地下空间与工程学报

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吕元,曲青青,张雅娟,胡斌

地下空间与工程学报. 2015, 11(2): 271-277.

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地下综合体存在方位感差和导向性差的问题。在传统的设计理念中,对空间的形式感非常强调,却往往忽视人在复杂环境中的空间认知,也忽视人们在这些复杂环境中的行为取向。虽然标识系统确实是空间认知体系的组成部分,但是过多的标识往往是视觉噪声,使得使用者在地下空间的导识效率愈加低下。因此,地下空间的导向设计除了要不断完善标识系统,还应该开发其他的辅助方式,软导向就是导向系统的重要组成部分之一。本文从地下空间环境认知规律出发,对北京西单77街地下综合体导向系统进行了实际案例调研分析,分析了地下空间的导向性的问题及设计规律,提出使用者可以根据空间认知,利用空间设计的差异性来完成自我导向,并具体总结了利用空间设计开发软导向的设计策略。

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利用地下空间改善铁路客运站交通组织的探讨

梁大坚

地下空间与工程学报. 2015, 11(2): 278-283.

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国内现有的大型铁路客运站,除个别新建的大型交通枢纽外,多数利用地面广场进行旅客集散、车辆停靠、与公共交通接驳等交通组织。随着城市铁路交通运输的发展,地面空间变得局促和紧张,利用地下空间成为发展和扩建的选择。天津海河东路地道及主广场地下工程是天津站交通枢纽工程的重要组成部分,是一个整合了城市地道、城铁出站集散、公交车站、停车场等功能的综合性地下空间。该工程解决了原天津站站前广场停车、车辆进出站、旅客进出站的矛盾,并改善了天津站及附近海河沿岸城市景观。笔者将通过该工程的介绍探讨如何利用地下空间改善铁路客运站的交通组织方式。

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我国城市地下空间土地使用权价格分析与探讨

赵丽

地下空间与工程学报. 2015, 11(2): 284-292.

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随着我国地下空间的开发利用渐入高潮,各地结合自身条件出台了有关地下空间开发利用与地下土地使用权出让金收取的相关规定。本文通过收集整理已出台的地下空间相关规定,重点对不同城市的地下空间土地使用权价格进行了整理,对比分析发现不同城市间在收费对象、参照系、收费比例和收费计算方式上存在差异。在此基础上对地下空间土地使用权价格比例系数确定的影响因素进行了探讨,研究表明,其系数差异主要与当地的经济发展水平、居民收入与消费水平、人口规模、基础设施完善程度和政策因素等密切相关。针对此提出相关建议,为今后的地下空间土地管理和价格评估工作提供参考依据。

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嵌岩桩尺寸效应及深度效应的室内试验研究

何春林,龚成中,龚凡,胡勇

地下空间与工程学报. 2015, 11(2): 293-398.

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为了研究嵌岩深度超过4倍桩径的深嵌岩桩的桩径尺寸及嵌岩深度对桩基承载特性的影响,采用室内模型试验方法,通过室内3组(9根)模型试桩对其进行了研究与分析,内容包括桩径大小及嵌岩深度对深嵌岩桩基承载力的影响、嵌岩深度的变化对轴力传递的影响以及桩径尺寸及嵌岩深度效应对桩侧阻力、桩端阻力的影响等。研究结果表明:增大桩径和增加嵌岩深度对提高嵌岩桩基的极限承载力都是可行的,且增大桩径比增加嵌岩深度更为有利;从桩身轴力传递来看,随着嵌岩深度的增加,桩身轴力的分布主要集中在桩身上部;从桩侧阻力分布形态来看,桩侧阻力也主要分布在桩身的上部区域。对小直径桩基(D=50 mm)而言,随着嵌岩深度的增加,桩顶承受荷载的增大,桩身上部的极限侧摩阻力也随之增大;而对大直径桩基(D=90 mm)而言,桩侧摩阻力随桩径的增加而反而有所减小;从桩端阻力大小来看,在极限荷载作用下,桩基嵌岩深度越深、桩径越大,桩端阻力变化越小。

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斜坡路基压力注浆处治离心模型试验研究

刘玉良,阳恩慧,蒋鑫,邱延峻

地下空间与工程学报. 2015, 11(2): 299-305.

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研究以四川省绵广高速公路路基路面病害压力注浆处治为依托工程,采用室内离心模型试验,对高速公路斜坡路基压力注浆处治的关键性设计参数及其施工工艺进行系统的试验研究。研究结果表明,斜坡路基的压力注浆处治宜分两次或多次进行灌注,注浆压力宜控制在第一次灌注压力为0.2 MPa,第二次灌注压力为0.4 MPa～0.5 MPa,灌浆间距宜控制在2 m以内,应合理配置注浆浆液的配合比。并结合现场工程注浆试验测试结果进行对比分析,结果表明,采用本文提出的关键性注浆控制指标能获得较为理想的注浆效果。

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基于抽水试验的多种方法确定水文地质参数

赵琳琳,肖长来,陈昌亮,陈章,梁玉思

地下空间与工程学报. 2015, 11(2): 306-309.

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水文地质参数对于地铁抗浮设计水位的确定,工程建设安全及安全运行等具有重要意义,野外抽水试验是确定水文地质参数的主要方法。本文以“长春市地铁一号线”南湖大路站抽水试验资料为依托,采用传统的稳定流公式法、非稳定流的直线图解法、Theis公式法等计算,并采用全程曲线拟合法进行计算,结合实际水文地质条件,多种方法对比分析,确定该地块渗透系数为45 m/d、导水系数13.50 m²/d及贮水系数为0.000 3。本次试验进一步验证了全程曲线拟合法在承压水含水层中的适应性,提出了井管回水的附加水位对抽水试验参数计算的影响。

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电化隧道下穿扩能隧道影响区及围岩压力研究

贾剑,周顺华

地下空间与工程学报. 2015, 11(2): 310-315.

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以铁路皖赣线扩能改造工程电化隧道近距下穿扩能隧道为工程背景,参考我国规范以及日本近接隧道指南,确定了空间交叉隧道强影响区范围、弱影响区范围的划分指标与划分方法,发现围岩等级以及两隧道空间交叉角度对交汇位置稳定影响较大。将强影响区范围内两隧道的最不利位置关系归纳为电化隧道位于扩能隧道“正下方”、“偏下方”两种工况,将弱影响区范围内两隧道的最不利位置关系归纳为电化隧道位于扩能隧道“斜下方”工况。应用理论分析以及数值分析方法研究了以上典型不利工况电化隧道的围岩压力模式及衬砌结构内力,结果表明:可以应用“正下方”围岩压力模式设计强影响区范围内的电化隧道支护结构参数,应用“斜下方”围岩压力模式设计弱影响区范围内的电化隧道支护结构参数,该法能够保证交叉节点位置隧道结构安全。

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大跨径隧道围岩的快速分级与稳定性分析

赵文忠,黄生文,刘丹

地下空间与工程学报. 2015, 11(2): 316-320.

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通过某高速公路大跨径隧道的现场实勘,采用BQ围岩分级和CSIR分类法对将要变更隧道段围岩快速动态分级,结果表明,围岩质量好于Ⅳ级但是比Ⅲ级稍差。采用赤平极射投影和实体比例投影法对本段隧道定性定量分析,结果印证拱顶不稳定结构体为可能塌落体积为44.4 m³斜四面锥体落石。对围岩位移与支护结构应力的数值分析结果亦表明最大位移出现在拱顶,两种分析结果相互印证。据此对施工隧道进行了设计变更和优化,获得了良好的效果。

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基于端头加固理论的盾构尺寸效应及界线研究

江华,江玉生,张晋勋

地下空间与工程学报. 2015, 11(2): 321-326.

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分析和总结了既有端头加固模型的不足,针对其局限性,考虑尺寸效应对盾构始发与到达端头加固的影响,提出了改进的荷载等效模型。基于既有模型和改进模型,对粉质粘土、粉土、砂土及与砂卵石等四种地层进行端头加固统计计算,讨论了应力及纵向加固范围与盾构直径之间的关系,验证了端头加固的尺寸效应,给出了大小盾构的分界线。研究结果表明:直径小于10 m和大于10 m盾构隧道端头土体的纵向加固范围、最大拉应力及最大剪应力同直径的关系曲线呈现明显不同的变化特征,10 m直径可以作为大小盾构的有效分界线。对于直径大于10 m的盾构隧道,使用改进模型进行端头加固计算更科学、更符合实际,结论更可靠。基于盾构始发与到达端头加固理论提出的大小盾构尺寸界线,可为将来进一步研究类似问题提供了参考。

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双跨双层地铁车站柱轴力理论解析

高云龙,周济民,谭准

地下空间与工程学报. 2015, 11(2): 327-332.

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地铁车站设计中,柱网的布置对整个车站的主体结构受力及车站内部设备、机房等平面布置具有重要影响。由于地铁车站结构力学性态复杂,地下结构的计算目前停留在软件计算阶段,尚未有关于柱轴力的理论解析式,但软件计算结果难以明确荷载传递方式、分析影响柱轴力的因素。本文基于对框架结构的力学解析,从荷载传递的角度出发,分析了影响柱轴力的因素及其影响程度,得到了柱轴力的简易解析式。其分析结论明确了荷载传递方式,对于地铁车站的设计具有重要的理论指导意义和实际使用价值。

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人防工程门框墙结构实用计算方法

徐汉中,黄春

地下空间与工程学报. 2015, 11(2): 333-337.

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对于人防工程设计中关于门框墙结构的计算,现有规范和设计手册主要提及两种方法,悬挑构件法和增设加强梁(柱)法,目前,各相关文献和结构计算软件都只提供了悬挑构件法的计算方法,对增设加强梁(柱)法并无明确说明。但在很多情况下,悬挑构件法无法适用于人防工程设计。由于增设加强梁(柱)法涉及较多问题,文中对该方法进行了系统地讲解。针对高抗力门框墙结构计算,笔者提出了另一种实用的计算方法——梁板分荷法,通过理论探讨和工程计算比较,表明其具有经济适用性和简便可行性。

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应力变化的真空-堆载预压下竖井地基固结分析

郭彪,刘永才,房锐,李亚军

地下空间与工程学报. 2015, 11(2): 338-342.

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考虑真空度沿竖井线性减小、堆载所引起的附加应力随深度变化以及地基涂抹区水平渗透系数呈线性变化,推导了附加应力变化的真空-堆载预压下竖井地基固度的一个解析解,并分析了地基固结性状。分析结果表明,在荷载瞬时施加时,真空预压的大小及沿竖井的衰减快慢对地基的固结速度没有影响;在单面排水条件下,竖井地基顶面的附加压力越大,固结越快;在地基井径比和水平渗透系数与竖向渗透系数之比较小时,地基的竖向渗流对地基的固结度有较大的影响。

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超深层岩溶地基上高层建筑桩筏基础性能研究

张俊萌,方从启,朱杰,朱俊峰

地下空间与工程学报. 2015, 11(2): 343-349.

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为了研究超深层岩溶地区高层建筑桩筏基础的整体工作性能,本文结合工程实例,采用现场监测和数值模拟的方法对无锡世贸中心主楼下超深层岩溶地基经灌浆处理后桩筏基础受力和变形进行研究。在桩端和筏板上布置相应的监测点,检测桩端应力,筏板内力,以及筏板沉降随上部结构刚度增加时的变化规律,同时,配合有限元模拟溶洞存在对整体结构桩筏基础的影响以及对比灌浆后桩端地基反力的变化。得到桩筏基础在上部结构和岩溶地基等共同作用下受力和变形等相关结论,对于岩溶地基桩筏基础的选型以及地基处理评价具有重要参考价值。

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围岩压力对爆破信号频域能量分布影响研究

曹野,宋波,陈宏伟

地下空间与工程学报. 2015, 11(2): 350-357.

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随着金属矿山开采深度进一步加大,上覆岩体引起的高围压极易导致围岩发生片帮冒顶等失稳破坏,目前,所建立的爆破震动效应安全判据均未考虑开挖深度及围岩压力因素。笔者通过对不同围岩压力下巷道围岩的爆破震动效应进行数值模拟,利用小波能量理论在频域范围内分解巷道围岩响应信号,得到响应信号的频带总能量以及在不同频率区间内的能量分布,并得出围岩压力对响应信号频带总能量以及频带能量分布的影响规律。结果表明:围岩压力越大,响应信号的频带总能量越大,且频带总能量的增幅以主频带内能量增幅为主;随着围岩压力增大,次频带内能量向主频带内转移,导致频带能量趋于集中。明确不同围岩压力作用下爆破震动信号频域能量的分布规律,为进一步建立考虑围岩压力因素的爆破震动效应安全判据奠定基础。

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不同破坏类型岩石的声发射及分形特征研究

高保彬,李回贵,李化敏

地下空间与工程学报. 2015, 11(2): 358-363.

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为了研究在单轴压缩下不同破坏类型岩石的声发射及分形特征,利用声发射监测仪和岩石力学伺服试验系统对砂岩和泥岩试样进行了实验研究。并且对砂岩、泥岩的力学特性、声发射计数和累计计数以及声发射序列的分形特征进行了对比研究。研究结果表明:砂岩发生的是脆性破坏,泥岩发生的是塑性破坏。脆性破坏岩石的应力-应变过程可分为三个阶段:初始压密阶段、线弹性阶段和塑性破坏阶段,塑性破坏岩石可分为四个阶段:初始压密阶段、线弹性阶段、塑性破坏阶段和残余应力阶段。在初始压密阶段、线弹性阶段和塑性破坏阶段中脆性破坏岩石的声发射累计计数平均增长率要比塑性破坏的高。脆性破坏和塑性破坏岩石的声发射序列都具有分形特征,分形维值在岩石破坏前会出现突降现象,但是塑性破坏岩石出现突降现象的时间要比脆性破坏的长很多。

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含水率和干密度对残积土抗剪强度参数的影响

许旭堂,简文彬,柳侃

地下空间与工程学报. 2015, 11(2): 364-369.

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在分析闽东南地区花岗岩残积土物理力学特性的基础上,对3类非饱和残积土的含水率(ω)和干密度(ρ_d)与抗剪强度指标(c、φ)进行相关分析,建立了针对闽东南地区花岗岩残积土含水率和干密度与抗剪强度指标之间的经验公式。研究结果表明:粘聚力的对数与含水率呈负相关,随着含水率的增大,残积土黏聚力总体呈减小趋势;内摩擦角在含水率增大过程中具有非线性衰减的趋势,且集中在一个范围内变化;3类残积土在高密实度下的ω~φ具有峰值点,土体密实度对粘聚力的影响可用线性正相关来反应;一般情况下,干密度值越大,残积土粘聚力值和内摩擦角也越大。利用建立的经验公式,可为花岗岩残积土边坡的勘察、设计和施工过程中土性参数的合理选取及可靠性分析提供参考。

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长方形岩石抗拉强度测试方法研究

王志

地下空间与工程学报. 2015, 11(2): 370-374.

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使用长方形试样的劈裂试验测定岩石抗拉强度时,仍然沿用巴西圆盘抗拉强度计算公式,与实际情况差异较大。基于平面应力状态假设,通过平面应力问题的傅立叶级数解答推导了长方形岩石劈裂应力计算公式,经计算发现,截面最大拉应力出现在试样对称轴上的某一点,且随着试样宽长比b/a的减小,最大拉应力逐渐接近试样中心点的拉应力,通过计算截面形状函数,确定最大拉应力出现的位置,建立了方形岩石劈裂抗拉强度计算公式。经砂岩与大理岩劈裂试验验证,该计算公式计算得到的抗拉强度值一致性较好,能真实反映岩石的力学性能,是测定岩石抗拉强度的一种有效方法,建议采用b/a小于1且2a大于70 mm的试样进行岩石方形劈裂抗拉强度测定。

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非饱和土力学的分形理论

卢佩霞,曹玲,徐永福

地下空间与工程学报. 2015, 11(2): 375-381.

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室内试验确定非饱和土的力学性质有许多困难,特别是非饱和土的渗透系数,非饱和土渗透系数量级小,随吸力变化幅度大。非饱和土的孔隙结构与非饱和土的力学特性有关,非饱和土的孔隙结构用分形模型表示,分形理论可以用于研究非饱和土的力学特性。本文采用分形理论描述土体孔隙特性,导出非饱和土的水份特征曲线、渗透系数、剪切强度、膨胀变形和压缩变形的表达式。非饱和土的吸力与孔隙的关系由Young-Lapalace方程表示,将孔隙与非饱和土力学性质联系起来。文中非饱和土的理论公式与试验结果符合得很好。

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水下沉井地基基础相互作用力学模型与解答

高子坤

地下空间与工程学报. 2015, 11(2): 382-387.

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水下高承台沉井基础在水平荷载作用下受力特征的本质是地基土层和基础结构的相互作用,且嵌入土体部分和地面以上的悬挑部分必须用分段函数描述,所以求解时需要考虑连续性条件。本文首先考虑水流冲刷,建立高承台沉井结构-地基土体系三维力学模型,结合沉井基础在水平荷载下的挠度、转角、剪力和弯矩等分量之间的微分关系,根据静力平衡条件建立数学模型。其次,分析并建立力学计算所需的边界条件和连续性条件,并对微分方程形式的数学模型进行推导求解得到问题的解析解答。最后,结合工程算例并考虑多种工况,应用本文解答进行工程实例计算,得到高承台沉井在水平荷载作用下的水平位移、内力分布和剪力及弯矩的安全系数等计算结果,实现沉井地基基础相互作用量化分析。

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黑方台黄土的水力特性研究

周跃峰,韩鸿胜

地下空间与工程学报. 2015, 11(2): 388-392.

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由于长期农业灌溉,在甘肃黑方台地区的黄土塬边发生了严重的滑坡灾害。针对以上问题,本文选取黑方台黄土作为研究对象。首先,测试了该地区黄土的基本物理性质,在此基础上,重点研究了该地区黄土的水力特性。一方面,通过在现场开展双环注水试验,测得了不同位置的渗透系数,另一方面,利用原状土样,开展了增减湿循环条件下的土水特征曲线测试。将实验室测得的原状黄土土水特征曲线离散点,利用MATLAB实现了参数拟合。结合黄土的微观结构特性,对黄土的渗透系数和土水特征进行了进一步讨论。结果表明,虽然该黄土具有粉土的颗粒级配,但是其结构特性使其表现出较高的渗透系数和较低的进气值。

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偏心圆孔圆盘破坏模式的数值和试验研究

张盛,贝征,李新文

地下空间与工程学报. 2015, 11(2): 393-397.

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为了考察偏心圆孔圆盘在径向加载条件下,圆孔偏心位置和孔径大小对其破坏模式的影响,采用不同孔径大小和偏心距的偏心圆孔砂岩试件在RMT-150B试验机上进行了径向加载试验。基于Griffith强度准则,采用ANSYS有限元软件对44种不同构型的偏心圆孔圆盘模型径向加载条件下的应力集中系数进行了计算。数值模拟和试验结果表明,偏心圆孔最大应力集中系数随着偏心距的增大逐渐减小,且主要出现在圆孔的孔边和加载端点处,该位置对应试件的起裂点,试件的破坏角度与偏心距和圆孔孔径相关,给出了破坏角度的计算公式。偏心圆孔圆盘主要有两种破坏模式,Griffith强度准则能够判断其起裂位置。

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排间距对双排小孔径抗滑桩的影响研究

刘恋,孙飞飞

地下空间与工程学报. 2015, 11(2): 398-403.

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现阶段抗滑桩在公路、铁路边坡抗滑工程的应用越来越多。为了获取双排小孔径抗滑桩排间距对桩身破坏特征的影响,评价双排小孔径抗滑桩的安全性,对双排小孔径抗滑桩的排间距进行分析和研究。通过对通平高速公路某边坡双排小孔径抗滑桩施工后的监测、室内比例模型试验和有限元软件模拟,得到此类抗滑桩的受力分配和破坏形式,进而分析排间距对双排小孔径抗滑桩破坏桩顶位移的影响。通过有限元软件对不同排间距进行抗滑桩破坏模拟,发现排间距对双排小孔径抗滑桩存在的影响关系,从而提出合理的桩间距建议,为以后此类工程选用合理的桩间距提供了依据和参考。

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渗透力联合磁场力的土坡模型试验数值模拟

周成,刘俊,陈生水,何宁,张桂荣

地下空间与工程学报. 2015, 11(2): 404-408.

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分析了常规土工模型以及离心模型试验的优缺点,例如前者难以满足土体应力水平物理相似,而后者虽然可以满足模型和原型的几何与物理相似,但是普遍使用率低、造价贵、操作困难,且不适宜用于原生植被生态护坡机理试验研究。最近出现的磁力地质模型只考虑固相的自重应力相似,不能满足液相及水压力相似。因此,本文把渗透力和磁场力联合应用于渗透性较好的粘性粗粒土坡积体模型,提出了双向渗透力以及顺坡向渗透力联合垂直坡面磁场力的土坡模型试验方法和专利技术,并对其力学特性相似进行了分析,对实验过程进行了数值模拟。

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二维多尺度颗粒材料受压性能数值模拟

李怀翠,蔡云竹,吴宇清

地下空间与工程学报. 2015, 11(2): 409-414.

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颗粒材料的宏观力学行为是微观单个颗粒之间相互作用的结果。本文采用多尺度研究方法对已有试验进行了数值模拟,即在微观尺度下,采用离散元方法(DEM)对代表性结构单元(Representative Element Volume(REV))进行建模计算,在宏观尺度下采用有限单元法(FEM)进行求解。对FEM模型中高斯点处REV施加某一给定加载历史,采用均质计算方法获得REV全局应力张量,通过该应力张量推导FEM在每个高斯点的刚度矩阵,从而推导颗粒材料宏观数值本构响应。本文同时考虑了孔隙率,加载速度对压缩效率的影响。

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基于MATLAB的岩石隧道掘进机可视化模拟

陈佳乐,张子新

地下空间与工程学报. 2015, 11(2): 415-421.

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本文对隧道掘进机的不同类型进行了模拟建模程序编写,建立了隧道掘进机对开挖面岩体的作用力的分析方法,以及探讨了在原有块体理论程序应用平台BLKLAB中实现隧道掘进机存在情况下进行开挖面块体稳定性可视化分析的可行性。本研究为隧道掘进机对开挖面岩体作用力与扭矩简化分析及编程应用提供了新的思路,并为隧道掘进机可视化实现提供了编程可行性的例证。最后,对在开挖面块体稳定性可视化分析的时如何考虑隧道掘进机进行了讨论,为原有程序平台的拓展奠定了基础。

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水平测斜监测技术及其在盾构穿越中的应用

周松,荣建,王洪新,赵国强

地下空间与工程学报. 2015, 11(2): 422-428.

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针对复杂穿越工程中岩土体竖向位移监测的问题,开发了一种可用于盾构穿越施工控制的非开挖水平测斜监测技术。阐述了该项监测技术的基本原理与数据计算处理方法;介绍了水平测斜管的埋设过程,包括导向钻进、扩孔护壁、牵引回拖等;在强调了初始值的读取和管口高程修正之后,分别描述了采用人工测量和自动测量两种方法的监测程序;最后,用三个工程实例说明该监测技术在地下穿越工程中具有数据准确灵敏、受外界条件干扰小、监测数据连续等优点,且具有良好的适应性。

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沉管节段接头剪力键三维数值力学特性研究

胡指南,谢永利,张宏光,岳夏冰,徐国平

地下空间与工程学报. 2015, 11(2): 429-434.

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基于ANSYS有限元软件,构建沉管节段三维数值模型,在节段接头处定义接触单元,采用只受压的杆单元模拟橡胶支座,并定义其为双折线材料。调节沉管下部土层的弹性模量与泊松比,模拟沉管隧道在不均匀荷载及沉降条件下的纵向弯曲与扭转工况。通过分析节段接头剪力键的应力及剪力分布特征,研究沉管接头剪力键在上述工况下的受力特性。并将数值结果与大比例尺节段接头剪力键模型试验结果相对比。主要结论:两类工况中,竖向剪力键承担了几乎全部的竖向剪力,但对水平方向的抗剪基本不起作用,而水平剪力键在两类工况中都产生了水平剪力;扭转工况中,地层较软一侧竖向剪力键剪力较大;在剪力键端头角点及与节段衔接处局部应力较大。

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深基坑开挖与紧邻运营铁路的相互影响分析

李明广,陈锦剑,徐安军,董锋,王建华

地下空间与工程学报. 2015, 11(2): 435-439.

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采用快速拉格朗日法对某大型近铁路基坑的施工进行了三维数值模拟。通过分层分块模拟基坑的开挖顺序,并分析了深基坑开挖与临近铁路荷载的相互影响,揭示近铁路深基坑开挖的变形特点。计算与实测结果对比表明:在采用合理的加固措施后,该深基坑开挖对国铁临时运营轨道路基的影响较小, 基坑周边地表沉降量较小,最大沉降不超过15 mm。通过对比有无铁路处基坑围护结构的变形可知,铁路荷载对基坑围护结构的变形有一定影响。分析结果可为类似基坑工程的设计和施工提供有益的参考。

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膨胀土中狭长型深基坑围护结构受力变形分析

陈健

地下空间与工程学报. 2015, 11(2): 440-445.

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扬州瘦西湖隧道下穿蜀冈-瘦西湖风景区,全长2.8 km,场区土层10 m以下分布有40～50 m左右的第四系上更新统冲洪积下蜀粘土,隧道工程主要穿越该粘土层。该粘土层蒙脱石含量较高,测试结果为硬塑,中等膨胀性。膨胀土问题是工程建设中遇到的难题之一,对于膨胀土地层,由于膨胀土开挖卸荷和遇水膨胀的原因,应力-应变与普通土体不同,本文结合扬州瘦西湖明挖段基坑工程,对场区内几种不同形式的围护结构受力变形特点进行分析总结,分析了膨胀土地层部分对基坑围护结构受力变形的影响,为类似工程提供借鉴。

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压力分散型锚索锚固机理数值分析研究

刘鸿,冯君

地下空间与工程学报. 2015, 11(2): 446-455.

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在压力分散型锚索地质力学模型试验的基础上,对压力分散型锚索的每个单元承载体采用了分级循环加载的方法进行数值分析,研究压力分散型锚索各单元内力变化规律,并根据压力分散型锚索锚固段的受力及变形状态,得到了有关压力分散型锚索锚固机理的认识。分析结果表明:坚硬岩体中的锚固段上单元间内力影响较小,无应力叠加现象,而软弱岩体中的锚固段上单元间内力影响较大,会出现较为严重的应力叠加现象;基于弹性理论及摩尔-库仑准则的有限元理论可以较好地解释锚索注浆体在分级循环加载后的应力、粘结应力分布规律以及合理承载体间距(单元长度)。研究结果对正确分析压力分散型锚索加固作用机理和锚固工程设计具有较好的参考价值。

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桩顶荷载对负摩阻力性状影响的三维数值分析

付贵海,魏丽敏,邓宗伟,蒋建清

地下空间与工程学报. 2015, 11(2): 456-461.

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利用ADINA非线性有限元软件, 考虑桩土相互作用,建立了单桩三维数值模型,分析了桩侧堆载作用下负摩阻力的形成过程,研究了桩项荷载作用下桩身荷载传递、桩侧摩阻力分布、中性点位置、桩顶附加沉降的变化规律以及桩顶荷载和堆载的施加顺序对桩侧负摩阻力的影响。分析结果表明:随着桩顶荷载增大, 桩侧负摩阻力逐渐减小,中性点明显上移,由桩侧负摩阻力产生的下拽力增加的速率变小,而桩顶附加沉降速率呈现逐渐增长的趋势;桩侧负摩阻力的大小受桩顶荷载和堆载施加顺序的影响,桩顶荷载先于堆载施加则产生的负摩阻力最大,而采用相反的加载顺序,产生的负摩阻力最小,甚至消失。所得结论对工程设计过程中负摩阻力的计算提供参考。

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地下洞库群风仓式施工通风仿真模拟计算研究

李秀春,杨其新,蒋雅君,曹正卯

地下空间与工程学报. 2015, 11(2): 462-468.

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本文依托某大型复杂地下储气洞库群修建中采用竖井+风仓+风管的通风模式,为满足工程施工通风的需要,研究不同风仓尺寸和风机布置形式对轴流风机效率的影响,建立了17组风仓GAMBIT有限元数值模型,通过FLUENT软件进行模拟计算,得到了轴流风机效率最大时的风仓尺寸和风机布设形式。计算结果表明,在风仓高度固定为9 m的条件下,风仓长度取30 m、宽度取10 m时,风仓内旋流数目最少,风仓两侧的风机效率最高,因此,可确定风仓的最佳尺寸;另外,在此基础上风仓中间不设置隔板,风仓每侧风机分列布置且风机间横向和竖向间距都为2 m且风机间不设置隔板,可得到最佳轴流风机效率。

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地铁小竖井转横通道施工大跨隧道数值模拟分析

白铭海,吉小明

地下空间与工程学报. 2015, 11(2): 469-476.

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狭小场地施工大跨暗挖隧道是城市地铁建设中的常见问题,而小竖井施工浅埋暗挖大跨隧道的安全控制是狭小场地修建城市地铁的关键技术,在施工时容易发生横通道坍塌或引起地表过大沉降及周围建筑的破坏。本文以广州市轨道交通五、六号线换乘站区庄站南端浅埋暗挖大跨隧道施工为背景,介绍竖井横通道内利用桩梁体系转向施工及狭小场地施工地铁浅埋暗挖大跨隧道的关键技术。利用大型有限元分析软件ABAQUS对超前小导管、超前管棚等预加固措施进行论证,并对小竖井施工大跨隧道过程进行三维数值分析。计算结果表明:开挖到横通道顶标高后在竖井四个角增设一榀竖向格栅,加固横通道马头门、采用超前小导管对通道进行预支护,有效地保证了支护结构安全和隧道围岩稳定;在竖井转入横通道后采用桩梁体系成功地解决了因上部荷载过大引起的横通道稳定问题,并有效地控制了地表沉降。

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深部厚顶煤巷道锚索梁布置方式作用机制研究

张世国,李为腾,王富奇,刘文江,王琦

地下空间与工程学报. 2015, 11(2): 477-483.

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巨野矿区赵楼煤矿千米深井工作面顺槽多为典型厚顶煤巷道,围岩稳定性差,巷道破坏严重,控制困难。针对该问题,根据顶板锚索梁的不同布置方式,设计了横梁、纵向单梁、纵向双梁及纵横组合4种锚索梁支护对比方案,通过数值模拟得到了不同布置方式下围岩内部应力分布状态。结果显示:纵横组合方案作用下顶板连续受压区范围及数值最大(应力0.025~0.04MPa),纵向单梁方案次之。分析其作用机制在于:纵向单梁方案中锚索和钢梁共同作用对顶板巷中部位的围岩产生更强的控制作用,形成的受压区面积和压应力值较大;纵横组合方案在纵向单梁方案优势基础上进一步增强了支护系统对巷中两侧顶板煤岩流动的控制,将顶板煤岩保持在相对更好的受力状态。最后通过现场试验对各方案的围岩控制效果进行了对比分析,验证了上述机制分析结论的正确性。

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提高TSP超前地质预报准确性的研究与对策

吴回获,侯小军,曹小军

地下空间与工程学报. 2015, 11(2): 484-490.

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大量的施工实践证明,在隧道施工中对掌子面前方围岩进行超前地质预报是非常必要的,不仅可以避免施工过程中不良地质灾害的发生或将地质灾害影响降到最低,还可以及时调整或修正围岩级别,优化设计参数及施工方法,以加快施工进度,降低施工成本。在当前隧道施工中,TSP作为一种地震波探测方法,是超前地质预报多种技术中最重要的手段。本文详细介绍了隧道施工中TSP超前地质预报系统的原理、特点及准确性现状,并通过大量的TSP超前地质预报现场实践,对影响TSP超前地质预报准确性的相关问题进行了深入的分析和研究,提出了相应的对策和措施,有效地提高了超前地质预报的准确性,正确指导现场施工。

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隧洞稳定性影响因素的敏感性分析

李炎延,郑颖人,康楠

地下空间与工程学报. 2015, 11(2): 491-498.

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本文采用与常见地铁车站尺寸相仿的隧洞作为算例,通过有限元强度折减法计算隧洞的稳定安全系数,按照定量分析数据,采用灰关联分析方法进行了隧洞稳定性影响因素的敏感性分析,综合分析了六种因素对隧洞稳定影响的敏感性,按大小依次为:黏聚力、内摩擦角、高跨比、重度、埋深和固定高跨比时的跨度。研究表明:在隧洞围岩稳定性分级时,除了考虑地质因素以外,还应对隧洞尺寸,如高跨比与跨度等进行考查。此外,还研究了仰拱深度对隧洞二衬结构稳定性的影响,当围岩稳定性等级较高时无需仰拱,而等级很低时要求仰拱有一定深度才能保证结构安全。上述研究为围岩稳定性分级和隧洞优化设计提供了良好的基础。

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海底隧道排水衬砌渗流场解析

熊浩,赵凯,陈国兴

地下空间与工程学报. 2015, 11(2): 499-504.

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现有海底隧道渗流场计算模型未考虑上覆土层对围岩压力水头的影响。本文采用保角变换法,根据层间流量相等原则求得在上覆土层条件下带衬砌隧洞的渗流量及其周边水头分布,并验证其可靠性。计算结果表明:(1)海底土层的渗透系数对渗透量影响较大,尤其当土层水力通道不佳时要考虑土层的影响;(2)衬砌水压力折减系数随衬砌渗透系数变化逐步趋于稳定,折减系数宜取其与渗透量的交线处,此时衬砌与注浆圈渗透系数比值k_{L/k_{g=0.075;(3)注浆圈比衬砌承担更大的水压力,注浆圈厚度加大能有效减小渗透量,当k_{L/k_{g<0.05时,注浆圈厚度的增加对渗透量影响不大。}}}}

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基于投影寻踪法的地下水涌水量预测

冯兆澍

地下空间与工程学报. 2015, 11(2): 505-510.

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为有效控制和管理地下水,基于投影寻踪法对地下水涌水量进行了预测。考虑了影响地下水涌水量的多个因素,得出了地下水涌水量的投影寻踪预测模型。研究发现,训练投影寻踪模型时,地下水涌水量类别的拟合值与实测值之间吻合得很好,拟合值与实测值的相对误差为-5.279 4%~6.250 112%,相对误差绝对值的平均值为1.777 47%;验证投影寻踪模型时,地下水涌水量类别的预测值与实测值之间吻合得较好,预测值与实测值的相对误差为-3.718 53%~8.923 381%,相对误差绝对值的平均值为4.864 86%。结果表明,本文建立的基于投影寻踪法的地下水涌水量预测模型是可行的。

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水位下降过程中气相对土坡稳定性的影响

孙冬梅,张杨,S.Semprich,张彬

地下空间与工程学报. 2015, 11(2): 511-518.

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基于饱和-非饱和水-气二相流模型,对土坡在水位下降过程中的孔隙水压力、孔隙气压力、毛细压力及水相饱和度的变化过程进行模拟;基于模拟得到的不同时刻的渗流状态,采用Bishop简化方法推导出考虑孔隙气压力及坡外水压力的土坡安全系数计算公式,分析了水位下降过程中不同渗透性土坡安全系数的变化规律,及基质吸力和气相的存在对边坡稳定性的影响。结果表明:水位下降过程中土坡的安全系数逐渐减小,水位下降后土坡的安全系数略有增大;考虑气相影响后土坡的安全系数降低,考虑基质吸力影响后土坡的安全系数增大;岸坡土体的渗透率越大,水位下降过程中安全系数较大,而水位下降后安全系数较小。

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证据理论在滑坡危险性评价中的应用研究

燕建龙,徐张建,王朝阳,王军

地下空间与工程学报. 2015, 11(2): 519-523.

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滑坡危险性评估是一个涉及众多复杂的、不确定性因素的复杂工程,其评价方法很多,目前,各种评价方法都很难体现出滑坡各种影响因素之间的关系。本文在确定滑坡监测效果综合评估各指标的基础之上,提出了一种基于证据理论的滑坡危险性评价模型。证据理论可以避免信息不完全、数据缺乏导致模型构造的困难,同时,也将专家经验知识考虑到模型中去。本文通过某滑坡实例应用,达到了较好的评价效果,为滑坡灾害的易发区划分和防治分区提供了依据。该方法能有效实现评价模糊语言的转化,符合人的思维方式,评估结果可以较好地反映目前该滑坡监测效果的真实水平。

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基于强度折减法的软土基坑抗隆起稳定性分析

侯晓亮,谭晓慧

地下空间与工程学报. 2015, 11(2): 524-529.

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基坑抗隆起稳定性验算是软土基坑支护设计中的一项重要内容。本文结合基坑工程实例,采用有限元强度折减法对基坑坑底的抗隆起稳定性进行分析。主要分析总结了基坑开挖深度、支护结构入土深度、支护结构刚度、基坑深宽比以及坑底软土层厚度对基坑抗隆起稳定性的影响规律。研究表明:基坑开挖深度、基坑宽度、支护结构入土深度和坑底软土层厚度等参数的变化均对基坑抗隆起稳定性有一定程度的影响,而支护结构刚度参数对抗隆起稳定性影响不明显。通过与规范法计算结果的对比分析,证明了有限元强度折减法在基坑抗隆起稳定性分析中的适用性。

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爆破震动下地下工程围岩稳定与支护设计

王淼,安志晓,傅鸣春,满高峰

地下空间与工程学报. 2015, 11(2): 530-535.

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随着我国地下工程的大量建设,在新建硬岩隧道与既有隧道间距较小的情况下进行爆破开挖,产生的爆破震动波会危及隧道支护结构的安全和稳定。因此,研究隧道爆破开挖对既有隧道和开挖隧道支护结构的稳定性影响,具有重要的理论意义和工程实用价值。本文运用便携式微机控制数字输出测震仪进行爆破震动测量,同时,采用软件进行非线性数值模拟计算,分析隧道爆破开挖对既有隧道和开挖隧道支护衬砌的影响,讨论爆破震动影响下隧道支护方式的优化。

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地铁设备房自动灭火系统设计及经济性分析

马成正

地下空间与工程学报. 2015, 11(2): 536-539.

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针对目前国内地铁大部分采用气体灭火系统的现状,介绍高压细水雾工作原理,比较两者的安全性能。基于地下车站密闭狭隘空间火灾逃生困难的特性,纵向对比考虑地面及高架车站设备房自动灭火系统选择。以南京地铁AFC设备用房为例,依据国家规范分别采用两种灭火系统进行设计及水力计算,得出设计参数、系统组成。根据计算结果进行设备造价分析,提出高压细水雾灭火系统在地铁设备房应用的可行性,同时,横向对比上海轨道交通成功案例,为城市轨道交通建设及运营管理单位提供参考。

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