连墙围护分析研究
胡坚尉
预制预应力地连墙是一种新型的结构形式,且符合预制装配式的发展方向,其研究具有重大的意义。但单幅预制预应力地连墙长度过长,施工很不方便且成本巨大。将预制预应力地连墙分为竖向多幅,选取上海地区典型地质,对多幅竖向拼接的预制预应力地连墙在多变量下进行有限元模拟分析,在围护墙体自身变形、受力及周边环境保护等方面进行了系统的比较分析。结果表明,在多幅地连墙的合适部位施加预应力,能有效地减小围护墙体变形,且施加预应力越大,控制效果越明显,同时,地连墙上空心率对地连墙变形影响不大。研究结果有利于将来预制预应力地连墙的推广运用。
2018 Vol. 14 (3): 786-791 [摘要] ( 0 ) HTML (1 KB)  PDF (1561 KB)  ( 2 )
792 超大跨度地下矩形隧道结构型式及经济性分析
刘发前
随着城市交通的发展,隧道结构的跨度越来越大,常规结构型式是否适用、其经济指标如何,是亟待研究的课题。笔者对超大跨度矩形隧道的荷载及设计方法进行了简要介绍,并以3 m覆土,52 m跨隧道结构为例,着重讨论了折板拱型结构的力学反应、经济指标,并给出了拱高的合理值。研究发现,顶板自重约占竖向荷载的40%,相比于常规矩形框架结构,折板拱型结构可节约混凝土及钢筋35%左右。然后,提出了空心轻型框架结构,即将顶板做成空心的肋板结构,减少顶板中心部位的混凝土量,减小顶板自重,提高结构的经济效益。分析结果表明,顶板混凝土量可减少38.9%,底板约22%,经济性较高,是一种值得推广的结构型式。
2018 Vol. 14 (3): 792-798 [摘要] ( 0 ) HTML (1 KB)  PDF (1405 KB)  ( 2 )
799 功效系数法在TBM选型定量化决策中的应用
杨振兴, 王浩, 周建军, 沈捷, 陈馈
针对TBM选型单指标决策的局限性和主观臆断的缺陷,引入功效系数法,实现影响TBM选型多个指标的综合决策和定量化。选取地质适应性、线网适应性、施工进度、设备造价、支护费用、洞室稳定性6个具有代表性评价指标,采用Delphi法确定各指标的权重系数,建立TBM选型功效系数法模型。运用所建模型对重庆市地铁6#线一期工程礼嘉站—平场站和平场站—黄茅坪站区间的TBM选型(开敞式TBM、单护盾式TBM、双护盾式TBM、复合式TBM)。研究结果表明:运用功效系数法进行TBM选型,实现了多指标的定量化决策,简单,准确,具有良好的工程应用价值。
2018 Vol. 14 (3): 799-804 [摘要] ( 0 ) HTML (1 KB)  PDF (1189 KB)  ( 3 )
805 小井间距双井水溶造腔腔体扩展规律研究
任松, 唐康, 易亮, 陈结, 刘伟
搭建了双井水溶造腔的试验装置,采用室内模型实验的方法研究了不同注水流量和井间距时腔体体积扩展规律。结果表明:(1)排卤口卤水浓度随注水流量的增加而减小,腔体体积随注水流量的增加而增加;注水流量越大,盐岩壁溶蚀速率也越大,注水口溶蚀速率要大于排卤口溶蚀速率。(2)井间距对卤水浓度的影响没有注水流量明显,浓度随井间距的增加缓慢地增长;井间距对溶腔体积的影响也较小,井间距由2 cm增加为4 cm,腔体体积增长了2%,井间距由6 cm增加到8 cm,腔体体积仅仅增长了1.8%;井间距主要影响腔体的扁平程度,井间距越大,腔体形状越扁平。该研究可为现场开展小井间距双井水溶造腔提供指导。
2018 Vol. 14 (3): 805-812 [摘要] ( 0 ) HTML (1 KB)  PDF (1746 KB)  ( 4 )
防灾与环境
813 爆破振动对既有高铁隧道衬砌安全的影响分析
郑明新, 夏一鸣, 胡国平, 刘家桦
在救援通道爆破掘进施工中,为了确保邻近金山顶隧道的安全,运用现场测试技术与数值法探讨了爆破振动对邻近高铁隧道衬砌结构的振动影响。其中数值分析表明既有隧道迎爆侧受水平应力波为主,径向振速明显大于垂向振速;迎爆侧从拱顶至墙脚,径向振速先增后减,墙腰处最大,拱脚处次之,墙脚处径向振速大于拱顶处;垂向振速呈现先减小后增大趋势,拱顶处最大;既有隧道衬砌墙腰处受拉应力最大,易出现拉伸破坏。最后基于动力弹性理论,依据现场测试数据振速和混凝土动应变的关系,通过线性拟合确定了爆破施工过程中隧道衬砌安全条件下爆破振动速度不大于6 cm/s。
2018 Vol. 14 (3): 813-818 [摘要] ( 0 ) HTML (0 KB)  PDF (1953 KB)  ( 13 )
819 盾构下穿既有铁路股道地基沉降控制与加固研究
齐勇
随着轨道交通在城市建设中的飞速发展,盾构下穿城市其他重要建构筑物的情况屡见不鲜,为施工带来极大的难度与挑战。通过对南宁市轨道交通3号线盾构隧道下穿铁路股道现场调研,基于Peck公式对轨道沉降进行理论计算,同时,借助有限差分软件FLAC3D验证了轨道沉降计算值的准确性。参考《铁路线路维修规则》(铁运<2006>146号)给出的轨道沉降容许值,发现无加固措施时的轨道沉降不能满足要求。结合国内类似工程的施工案例,通过对适用性、施工工艺与难度、施工周期、施工对环境的影响、加固效果、造价这6个方面的综合比选,选择D型便梁加固+洞内注浆的加固措施,并通过有限元软件SAP2000进行D型便梁的验算,确保便梁的设计满足使用要求,研究思路对其它类似工程具有一定的指导意义。
2018 Vol. 14 (3): 819-827 [摘要] ( 2 ) HTML (0 KB)  PDF (2194 KB)  ( 4 )
828 基于阻滞影响的隧道临界风速研究
夏永旭, 周勇狄, 姚毅, 韩兴博
临界风速的研究对于隧道火灾时的烟气控制、消防救援、人员逃生等有重要意义。临界风速的计算受到火源和洞内车辆阻滞的影响,为了给出考虑上述阻塞的临界风速计算公式,建立了考虑隧道火灾时火源和洞内车辆阻塞数值计算模型,分析了火源处阻塞或上游车辆阻塞单一因素对临界风速的影响;修正了考虑火源处阻塞的临界风速计算公式;提出了一个新的同时考虑火源上游阻塞以及火源断面阻塞的无量纲临界风速计算公式,并与实验结果进行对比验证其准确性。研究表明:本文公式平均误差在10%以内,临界风速随阻塞比增大而减小,火源处阻塞对临界风速的影响显著于上游车辆阻塞。
2018 Vol. 14 (3): 828-835 [摘要] ( 2 ) HTML (0 KB)  PDF (1809 KB)  ( 6 )
836 矿山法地铁隧道防排水型式双层次评价体系
雷刚
矿山法地铁隧道以其灵活快捷低廉的特点,在全国地铁工程中大量应用,但其防排水型式的选择仍然以传统的粗犷式定性判断为主。依托青岛地铁工程,首先通过调研总结并借鉴AHP的思想树立防排水型式为目标层,建立起双层次分析模型,第1层共五大类影响因素,之后再进一步细分,可得到第2层15个影响因素;为解决决策的数值化问题,引入专家打分系统,将各个影响因素的作用数值化,可以得到因素的权重及分值,并且在数学上进行归一化处理和一致性检验,得到误差允许的数值化结果;最后依据事先建立好的判别准则选用相应的防排水类型。此项研究建立起了地铁矿山法隧道防排水型式双层次综合评价体系,该体系最大最突出的优点是可以量化分析防排水选型。
2018 Vol. 14 (3): 836-844 [摘要] ( 2 ) HTML (0 KB)  PDF (1946 KB)  ( 3 )
845 双系煤层孤岛结构对工作面矿压显现影响研究
张宏伟, 付兴, 霍丙杰, 陈蓥, 周坤友
为了确定大同矿区侏罗系煤层群开采形成的孤岛覆岩结构对石炭二叠系工作面开采矿压显现的影响,以同忻矿8104、8106工作面为研究对象,通过理论分析确定侏罗系煤层群开采孤岛覆岩结构的形成条件,构建FLAC3D数值模型,分析孤岛覆岩结构对石炭系煤层应力控制及矿压显现特征,并结合微震监测数据进行了合理验证。研究表明:当侏罗系煤层遗留煤柱宽度≥22.3 m时可形成孤岛覆岩结构,煤柱宽度为80 m时,孤岛覆岩结构对石炭系煤层工作面影响达到峰值;数值模拟说明8106工作面及5105巷道受到孤岛覆岩结构影响,其矿压显现强度及范围明显增大,围岩应力最大增至40 MPa;微震监测显示8104工作面推进孤岛覆岩结构过程中,个别微震事件能量级别达到了106 J,具备了诱发冲击地压发生能量条件。
2018 Vol. 14 (3): 845-851 [摘要] ( 2 ) HTML (0 KB)  PDF (1869 KB)  ( 3 )
852 遗煤自燃风险评价方法与风险发展趋势研究
韩光, 齐庆杰, 崔铁军, 王来贵
为了解采空区遗煤自燃风险程度及其与影响因素关系,对自燃风险进行评价,提出一种博弈可拓算法。算法将博弈的主客观权重分析与可拓的倾向性分析结合,可确定被评价对象所处状态及状态发展趋势,得到因素的主观权重和客观权重。根据综合权重降序排列因素指标,改造排序靠前的指标。该方法可表示评价等级与相邻评价等级的关系,从而确定指标的发展趋势。应用该方法分析了某煤矿采空区遗煤层的8个样本位置自燃风险,结果表明8个位置中,状态发展向安全方向的有5个,向风险很大方向发展的有3个。与实际评价结果相比,该算法结果的正确率在75%~87.5%之间,高于对比文献的62.5%。
2018 Vol. 14 (3): 852-858 [摘要] ( 2 ) HTML (0 KB)  PDF (1199 KB)  ( 2 )
 



 
 
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  南京林业大学土木工程学院
  南京工业大学岩土工程研究所
  西华大学建筑与土木工程学院
  解放军理工大学工程兵工程学院
  武汉广益交通科技股份有限公司
  南京慧龙城市规划设计有限公司
  郑州大学岩土与地下工程研究所
  北京工业大学岩土与地下工程研究所
  南京大学地下空间与地质环境研究所
  同济大学建筑设计研究院 轨道交通与地下工程分院(集团)有限公司
 
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