地下空间与工程学报

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王玮

地下空间与工程学报. 2015, 11(4): 811-818.

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城市中心地区枢纽综合体由于特殊地理区位具有区别于一般交通枢纽的特征,相应的规划设计要求及方法也应有所差异。本文在综合国内外案例经验基础上,分别从交通设施布局、物业综合开发、人行流线组织、空间布局设计等层面系统分析了中心区枢纽综合体的布局特征,以前海综合交通枢纽规划为例,探讨了中心区枢纽综合体规划设计理念和方法在实际工作中的应用,以期为我国同类型交通枢纽设计提供一定的参考和借鉴。

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城市地下空间安全管理信息化体系及系统实现

谭章禄,吕明,刘浩,靳小波

地下空间与工程学报. 2015, 11(4): 819-825.

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目前,国内城市地下空间的安全问题越来越得到了政府部分、企业、科研单位的重视,应该安装哪些安全设备、怎样进行安全监管、从哪些方面提高安全管理水平才能控制或减少城市地下空间的灾害事故,成为了城市地下空间监管者面前的一大问题。本文以提高地下空间安全管理为目的,将物联网技术引入城市地下空间安全管理中来,提出了基于物联网的城市地下空间安全管理信息化体系总体架构,包括感知控制层、网络基础设施层、信息资源层、应用系统层、门户层五个层次,信息化标准、信息安全、管理运维三套支撑体系,并设计和开发了智能型安全管理系统,监督控制城市地下空间中物的不安全因素及环境的不良状况,从而实现城市地下空间的本质安全。

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功能复合型城市生态园地下空间开发控制——以青岛中德生态园为例

赵景伟,吕占志,逄淑超,鲁晓婷,彭芳乐

地下空间与工程学报. 2015, 11(4): 826-833.

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青岛中德生态园是一个既具有城市产业功能,又具有城市园林绿化功能以及城市居住、商业、文化等功能的复合型生态园区,在高端、生态、环保的总体目标下,中德生态园的地下空间开发尤为迫切。中德生态园的建设背景、规划定位、总体空间布局等对地下交通设施系统、地下公共服务设施、地下市政设施、地下物资储备设施、地下防灾与防护设施等系统提出了较高的规划建设要求。为满足中德生态园地下空间开发的有序性与科学性,有必要在地下空间使用与开发容量控制、空间组合及建造控制、配套设施控制、行为活动控制、开发建设管理控制以及开发控制指标体系基本框架等方面进行前瞻性的研究,为中德生态园园区地下空间利用提供开发建设依据,有利于园区实现可持续发展的规划目标。

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一种定量评价地铁交通社会与环境效益的模型

王洋,彭芳乐

地下空间与工程学报. 2015, 11(4): 834-840.

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通过“有无对比法”和“地上地下对比法”,构造了地铁交通社会效益和环境效益计算指标体系,提出了地铁交通社会、环境效益货币化计算模型。案例应用结果表明:①地铁交通对城市经济发展促进作用明显;②地铁沿线房地产升值效益占据地铁交通社会和环境效益总量的绝对比例,达98%;③地铁沿线房地产升值效益、减少空气污染、减少噪声污染等溢出效益可以通过税收等手段进行内部化;④该模型计算结果可以作为地铁交通建设及沿线公共地下空间开发融资和决策的依据。

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北京市什刹海地区地下空间用地需求研究

李建龙,田毅,师学义

地下空间与工程学报. 2015, 11(4): 841-844.

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地下空间的合理开发利用是节约集约利用土地的重要途径之一,而科学地确定地下空间需求是地下空间开发利用过程中必不可少的一环。本文首先通过土地利用现状调查,分析什刹海地区用地缺口较大的土地利用类型,以确定本次研究的目标地类,即道路与交通设施用地;进而通过比配法来探究基于道路与交通设施用地的地下空间需求,并对其进行分区;最后结合什刹海区域的土地利用现状,对什刹海区域进行基于道路与交通设施用地的地下空间开发利用优化,以期对什刹海地区地下道路的选线及站场选址提供参考。

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不同地层盾构隧道管片力学行为研究

张恒,陈寿根,谭信荣,赵玉报

地下空间与工程学报. 2015, 11(4): 845-851.

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盾构隧道施工过程中管片衬砌由于受力复杂,容易发生局部破损的情况。文章依托深圳城市轨道交通5号线区间隧道盾构施工,在现场基于测试方法研究了管片衬砌在施工中的力学行为,对比探讨了隧道下穿软硬不均地层、粘土地层和上覆建筑物的全风化花岗岩层中衬砌所承受的轴力和弯矩。研究结果表明:不同地层中盾构隧道的力学性能有较大差异,但是它们的力学性能变化阶段是一致的。即:当管片刚拼装完成时,在盾壳的保护下,内力较小;管片内力在管片脱出盾尾后达到最大峰值;当管片拼装上一定时期后,管片内力趋于稳定,其内力一般较管片刚脱出盾尾时要小。

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错缝拼装下管片宽度对盾构隧道力学行为的影响

官林星

地下空间与工程学报. 2015, 11(4): 852-858.

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采用可以考虑管片接头力学性能的壳-弹簧计算模型,对错缝拼装下具有不同管片宽度厚度的盾构隧道的力学性能进行了模拟分析。根据管片接头的受力平衡条件与变形,推导了管片接头转动弹簧刚度与轴向弹簧刚度的关系。基于环向接头的无量纲转动弹簧系数对计算模型的参数进行了统一,从而使各个数值分析模型的结果具有可比性。对壳-弹簧模型的计算结果与传统梁－弹簧模型的结果进行了对比分析,分析结果表明随着管片宽度的增加,二者解析结果的差呈现出递增趋势。依据壳-弹簧模型的计算结果,将弯矩在管片方向上进行精细化分析,研究表明弯矩在管片宽度方向上的分布是非均匀的,在管片端部有集中的现象。根据管片宽度与弯矩分布的关系,建立了弯矩集中度的概念,提出了管片边部强梁的优化配筋方案。

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围压下掘进机多滚刀顺次破岩机理数值模拟研究

王岩,梁正召,唐世斌,廖志毅

地下空间与工程学报. 2015, 11(4): 859-867.

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基于统计力学与细观损伤数值模型,运用RFPA^2D建立三把滚刀顺次侵入岩石的计算模型,并展开系列数值试验,模拟了岩石在不同围压、不同加刀次序下裂纹萌生、扩展以及破碎的全过程,并从能量的角度出发对刀间距的优化问题展开了探讨。研究结果表明,滚刀相位角的存在对岩石的破碎模式和破碎效率有着重要的影响;滚刀顺次加刀优于同时加刀;围压增大,裂纹向深部扩展能力降低。相同围压下顺次加载时存在最优刀间距。同时加载时,随着围压的增加,最优刀间距逐渐增加。研究结果可为地下工程岩石破碎理论与隧道掘进机刀盘布置提供依据。

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复杂地层大直径泥水盾构刀具磨损规律分析

李雪,周顺华,周俊宏

地下空间与工程学报. 2015, 11(4): 868-873.

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分析了南京某越江泥水盾构隧道施工过程中8次换刀刀具磨损情况。对切削刀刀具磨损进行系统分类,分为两大类、九小类;研究得出:粉细砂地层中刀具磨损较小,该地层中刀具磨损过程分为三阶段,先行刀容许切削轨迹长为1 300 km;砂卵石地层刀具磨损严重,该地层刀具磨损过程分为两阶段,距离刀盘中心最远处刀具磨损普遍严重,随着掘进断面砂卵石含量比例增加刀具磨损相应增大,先行刀容许切削轨迹长为180~230 km,研究得出在砂卵石地层中刀具磨损的包络线。

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不同约束条件下的围护桩受力分析

郭力,何朋立

地下空间与工程学报. 2015, 11(4): 874-878.

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在基坑支护中围护桩被广泛采用,且常与其他形式的加固措施联合使用,因而将围护桩作为悬臂式结构进行计算分析,在一定程度上是不合理的。以合肥某地铁车站深基坑为例,将不同形式的加固措施抽象为力学上的约束条件。采用有限元方法计算分析了不同约束条件下围护桩的受力与变形。计算结果表明,对围护桩顶端施加侧向位移约束可有效减小桩体的侧向变形与所受弯矩,因而应尽可能地施加水平支撑或锚杆。对桩顶端角位移的约束也可有效减小桩体的侧向变形,因此,冠梁的存在是必要的。深基坑的施工中,应采取多种措施增加围护桩的约束,提高其稳定性,从而更好地保证基坑安全。

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三轴抗剪强度参数的粗差剔除与指标确定

方薇,杨果林

地下空间与工程学报. 2015, 11(4): 879-883.

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三轴抗剪强度指标(粘聚力和内摩擦角)是岩土工程中的重要设计参数,为了更加准确地确定三轴抗剪强度指标,提出了一种基于最小距离平方和的非线性规划求解法。在证明各莫尔应力圆与回归所得强度线的垂直距离服从正态分布的基础上,根据罗曼诺夫斯基准则等小样本异常值判别准则剔除含有粗大误差的数据,获取唯一的强度线,并最终确定岩土体粘聚力和内摩擦角。结合Matlab程序,问题求解显得快速、精确而直观。实例分析验证了本文方法的实用性。

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废弃橡胶轮胎环箍的散体材料特性研究

王凤池,董明,王庆龙,刘凤起

地下空间与工程学报. 2015, 11(4): 884-888.

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为了提高废弃轮胎路基使用性能和效果,研究了废弃轮胎环箍下的散体材料压实度和承载力。由于轮胎的侧限作用,轮胎内粉质黏土的最佳含水量比标准实验测定的最优含水量大,细砂的小于最优含水量。轮胎内散体材料的压实度一定范围内随着压实功的增加而增加,级配均匀的砂土在相同压实功的条件下干密度最高,取得最优的压实效果。轮胎的半径越大承载力越低;粗骨料填充的轮胎比细骨料填充的轮胎承载力高,但变形大。轮胎新旧对其内填散体材料的压实度和承载能力没有影响。由于散体材料的横向变形受到轮胎的约束,处于三向受压状态,因此提高了竖向载荷能力。

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海洋环境下人工胶结土长期动力特性研究

李博,孙富学

地下空间与工程学报. 2015, 11(4): 889-895.

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近年来,随着我国对海洋领土的开发,如人工造岛计划的实施,加强了对海洋资源的利用。然而海洋恶劣的气候环境、海水对岛上结构基础地基的腐蚀,对近海结构的耐久性提出了严峻的挑战。本文重点关注利用胶结材料—水泥对砂性地基处理后,地基在海水条件下动力特性的演化,将利用动三轴和共振柱试验获得全应变范围内不同侵蚀时间对人工胶结土的动剪切模量和阻尼比的影响,并对不同浸泡时间的动剪切模量给了拟合公式,同时,给出了预测水泥胶结土长期动剪切模量演化的经验公式,为工程设计提供参考。

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粗粒土非线性强度切线参数的原理与确定

杨松,卢廷浩,刘飞飞

地下空间与工程学报. 2015, 11(4): 896-900.

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粗粒土的强度具有明显的非线性,本文在大型单剪仪的试验基础上分析了粗粒土非线性强度机理,认为强度非线性意味着强度参数的非线性,阐述了用切线参数描述强度非线性的原理,切线参数c_{σ、tanφ_{σ都随法向应力σ_n变化。根据强度理论和数学原理提出了非线性强度的切线参数确定方法,针对某一法向应力的抗剪强度仍然可用线性库伦公式这一基本形式表达,而不用改变强度理论先前的运用原理。实例表明,切线参数的确定方法和非线性强度的计算不存在理论误差。虽然主要讨论粗粒土,但期望思路和方法可应用于具有强度非线性性质的其他土类。}}

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含水裂隙岩体本构模型及数值模型理论研究

王昆,赵光明,孟祥瑞,张小波,马文伟

地下空间与工程学报. 2015, 11(4): 901-908.

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基于莫尔-库仑模型,结合含水裂隙岩体的本构关系及演化方程,在FLAC3D提供的二次开发程序接口基础上,利用VC++程序语言实现了计算过程,并编译成动态链接库文件进行加载和调用,得到了含水裂隙岩体的数值模型。通过一个简单数值模拟实验,验证程序的适用性和有效性,并得出采用莫尔-库仑模型模拟出的结果比含水裂隙岩体本构模型的结果要偏于保守。将含水裂隙岩体的本构模型应用于一实际巷道的开挖围岩稳定分析中,其计算结果与现场监测的数据较吻合,再次验证了该含水裂隙岩体数值本构模型的正确性,可用于含水裂隙岩体巷道的稳定性分析。

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海积软土渗透性变化及固结分析

骆以道,杨光华,张玉成

地下空间与工程学报. 2015, 11(4): 909-918.

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如何提高软土地基固结沉降计算的准确性是当前急需解决的难题之一。海积软土性状特殊,具有固结变形量大,固结过程中压缩性、渗透性发生较大变化的特性。针对海积软土,研究其固结过程中渗透固结性质的变化规律是提高其地基固结沉降计算准确性的关键。本文以深圳前海湾海积软土为例,通过试验和分析,对目前常用的软土渗透性计算公式是否适用于海积软土进行了检验,提出了适合海积软土渗透系数计算的经验公式,在此基础上进行了考虑固结系数变化时的一维固结计算,用试验数据对计算得到的固结曲线的合理性进行了验证,并将计算结果与工程中基于Terzaghi固结理论的分析结果进行了比较。试验结果和计算结果表明,所提出的渗透系数计算公式对海积软土合理,方法实用;海积软土固结过程中固结系数变化较大,应发展考虑固结系数变化时的固结分析方法;工程中进行海积软土固结分析时应根据实用固结压力情况及不同的试验方法合理地取用固结系数。

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结构性海积软土强度与变形时效特性试验研究

杨爱武,吴磊

地下空间与工程学报. 2015, 11(4): 919-925.

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以天津地区海积软土为研究对象,在不同固结压力、不同固结时间作用下开展分别加载的一维固结试验,对固结后的原状样与相应重塑样进行微型十字板剪切测试,分析海积软土强度和变形特性受固结压力、固结时间及结构性等因素的影响。试验结果表明:天津海积软土在短时间固结作用下,强度和变形时效特性表现明显,且受结构性影响显著;在长时间固结作用下,土的强度和变形随固结压力和固结时间均呈衰减型增长,结构性对其影响程度随时间增长在减小;长期强度与土的初始强度、固结压力和时间有关,随土的初始强度和固结压力的增大而增大,而强度随时间增长达到最大值后又随之降低。

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低液限粉土水理特性试验研究

刘伟超,杨广庆,熊保林,汤劲松,罗会

地下空间与工程学报. 2015, 11(4): 926-932.

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土体的水理性质会直接对其强度和性状产生重要影响,在实际工程中,也会影响到建筑物、路堤和边坡的稳定性。通过渗透试验、湿化试验和毛细管水上升高度试验,对低液限粉土的透水性、毛细管性、崩解性等水理特性进行了研究。结果表明:对于低液限粉土,当含水率相同时,随着压实度的增大渗透系数减小,其湿化崩解速度减慢;当压实度一定时,压实粉土的渗透系数与含水率呈非线性关系,随着含水率的增大而减小,在最优含水率下,其湿化崩解速度最慢。压实的低液限粉土毛细水会随时间增加而逐渐升高,且其升高速度前期较大,中后期较小。

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含水量及冻融循环对阳曲黄土压缩特性的影响分析

田俊峰,叶万军,杨更社

地下空间与工程学报. 2015, 11(4): 933-939.

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压缩特性是黄土的重要力学特性,是季节性冻土区黄土工程设计的重要依据。为研究冻融循环和含水量变化对黄土压缩特性的影响,以山西阳曲1号隧道为背景,对不同含水量的黄土进行冻融循环后的系列试验。结果表明:冻融循环通过强风化作用于土中自由水,使得土中自由水发生了原位的冻胀融沉和迁移,破坏了土颗粒的胶结物质,改变了土样固体颗粒的粒径分布,粗颗粒减小,细颗粒增加。使得土体的孔隙比、干密度、体积均增加,压缩系数的变化与含水量和冻融循环次数正相关,压缩模量的变化与含水量和冻融循环次数反相关,压缩性增强。本文的研究结果可对阳曲甚至山西的黄土工程提供帮助。

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膨润土-砂混合材料三向膨胀力试验研究

汪龙,方祥位,申春妮,陈正汉,李春海

地下空间与工程学报. 2015, 11(4): 940-945.

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利用改进的三向胀缩仪研究了掺砂率、干密度对高庙子膨润土-砂混合型缓冲/回填材料膨胀特性的影响。试验结果表明:混合物的三向膨胀力与掺砂率和干密度均呈指数关系,随干密度增加而增加,随掺砂率增加而减小;混合物的竖向膨胀力始终大于水平向膨胀力,在试验研究的范围内,水平向膨胀力与竖向膨胀力的比值随干密度变化较小,其值稳定在0.8左右;水平向膨胀力与竖向膨胀力的比值随掺砂率增加大致呈线性降低;混合物的三向膨胀力发展呈两个阶段,初始阶段膨胀力发展迅速可达到最大膨胀力80%左右,第二阶段膨胀力发展缓慢。最后从晶体扩张理论和双电层理论分析了混合物的膨胀特性机理。

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孔压扁铲侧胀试验及其应用

朱定华,顾永远,刘智飞,陈国兴

地下空间与工程学报. 2015, 11(4): 946-951.

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鉴于扁铲侧胀试验不能直接测定试验土体中超孔隙水压力及其消散过程,常用的DMTC、DMTA消散试验又受土体固结程度、土体类别、试验操作等因素影响,通过添加孔压元件,对传统扁铲侧胀仪进行改进,研制出孔压扁铲侧胀仪,进行孔压扁铲侧胀试验,试验中不仅测得A、B、C值,而且直接测得超孔隙水压力及其消散曲线。根据超孔隙水压力的灵敏性结合材料指数I_D综合划分土层,利用超孔隙水压力的消散特性探求土体水平固结系数,取得了良好的效果。

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高速公路特长箱涵顶进摩阻系数试验分析

洪刚,冯忠居,郭瑞,何成刚

地下空间与工程学报. 2015, 11(4): 952-956.

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当前浅覆土特长箱涵在高速公路中应用越来越多,而有关其顶进就位施工技术鲜有报道。结合广东某高速公路特长箱涵顶进工程实例,基于室内模型试验,对采取不同减阻措施的箱涵侧壁与周围土体介质间的摩阻系数进行了分析,研究表明:随涵周土体中含水量减小,箱涵侧壁与周围土体间的摩阻系数呈不断增大变化趋势;涵周土体最佳注浆量为1∶4,注浆量大于或小于1∶4均可引起箱涵侧壁与涵周土体间的摩阻系数增大;纳米聚合物、石蜡+机油混合物及油漆等减阻材料均能够有效减小箱涵侧壁与周围土体间的摩阻系数,在相同试验条件下,与纳米聚合物和油漆相比较,涂抹石蜡+机油混合物的减阻效果更为显著;浅覆土特长箱涵顶进施工建议采用石蜡+机油混合物减阻材料。

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沟埋涵洞土拱效应及涵顶垂直土压力研究

周兴涛, 陈保国, 简文星, 韩金良

地下空间与工程学报. 2015, 11(4): 957-964.

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采用细观颗粒流软件PFC^2D对沟埋涵洞上方填土内土拱效应及涵顶垂直土压力进行研究。结果表明:涵洞上方填土越高,土拱效应越明显;沟槽越宽,土拱效应越弱。土拱形态为上凸形,拱脚位于两侧沟壁上,可以根据填土内竖向位移等值线是否出现椭圆形来判断填土内是否产生明显土拱效应。沟槽宽度大于7倍涵洞宽度时,涵顶垂直土压力可按上埋式涵洞土压力的方法进行计算。涵顶土压力系数随着填土高度的增加呈先增后减的变化趋势。当填土高度达到初始等沉面高度时,土压力系数达到最大值。等沉面高度随着填土高度的增加而下降,随着沟槽宽度的增加而上升。并在此基础上得出了考虑土拱效应的涵顶垂直土压力计算判别准则及计算方法。

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受腐蚀埋地式混凝土管管周土压力的计算模式初探

梁莉,王志委,张望成

地下空间与工程学报. 2015, 11(4): 965-968.

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作用在埋地管管周的土压力是管道和周围土体相互作用的结果,埋地式污水混凝土管道受腐蚀后其变形能力将有所变化,对管周土压力也会产生相应的影响。论文首先讨论了腐蚀作用对管道截面整体刚度以及管土相对刚度的影响;根据腐蚀程度对管壁弹性模量的变化进行定量化折减,进而将其刚度的变化反映到混凝土管道相对刚度影响系数上,结合前人的计算模型,推导了反映受腐蚀埋地式混凝土管管周的土压力计算公式。研究可为对埋地混凝土污水管道腐蚀的后续研究提供基础资料及参考,对管道设计及其使用过程中的力学状态分析具有一定的指导意义。

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浅埋地下结构底板在竖向地震作用下动力响应

刘旭,戚承志,叶飞,徐琛,孙健

地下空间与工程学报. 2015, 11(4): 969-974.

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本文研究了地下结构底板在地震竖向分量作用下的动力响应。利用结构动力学和弹性力学的理论,得到底板的运动微分方程,根据边界条件确定底板在的特征频率和振型。针对输入的地震竖向分量的形式,采用分离变量法求解了强迫振动方程.计算时取前三阶振型,采用振型叠加法得到底板的相对位移和绝对位移,并进而求得底板的弯矩,利用求得的弯矩,可以求解底板的受力情况。通过底板的受力情况,可以直观地对地下结构底板进行评价分析,并且推进了地下结构底板抗震理论的研究和发展。

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浅变质板岩非定常开尔文模型研究

刘小军,刘新荣,王军保,许健

地下空间与工程学报. 2015, 11(4): 975-979.

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随着岩石蠕变特性在不同含水状态下试验研究的逐步开展,为了实际工程所需,应先提出能合理描述其蠕变规律的本构模型。为了准确描述浅变质板岩的蠕变行为,首先提出了一个新的非定常粘滞体元件,该元件的黏滞系数随时间不断发生变化。然后将该元件替换常规Kelvin模型中的定常粘滞体元件,建立了一种新的非定常Kelvin模型,并推导了模型的蠕变方程。最后基于浅变质板岩试样单轴压缩蠕变试验结果,采用曲线拟合的方法反演了非定常Kelvin模型和常规Kelvin模型的蠕变参数。通过对比试验曲线与拟合曲线发现:在不同应力水平下,相对于常规Kelvin模型,非定常Kelvin模型拟合曲线与试验结果更加吻合,说明该模型能够更好的描述浅变质板岩的蠕变特性,具有更好的适应性。

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软土地基沟埋式涵管的若干关键设计问题探讨

杨光华,钟志辉,张玉成,姜燕, 温勇

地下空间与工程学报. 2015, 11(4): 980-987.

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目前,沟埋式涵管广泛应用于珠三角水利建设中,由于缺乏对软土地基变形规律的正确认识以及合理的涵管垂直土压力计算理论,涵管在运营中常常出现各种病害。本文以广东省肇庆市某涵闸工程为研究背景,分析了软土地基上涵管的一些常见问题,包括地基不均匀沉降、涵管开裂、附加土压力等,通过现场调查、原位试验和有限元分析问题产生的原因,并且对涵闸地基沉降计算以及箱涵顶垂直土压力进行研究。最后,给出解决上述问题的一些方法和建议:①基础设计时,不仅要考虑地基强度问题,更要重点计算地基的沉降,确保处理后地基的刚度差异不大,以减少地基的不均匀沉降;②根据填土荷载大小确定地基刚度,即荷载越大的地方布桩应该越密,反之越疏;③涵管的结构设计必须考虑地基不均匀沉降引起的附加土压力。

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偏W型通风工作面小煤柱设计公式的探讨

张瀚,李英明,杨明东

地下空间与工程学报. 2015, 11(4): 988-993.

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为了解决偏W型通风工作面小煤柱的合理尺寸留设难题,通过对掘巷和采煤两个阶段的小煤柱应力分布和变形特征进行分析和研究,科学提出了煤柱的力学模型,在弹塑性极限平衡理论的基础上,运用损伤力学的相关理论推导出偏W型通风工作面小煤柱宽度的设计公式。运用该设计公式计算出段王煤矿090506偏W型通风工作面小煤柱合理宽度为13.3 m,比原设计方案小3.3 m。最后通过FLAC^3D三维数值计算程序进行仿真模拟,验证了小煤柱设计公式的准确性与适用性。

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虹桥商务区供能管沟工程的结构设计

王浩

地下空间与工程学报. 2015, 11(4): 994-1001.

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虹桥商务区核心区一期面积约1.4 km²,供能管沟工程全长3 506 m。管沟结构设计采用内径4.2 m钢顶管或4 m混凝土顶管结合明挖法现浇箱涵方案。采用河道压载措施解决顶管浅覆土过河问题;采用高压旋喷加固保护减小顶管穿越对高架桩基的影响;设计承插式中继间协调钢顶管段与能源站结构间的差异沉降。对顶管井及一般明挖段小尺度基坑采用较规范标准降低基坑安全等级的进行优化设计;对顶管井结构进行三维分析,大直径顶管洞口依据有限元计算结果进行配筋加强;管沟在地块接口处预设临时封堵墙、变形缝及顶板挡土墙以便后续地块衔接。结合相关工程经验及规范要求,确定了管沟结构的保护标准。

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基于岩体动力损伤的地下工程施工过程数值分析

左双英,肖明,陈筠

地下空间与工程学报. 2015, 11(4): 1002-1008.

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在大型地下工程爆破、开挖及支护施工过程中,采用数值分析方法预估围岩开裂深度及爆破损伤程度对工程设计和施工可以起到事先指导的作用。采用考虑累积应变和荷载作用时间的Yang-Liu率相关动力损伤模型,定义与裂纹扩展密度相关的损伤系数,将损伤特性反映在荷载增量迭代计算中,形成弹塑性损伤本构模型。论述了爆破荷载和开挖荷载的计算、施加及迭代方法,可以合理反映爆破对围岩稳定的影响以及初始地应力释放、锚固支护施加的时机和效果。通过工程实例的计算,得出了某水电站地下洞室在爆破荷载、开挖荷载和锚固支护作用下应力场、变形、破坏区及损伤系数的分布规律,分析结果可以为工程设计提供依据。

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隧道爆破施工合理毫秒延期时间的数值研究

邵珠山,王新宇,乔汝佳

地下空间与工程学报. 2015, 11(4): 1009-1015.

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毫秒延期爆破作为降低爆破震动效应的主要措施,已广泛应用于实际工程。但毫秒延期间隔时间多以经验或现场爆破试验给出,数值模拟方面所做研究较少。基于ANSYS/LS-DANY有限元软件的动力分析功能,建立了隧道三维爆破模型。简要分析了最大段药量对爆破震动效应的控制作用,在此基础上首次定量研究了不同的毫秒延期时间对隧道衬砌动力响应的影响;并结合质点震动速度安全判据,给出了合理的毫秒延期爆破时间。本文定量研究毫秒延期爆破间隔时间的方法及所采用的模型,可结合不同隧道的具体爆破条件修正后推广应用。

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节理化岩质边坡开挖稳定性分析及支护方案设计

单仁亮,杨昊,王述红,陶宇

地下空间与工程学报. 2015, 11(4): 1016-1022.

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以庄盖高速公路K56+356处岩质边坡处理工程为依托,充分考虑渗流作用,利用建模软件(PGEN)和离散元软件(3DEC)建立真实的岩质边坡三维数值模型,分析各阶梯开挖后岩质边坡的稳定性,结合自编的slope consolidate软件计算锚固力和锚杆数量。分析结果表明:在不采取任何支护措施的情况下,边坡开挖到第四阶梯时,整体沉降量较小,边坡稳定性保持较好。继续开挖,部分块体将发生剥落、滑移等现象,最终导致边坡整体失稳破坏。为了保证工程的正常进行,提出在第四阶梯开挖完成后对边坡进行锚杆加固,在第五阶梯、第六阶梯边开挖边支护的加固方案。

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基于探地雷达的地下管线管径探测与判识方法

张鹏,董韬,马彬,王旭东

地下空间与工程学报. 2015, 11(4): 1023-1032.

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目前,基于探地雷达(GPR)的地下管线信息解译工作仅限于判别管线的位置与埋深的经验定性判断,但对地下管线管径的非接触现场测量与信息判识还缺乏简捷、有效的办法。针对这一情况,本文基于GPR探测地下管线的电磁波反射机理提出了一种非开挖、无扰动的现场探测判识地下管径的新方法,并借助GprMax二维时域有限差分法,综合分析了不同埋深、管道材质、管道填充介质、探测频率天线以及探测间距等因素下地下管线管径探测判识新方法的可靠性。最后结合宜兴化工园区地下管线探测工程,检验本文所提新方法取得了良好的探测效果。

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粉细砂地层大直径盾构下穿大堤风险控制研究

陈相宇,谢壮,曾学艺,苏文辉,阳军生

地下空间与工程学报. 2015, 11(4): 1033-1038.

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城市中修建过江隧道通常要穿越两岸防洪大堤,盾构的掘进势必会扰动大堤下卧地层,引起地层位移,以往工程实例研究显示,大堤沉降比普通地表沉降要大很多,而不均匀沉降过大将导致大堤开裂,威胁到大堤的稳定性与安全性。本文基于长沙市南湖路湘江隧道工程实例,对大直径泥水盾构斜下穿湘江西岸防洪大堤过程中,大堤超载、偏压以及大堤下卧饱和粉细砂地层引起的施工风险进行分析,同时提出大直径泥水盾构斜下穿大堤时泥水压力、顶推力参数设置和饱和粉细砂地层中掘进速度控制的相关措施。

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巫山青石滑坡复活机制研究与稳定性评价

赖勇,方俊,祝田野,陈开华

地下空间与工程学报. 2015, 11(4): 1039-1046.

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受三峡库区175 m水位蓄水影响,引起了古滑坡复活,前后缘出现了大规模的变形,坡体的稳定性降低,直接威胁到景区、航道、电站的安全。本文根据滑坡的地形地貌及滑坡变形的监测数据,结合所处的地质环境条件,对滑坡的复活机理进行了系统的分析,在此基础上采用极限平衡法和FLAC数值模拟方法分析了滑坡的稳定性,得到滑坡目前处于基本稳定状态。滑坡属于牵引式滑移,其整体的稳定性取决于滑坡前缘强变形B、C区的稳定,若前缘强变形区再次发生大规模变形破坏,势必影响滑坡的整体稳定性。最后,针对滑坡提出了采用专业监测预警+裂缝封闭+截排水沟+清除前缘垮塌区表面危险岩块的综合防治方案的建议。

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降雨作用下三峡库区某粘质土滑坡优势流分析

王力,王世梅,向玲

地下空间与工程学报. 2015, 11(4): 1047-1052.

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三峡库区复活型滑坡多为粘质土型,自三峡水库蓄水以来,在降雨及库水的周期性作用下,该类滑坡均出现不同程度的拉裂现象。由于库水位上升,可能导致该类滑坡稳定性降低,处于临界状态,这类滑坡是否失稳,将取决于大气降雨。常规数值模拟时,一般默认滑坡土体为各向同性渗透材料,没有考虑裂隙的优势渗流,其结果通常与实际情况不符。本项研究考虑采用各向异性渗透材料对滑坡在降雨作用下进行渗流场及位移场的模拟,并与常规模拟及监测数据进行对比。发现考虑材料各向异性渗透系数时,滑坡体孔压分布及位移变化均与实际情况接近,说明了该简化优势流模型的可靠性。

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滑坡位移预测的支持向量机模型参数选择研究

黄海峰,宋琨,易庆林,易武,张国栋

地下空间与工程学报. 2015, 11(4): 1053-1059.

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支持向量机(Support Vector Machine, SVM)已被广泛应用到滑坡位移预测,但在具体使用时,SVM的惩罚系数C、核函数参数δ及松弛系数ζ这三个重要参数的取值选择成为影响预测精度的关键。为有效分析SVM三参数取值对滑坡位移预测精度的影响规律,以三峡库区浮托减重和动水压力型两类典型水库滑坡为代表的连续6年地表位移、降雨及库水位监测数据为研究对象,首先,采用移动平均法将位移数据分解为趋势项和周期波动项,并区分训练集和检验集;再结合对滑坡变形机理及影响因素的分析,选择相应预测变量分别建立趋势项和波动项位移预测SVM模型;然后,在固定两参数情形下,通过改变另一参数的取值大小以获得SVM训练集与检验集的预测精度变化规律;最后,建立起典型水库滑坡SVM位移分解预测的参数取值推荐范围。该取值范围可以作为滑坡位移预测SVM模型的参数寻优初始搜索范围,可以在保证预测精度的前提下大大提高搜索效率。

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巷道断层带瓦斯突出及防护岩柱临界厚度确定

王志荣,李亚坤,李潇旋,韩建华

地下空间与工程学报. 2015, 11(4): 1060-1065.

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矿井巷道在穿越含瓦斯断层或石门揭煤的掘进过程中,常常遇到岩石(煤)与瓦斯的超前突出。为科学地预留安全岩柱,通过深入分析各种突出影响因素,笔者修正了微元体中有效应力的表达式,从断裂力学的角度分析了岩柱内裂隙面上的应力状态,通过分析裂纹尖端周边的应力场,得出了裂纹尖端应力集中的力学成因,认为岩石(煤)与瓦斯突出是裂纹尖端应力强度因子达到岩体的断裂韧度时裂纹发生失稳扩展从而产生破坏的动力现象,并以此建立了岩柱临界安全厚度的计算模型。实践证明,计算得出的安全岩柱厚度与施工中的实际案例较为吻合。

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SMW用于地铁车站深基坑变形影响参数研究

夏江涛,沈亚,龚成中,沈化荣

地下空间与工程学报. 2015, 11(4): 1066-1071.

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依托于南京地铁一号线南延线百家湖车站工程,利用经验证的数值模型和计算方法,研究了支护桩入土深度、不同型钢型号、型钢布置形式、不同支撑轴力、不同支撑水平间距等参数对SMW围护结构变形的影响。得出了各因素对围护结构变形的影响规律:支护结构的入土深度过小,会造成“踢脚”现象,在保证基底不失稳的条件下,当入土深度超过1.5H后,继续增加入土深度对减小支护结构水平位移的效果很小;不同形式的内插型钢布置对支护结构变形影响较大,型钢的型号对基坑变形影响较小;增加各道支撑预加轴力可以有效的减小围护结构变形,但施加过大的预应力会导致支护桩的过分后移,影响支护桩的强度,建议按照设计轴力的50%~80%取值;减小支撑水平间距是减小位移的有效方法,本车站工程支撑水平间距设为3.5~4 m为宜。

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迎上下采空孤岛面沿空掘巷围岩变形破坏特征

张向阳,涂敏

地下空间与工程学报. 2015, 11(4): 1072-1079.

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为了研究分析上下煤层两侧都采空而形成的孤岛面沿空掘巷和煤层开采时围岩应力分布及变形破坏特征,应用理论分析、计算机数值模拟与具体工程实践相结合的研究方法,分析了上下煤层两侧采空情况下,下孤岛工作面迎上孤岛面沿空掘巷期间及煤层开采过程中,采场围岩应力分布、变形破坏规律。结果表明:该情况下孤岛工作面围岩结构特征因受多次开采影响,其整体性和联动性都有所降低,采场围岩应力分布特征有所不同,且煤柱宽度尺寸对巷道受力变形有较大影响。掘巷期间轨道巷煤柱帮的变形量大于实体煤帮变形量,顶板下沉量大于底鼓量;回采期间顶板运移特点决定了两巷围岩主要呈现拉剪破坏,随着工作面的推进,采动影响阶段和影响剧烈阶段范围逐渐增大,巷道断面收缩率随着距工作面距离的减小而增大。对于孤岛面开采沿空巷道的特殊围岩条件,应遵循“强顶、固帮、控底的全断面围岩控制技术思路,对上下隅角附近巷道加强支护,提高围岩自身强度,为类似条件孤岛面巷道维护及安全开采提供理论技术保障。

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大断面道路隧道火灾初期规律足尺试验研究

沈奕, 闫治国, 朱合华

地下空间与工程学报. 2015, 11(4): 1080-1087.

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为研究火灾初期时大断面道路隧道内温度及烟气流动特性,在三车道大断面试验隧道内进行了足尺火灾试验。试验考虑了0.5 MW、1 MW及5 MW三个等级的火灾规模;试验纵向风速范围为0~2 m/s。试验结果表明:在火灾发展初期,火灾规模和纵向风速是影响大断面道路隧道内温度场分布及烟气扩散的重要因素;隧道火灾产生的高温烟气趋于向拱顶扩散,故隧道横截面高温区域分布于隧道上部空间,靠近地面的空间温度则较低。火灾规模越大,隧道横截面的高温区域范围越大。大断面隧道因隧道内空间较大,有利于烟气扩散和人员逃生。然而,火灾预警的角度考虑,大断面隧道需多在关键截面上设置温度传感器和摄像头,以获得更为有效的火情信息来组织灵活的疏散逃生方案。

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