地下空间与工程学报

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夏吉祥, 杨志刚, 王海英

地下空间与工程学报. 2013, 9(3): 469-476.

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从地下空间工程分类出发,分析了空间数据具有的空间特性、时间特性和专题特性。在分析空间数据管理方式和三维地下空间工程可视化建模需求的基础上,提出了地下空间工程几种简化的数据模型:点模型、线模型、面模型及由简单模型组合的复杂体模型。按地下空间工程数据管理需求进行地下空间工程点表结构、线表结构及面表结构及其属性的研究,利用GeoDatabase数据模型实现了地下空间工程信息数据库结构的建立。最后对数字地下空间工程的发展给出了建议和展望。

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单轴加载状态下岩石多参数损伤本构模型研究

莫忧, 曾宇声, 李健, 徐珂, 郭子红

地下空间与工程学报. 2013, 9(3): 477-481.

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基于单轴压缩声发射实验,以加载中岩石的声发射和塑性体积应变为损伤变量,建立一个多参数损伤本构模型,研究了岩石的损伤演变规律。研究表明,岩石损伤本构模型和试验应力应变曲线能很好地吻合,峰值强度之前理论值略大,峰值强度之后理论值下降较快;岩石损伤随轴向应变的增加而增大,峰值强度之前岩石损伤随加载而增加,峰值强度之后岩石轴向应力减小而损伤增加;该损伤本构模型获取的应力应变曲线和损伤值能综合体现岩石的声发射和塑性体积应变的发展。

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应用应力圆的准静止土压力计算

杨成斌, 廖济川

地下空间与工程学报. 2013, 9(3): 482-486.

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垂直挡土墙,墙后土体表面水平,不产生侧向变形为最简单情况下的静止土压力;当墙背倾斜、填土表面倾斜,或两者兼而有之的复杂计算条件为实际状态下静止土压力;本文分析了墙后土体不产生线应变而仅有剪切应变的土压力,称之为准静止土压力。具体分析方法如下:根据单元体在侧压力作用下的应力圆、极点及应变计算,得出在线应变为零的条件下,表面倾斜的墙后填土体作用在斜墙上的准静止土压力计算式。所导出满足线应变为零的准静止土压力计算式是静止土压力计算的延伸,有理论意义及使用价值。

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沉桩挤土效应对临近地下管线影响的试验研究

李富荣, 孙厚超, 何山, 张艳梅

地下空间与工程学报. 2013, 9(3): 487-491.

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基于3×3群桩,采用PVC管模拟地下管线,完成了沉桩挤土效应对临近地下管线影响的模型试验,研究了沉桩过程中地下管线的应变变化规律,探讨了管线直径、埋深和与沉桩区域距离对地下管线应变的影响规律。结果表明,沉桩过程中,由于挤土效应,地下管线的应变逐渐增大,距沉桩区域很近时,管线有应变软化现象,且距离变化时,管线应变变化规律不尽相同;管线直径越大,抗弯刚度越大,应变越小;管线埋深越大,应变越大,但距沉桩区域较远时,出现管线埋深增加应变减小的现象;地下管线距沉桩区域越近,应变越大。试验结果对临近地下管线场地上沉桩施工具有重要的指导意义和实用价值。

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含不同气体煤岩全应力-应变渗透特性试验研究

王臣, 鲜学福, 周军平, 谷达圣

地下空间与工程学报. 2013, 9(3): 492-496.

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分别以吸附性气体甲烷(CH₄)、二氧化碳(CO₂)和“非吸附性”气体氦气(He)为渗流介质,在三轴伺服渗流装置上进行了含不同气体煤岩全应力-应变加载过程煤岩渗透特性的研究。试验结果表明:三种气体的渗透率-应变曲线变化趋势相近,其相对应力-应变曲线变化有明显滞后性,吸附性气体的滞后性表现较为明显;在弹性到屈服点阶段和应变软化阶段,煤样渗透率与有效应力呈负指数关系;煤样对不同吸附能力的气体,其渗透率之间存在明显差异性;对煤样进行饱和吸附后,二氧化碳和甲烷所测渗透率较之氦气测得的(视为煤样绝对渗透率)平均减小了55%,且二氧化碳所测渗透率小于甲烷。

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黄土节理抗剪强度特性试验研究

王铁行, 罗扬, 王娟娟

地下空间与工程学报. 2013, 9(3): 497-501.

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试验得出表面形态、干密度和含水量对黄土节理的强度特性的影响,揭示出黄土节理表面形态对抗剪强度参数c、φ值的影响规律。在相同含水量和干密度的情况下,粗糙表面的节理粘聚力c值较平整表面节理的大,而节理的摩擦角φ值相差较小,说明黄土节理形态特征对节理粘聚力c值有较大影响,而对摩擦角φ值影响较小。干密度对黄土节理粘聚力c值的影响较大,而对内摩擦角φ值的影响较小。当试样含水量在一定范围之内,黄土节理的摩擦角随含水量的增加呈二次曲线变化。但当试样含水量较大时,测得试样抗剪强度稍有增大,是因为节理表面部分土体在法向压力作用下发生重塑,破坏面已不是原有节理面,重塑土体自身的抗剪强度发生作用,引起试验所测抗剪强度的增大。

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不同离子浓度钙液环境中钙芒硝溶解试验研究

徐军, 梁卫国, 张继龙, 徐素国, 张传达

地下空间与工程学报. 2013, 9(3): 502-509.

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为了提高岩盐伴生性钙芒硝矿进行资源化利用效率,对取自盐化制碱厂的淡钙液与钙芒硝矿进行了溶解反应试验,以测试钙芒硝与淡钙液的反应速率,并提出一定条件下钙芒硝与淡钙液的理想反应量。通过恒温40 ℃条件下,钙芒硝与去离子水、硝性近饱和卤水、钙性卤水进行一系列溶解对比试验,发现当钙性卤水中主要离子浓度比Na⁺:Cl^-:Ca²⁺为1:3.37:1.03时,为最佳溶解组分配比,其最大溶解速率为54.689 g/(m²·h),溶解速率与Na₂SO₄浓度关系曲线拟合方程y = -8.482Ln(x)+57.362,相关系数R²=0.895。试验结果为探讨研究在岩盐伴生条件下钙芒硝溶解转化利用的最佳开采方案提供依据。

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输水隧道动力模型试验中相似比尺规律的探讨

刘金云, 夏才初

地下空间与工程学报. 2013, 9(3): 510-517.

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结构动力模型试验与动力模型破坏试验中,保持模型与原型相似的基本要求与处理技巧根据试验目的不同,而有所差别。这里就地下输水隧道考虑流-固耦合的动力模型试验进行理论研究和数值模拟,研究中根据工程的实际及模型试验选料的经济实用性,提出当原型与模型弹性模量不相等时的动力相似比尺是以围岩的弹性模量比来计算的规律。为今后复杂的地下水工结构动力模型的结构动力特性和破坏试验的相似问题拓宽思路,提供有用的参考价值。

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基于拟静力法的地下洞室群地震响应分析

张玉敏, 杨继华, 崔臻, 朱泽奇

地下空间与工程学报. 2013, 9(3): 518-522.

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以白鹤滩水电站地下厂房洞室群为研究背景,通过有限元程序Phase²建立13号机组剖面数值分析模型,基于弹塑性本构关系,采用拟静力法研究了在不同地震加速度作用下洞室群的变形及应力变化特征。结果表明:在不同地震输入方向下,洞周各关键点的位移、应力及洞室边墙相对位移变化不同,在-0.34 g的地震加速度作用下,尾调室顶拱的位移及上下游边墙的相对位移分别达到34.5 cm、12.2 cm,在0.34 g的地震加速度作用下,尾调室顶拱出现了较大的应力集中,其中最大主应力增加了12.8 MPa,会对尾调室的稳定性产生不利影响。

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基于广义非线性强度准则下地基承载力的计算

朱建明, 赵琦, 吴则祥, 杨冲

地下空间与工程学报. 2013, 9(3): 523-529.

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Mohr-Coulomb理论应用于土体分析时的两大缺陷,即未考虑中主应力的影响,也未考虑土体材料的SD效应,因而对于土体材料的潜能未充分考虑。为了考虑上述两种效应,本文基于广义非线性强度准则(GNST)及平面强度理论,推导出了可应用于砂土及粘土类材料的平面应变破坏条件。将上述推导结果应用于地基承载力的计算,推导出了基于GNST准则的地基承载力计算公式。通过与实际载荷试验数据比较,本文计算结果与实验数据吻合较好。表明推导出来的α公式对于计算砂土的强度特性是可行的,同时也可应用于其他平面应变问题有同样的参考意义。

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基于ALE方法的贯入桩周土大变形问题的研究

王力, 王世梅

地下空间与工程学报. 2013, 9(3): 530-534.

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桩的工作性状是岩土工程中最不确定的问题之一,其中主要原因是对桩在打入加载过程中所造成的桩周土物理状态和应力状态的改变还不是很清楚,对其进行数值模拟时,需要考虑大变形、边界条件改变及桩、土接触问题,一般有限元法在网格剖分上不能解决大变形问题,在边界条件及桩、土界面处理方面不能很好的模拟实际情况。计算实例表明,基于ABAQUS的ALE(任意拉格朗日-欧拉法)方法有效的模拟了贯入时土体的应力变化情况,并得到以下结论: ALE方法能有效避免拉格朗日法有限元分析中网格畸变以及高度扭曲问题,与实际相符合,真实的反映了岩土工程中的弹塑性的变形情况,可以应用到岩土工程中的大变形问题中。以ALE方法为基础对CPT(静力触探试验)贯入试验进行有限元模拟对合理解释CPT的试验的结果是非常有效的。

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双排管冻结土帷幕厚度的测点位置敏感度分析

宋英杰, 胡向东, 陈雷

地下空间与工程学报. 2013, 9(3): 535-540.

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冻土帷幕厚度是冻结法施工过程中人为进行冻结控制的重要参考因素。施工中常采用巴霍尔金公式根据现场实测的测温点温度数据,结合温度场公式来反算冻土帷幕厚度。本文基于双排管巴霍尔金公式,对测温点位置的变化对冻土帷幕厚度的影响进行敏感度分析。理论分析结果表明,测温点布置在主面上靠近冻土帷幕边缘和双排管之间的中心附近位置时能得到比较准确计算结果(本文仅从理论上对测温点位置变化对帷幕厚度影响进行分析,工程实际一般不在双排管之间布置测温点); 界面上与主面上的误差变化规律基本相同,且误差相对主面来说更小。故根据本文的计算结果,将测温点布置在界面上靠近冻土帷幕边缘和双排管之间的中心位置,能够使测温点位置对冻土帷幕厚度的推算误差影响最小,有利于保证工程施工质量和安全。

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采用Gompertz模型预测深基坑周边地表沉降

成峰, 张远芳, 万永祥, 王海涛

地下空间与工程学报. 2013, 9(3): 541-546.

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目前对深基坑周边地表进行预测的理论还很不成熟,该理论目前还处在研究阶段,规范上给出了相关监测标准,但没有提供相关预测方法,且各种规范给出的监测标准也不统一。已有文献中的预测方法主要是通过一些线性假设,结合参数进行预测的,是一种一步到位的预测方法,预测值的精度完全由参数的取值是否合理所决定,人为因素较大,且无法考虑工程的具体施工情况,在施工过程中无法进行调整。Gompertz模型是一种生长曲线,成反S型,常用于生产、商业领域。Gompertz的导数模型成抛物线型,与深基坑周边地表沉降的曲线相似。结合Gompertz模型,并对其进行求导,调整后、得出深基坑周边地表沉降公式δ(x)=ace^(b－cx)exp(－e^(b－cx))。该公式不需要最大侧移值作为预测条件,给出了利用该公式进行预测的计算步骤,参数的取值排除了人为的影响因素,更为合理。用工程实例验证得出该公式预测精度较高,是一种简单、实用的基坑周围地表沉降预测方法。

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牛头山黄土铁路隧道的地震稳定数值模拟分析

刘长江

地下空间与工程学报. 2013, 9(3): 547-551.

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为了获得天平铁路土建一标段的牛头山黄土隧道结构的动力稳定安全系数,从而为该隧道的安全运营提供可靠保证。本文考虑混凝土隧道衬砌结构为弹塑性本构关系,围岩土体为理想弹塑性材料,采用有限元软件ANSYS和抗剪强度折减法,利用时程分析法进行牛头山黄土隧道的地震稳定性分析,获得了它的地震稳定安全系数,定量估计该隧道结构的地震动安全储备情况。数值算例结果表明:(1)地震作用会使得黄土隧道结构的安全系数降低;(2)塑性区最先出现在底脚以及拱顶,然后出现在曲墙两侧。因此,结构设计时应加大衬砌厚度,并对曲墙两侧和底脚塑性发展严重区采取构造措施加强。

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地震作用下层状土中地铁车站变形规律研究

潘东旭, 陶连金, 刘璐, 张波, 王文沛

地下空间与工程学报. 2013, 9(3): 552-557.

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采用FLAC有限差分软件,通过简化模型和土层,在输入唐山地震-北京旅馆测点南北向地震动时程情况下,研究了层状土中地铁车站变形规律;同时,将变形计算结果输入到地下结构的SAP模型,计算了结构的内力。以北京地铁16号线某车站为例,进行了地震响应数值模拟分析,研究表明:均匀土层中结构侧墙变形大于双层(上软下硬)土中侧墙变形;且不同土层中结构侧墙变形曲线斜率明显不同;存在软硬土层交界面时,结构侧墙位移随交界面深度呈线性增加;软硬土层交界面位于结构底板以下,即当车站结构处于同一种地层时,结构侧墙位移随着距离软硬交界面距离的增加而减小。

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基于差异进化算法反演参数的隧道稳定性分析

宋战平, 刘京, 梁莉, 吴焕通, 姜谙男

地下空间与工程学报. 2013, 9(3): 558-565.

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在隧道和地下工程弹性问题的位移反分析中,当基本未知数多于三个时,在各参数可能的变化范围内找到一组使误差最小的最佳参数的优化反分析方法是当前岩土工程反分析研究的热点问题。论文结合一种新型的优化算法(差异进化算法),依托摩天岭1＃斜井隧道工程施工,跟踪施工进行了典型断面围岩位移监测,以现场量测位移作为基础信息求得了斜井隧道全局最优值的最佳力学参数组合。根据以上采用差异进化算法求得的反演参数,对摩天岭1#斜井隧道单层衬砌支护稳定性进行了三维数值模拟分析,分析表明,摩天岭1#斜井隧道III级围岩段喷15 cm厚钢纤维混凝土支护后,斜井隧道围岩最小应力明显降低,围岩位移明显减小,因此建议摩天岭1#斜井洞身段III级采用15 cm厚度的钢纤维喷射混凝土单层衬砌。以上研究直接指导了摩天岭隧道单层衬砌设计和施工。

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基于岩石变形破坏过程的岩柱稳定性分析

孙再鸣, 孙强

地下空间与工程学报. 2013, 9(3): 566-569.

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地下采矿过程中岩柱承载能力与变形破坏是一个重要的工程问题。文章根据岩柱失稳破坏与岩石压缩破坏过程的相似性与砂岩试验单轴破坏过程中声发射特点,将岩柱破坏前分为压密、弹性阶段、稳定破裂和非稳定破裂四个个阶段,并分析了岩柱破坏过程中不同阶段特征。试验揭示岩石破坏过程中在屈服点附近伴随着岩石内部微破裂快速萌生和生长,声发射事件数会出现大幅度增加。根据岩石破坏形态多呈现为沿着一个或多个凹凸不平的破裂面,在声发射-应变曲线上存在声发射突增点,声发射峰值点近似在应力强度峰后拐点处。同时,指出在岩柱失稳破裂的发射突增现象可作为岩柱承载力变化特征点,并可为岩柱承载力分析提供依据。

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围护墙后开挖对基坑变形影响的数值分析

白成生

地下空间与工程学报. 2013, 9(3): 570-575.

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以西江引水盾构一标盾构吊出井和阀门井深基坑工程为分析对象,考虑土体的小应变刚度特性,建立三维有限元分析模型,探讨围护墙后开挖对基坑的变形影响。通过计算结果和实测数据的对比分析,表明部分围护墙后开挖卸载,造成支撑两端产生不平衡力,使开挖一侧的墙体回弹而减小水平位移,而对侧墙体水平位移继续增大,墙后土体沉降也随之增大。墙后的局部开挖卸载还能引起支撑两端墙体最大位移向相反方向移动,产生错动趋势。而开挖卸载的同时在墙后适当增加支撑可调整墙体的位移增量,有助于减少对基坑的扰动。所获得的结论对于既有基坑墙后开挖工程的设计和施工具有重要的参考价值。

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深基坑桩锚支护中桩内力变化规律数值模拟研究

王明龙, 王景梅

地下空间与工程学报. 2013, 9(3): 576-584.

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为了解深基坑桩锚支护结构的工作性能,考虑到桩、锚索和土相互作用的情况下,采用FLAC^3D对桩锚支护结构在不同工况下受力特性进行了模拟与研究,本文仅讨论桩的受力变化规律。研究表明:随着基坑开挖深度的增加,桩身轴力值、剪力值逐渐增加,在基坑底面处达到最大;不同的桩长度、锚索长度及预应力值大小对桩身轴力、剪力值的变化影响较小;桩身刚度存在一个最佳值,无限度增加和减小桩身刚度分别会造成经济浪费和不安全因素。所得变化规律曲线与现场试验、理论计算得到的桩内力变化曲线形式和发展趋势相吻合,进一步解释了桩锚支护结构中桩与土的相互作用机理,为桩锚支护优化设计提供一些参考。

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一种基坑钢支撑预应力施加数值模拟方法研究

林志斌, 李元海, 韩雪峰, 田志强

地下空间与工程学报. 2013, 9(3): 585-589.

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在FLAC^3D中,采用梁单元模拟基坑钢支撑时,现有的预应力施加模拟方法是在梁单元设置以后,通过对梁单元两端的节点施加一对相反的作用力来代表要施加的预应力,导致支撑预应力变为围护体系的外力这一与实际不符的情况发生。为此,本文根据钢支撑与围护结构相互作用的机理,提出一种改进的钢支撑预应力施加模拟方法—虚拟位移法,即先固定梁单元一端节点,另一端节点施加节点虚拟位移,虚拟位移再施加于梁单元上,使梁单元压缩形成预应力。以深圳地铁5号线前海湾站基坑工程为背景,进行了常规方法和虚拟位移法的比较:在对支撑结构的影响上,常规方法引起各道支撑的轴力变化与实际存在明显的差别,而虚拟位移法则与实际一致。本文工作有实际意义。

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液氮冻结帷幕水热耦合温度场数值分析及应用

李方政, 李栋伟, 韩圣铭

地下空间与工程学报. 2013, 9(3): 590-595.

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液氮冻结温度场是具有相变、水分迁移的瞬态热传导问题。基于水热耦合理论建立了液氮冻结的温度场数学模型,获得了液氮冻结帷幕厚度和平均温度随时间发展均呈对数规律分布;冻结管组内连接方式对冻结效果有较大影响:三管串联形成的冻结帷幕厚度最不均匀、平均温度也最高,单管供回液连接方式冻结效果最好;但从经济效益和冻结效果综合因素考虑,双管串联冻结方式宜优先采用。研究成果完善了盾构进洞液氮冻结温度场理论和工艺。

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黄土结构性对挡土墙土压力的影响分析

马林, 邵生俊, 陈昌禄

地下空间与工程学报. 2013, 9(3): 596-602.

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天然黄土一般具有结构性,结构性的存在使得土体在力学和变形特性等方面呈现出不同的变化规律。基于对黄土结构性的研究和真三轴试验,利用改制的平面应变仪,对黄土在平面应变条件下的应力应变规律及其结构性的影响进行了研究分析。提出了平面应变条件下结构性对黄土力学和变形特性影响的适用表达式。土压力计算是挡土墙设计中重要考虑的问题,将结构性引入其计算中,更加真实合理地反映墙体的受力状态。研究结果表明:在考虑土体的结构性影响时,墙后的主动土压力和墙底的被动土压力相比于不考虑时都有明显不同的变化。表现为总主动土压力变大,作用点下移;总被动土压力变小,作用点上移。

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特长深埋隧道裂隙水综合预测方法与应用

李利平, 石少帅, 李术才, 许振浩, 周宗青

地下空间与工程学报. 2013, 9(3): 603-609.

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隧道涌水是施工过程中经常遇到的一类地质灾害,给隧道施工带来安全隐患和经济损失,因此,对隧道掌子面前方的裂隙水发育情况进行准确及时的超前预报,具有重要意义。总结了常用隧道涌水量计算方法和裂隙水超前预报方法,并对各方法优缺点及适用范围作了比较。依托宜(昌)-巴(东)高速公路石门垭隧道工程,利用地质分析方法对隧道全段进行裂隙水发育情况和超前预报方案的划分,并结合涌水量计算与TSP 预报系统对裂隙水进行预报,收到了良好的预报效果,对类似工程具有一定的指导意义。

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浅埋偏压小净距黄土隧道初支拱架选型

宿钟鸣, 刘睿

地下空间与工程学报. 2013, 9(3): 610-614.

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黄土隧道设计中初期支护拱架的选型问题是目前争论的焦点问题之一。以格栅和型钢两种类型的支护结构为研究对象,采用数值模拟的方式,重点分析了浅埋偏压小净距黄土隧道洞周特征点土体位移,并结合两种支护结构下围岩塑性区大小和支护结构内力,得出格栅支护时的特征点土体位移略大于型钢支护,实测值也证实了该结论的可靠性;而支护结构内力则相反,且两种支护结构下的围岩塑性区相差不大,因此建议在浅埋偏压小净距黄土隧道初期支护设计中宜采用格栅支护措施。

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贵广铁路客运专线龙围隧道围岩开挖松动区分析

郭毅, 肖世国

地下空间与工程学报. 2013, 9(3): 615-619.

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合理确定隧道围岩开挖松动区对隧道设计与施工具有极为重要的意义。针对贵广铁路客运专线龙围隧道工程,在开挖无支护情况下隧道围岩应力场的弹塑性数值模拟分析基础上,利用在隧道开挖边界沿径向以围岩中的点稳定系数变化曲线的方法来分析围岩开挖松动区范围,结果显示,在拱顶及边墙两侧附近的松动范围较大,在仰拱底部松动范围很小,而在分析开挖松动区的同时,也得到了其所对应的稳定系数。同时,也采用经典的弹塑性理论分析方法计算了该隧道的围岩开挖松动区。二者对比分析表明,传统近似算法所得的松动区范围,在洞顶区域偏小,而在仰拱区域偏大。综合而言,所采用的数值分析方法是较为合理的。

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裂隙岩体参数分区分级法在如美电站中的应用

骆世威, 刘杰, 肖蕾, 胡静, 汤天彩

地下空间与工程学报. 2013, 9(3): 620-627.

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结合现行岩体参数研究方法,以西藏如美水电站为背景,通过分区分级裂隙岩体数值模拟等效计算方法,根据该地区边坡岩石的类型、强度及风化程度,裂隙结构面的发育特征和几何特征等因素,对下坝址区裂隙岩体进行了合理的区域划分和数值模拟计算,并与岩体质量评价系统GSI计算结果进行了对比分析,分析发现,两种方法得到的如美水电站下坝址区碎裂岩体参数基本一致,并从两种方法自身理论角度分析了其差异性,虽有差别,但都在允许范围之内,证明其结果是可靠可用的。另外,裂隙岩体参数分区分级法还可以简化数值模型,并能有效地降低运算量,提高了计算精度和速度。

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盾构隧道施工过程建模影响因素分析

王洪德, 崔铁军

地下空间与工程学报. 2013, 9(3): 628-632.

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为研究盾构隧道施工过程建模影响因素及其影响程度,首先,综合隧道开挖过程中盾构机前体与岩土体影响因素耦合作用分析,构建盾构隧道开挖过程仿真模型,给出地表沉降和隧道垂向应力;然后,进一步模拟去除其中一种因素的隧道开挖过程,求出相应的地表沉降和隧道垂向应力;最后,基于傅里叶变换对各种情况下地表沉降量和应力应变状况进行比较分析,找出各因素对建模的影响程度。结果表明:一方面,建模过程中各种因素对地表沉降的影响大于对隧道垂向压力影响;另一方面,盾构机推进给开挖面土体压力、盾尾灌浆延迟管片拼装造成的暂时性土体支撑力不足、盾构机刀盘转动给开挖面土体扭力等因素对模型解算造成的影响最大。本研究对提高盾构隧道施工过程建模的准确性和实效性,指导盾构隧道施工具有重要指导作用。

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超大直径盾构隧道始发关键技术

张伯阳

地下空间与工程学报. 2013, 9(3): 633-639.

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南京市纬三路过江通道工程Φ14.93 m泥水平衡式盾构已成功始发。南京纬三路过江通道工程位于南京长江大桥和已建成通车的南京长江隧道之间,是长江上第四条过江公路隧道,其直径大,承受水压高,所处位置地质情况复杂,隧道部分段要穿越上软下硬的复合地层,施工风险大;过江段采用X型交叉过江方案,隧道内部为单管双层结构形式。过江段隧道采用泥水气压平衡盾构机进行施工,一次性掘进距离长。盾构机始发作为盾构隧道施工的关键技术,包含了许多周到细致的工作。针对盾构机始发前各种工作的准备,总结出南京纬三路过江通道工程盾构机始发关键技术,为今后类似工程提供参考。

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考虑地震作用的山岭隧道空洞加固方案优化研究

邓涛, 章仕灵, 姚金梅, 黄明

地下空间与工程学报. 2013, 9(3): 640-645.

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以福建省道206线龙门隧道病害治理工程为托依,运用FIAC^3D软件对不同加固方法处理龙门隧道衬砌背后空洞进行了抗震稳定性计算,并对各种方法的抗震加固效果定量的进行了对比分析。计算结果表明:回填注浆加固可降低隧道衬砌的加速度和主拉应力响应,改善衬砌内部的应力和弯矩分布;锚杆和套拱的施加可改变隧道围岩的最大主应力频谱特性;采用回填注浆+砂浆锚杆+套拱组合加固方法治理龙门隧道,其抗震加固效果最为理想。研究成果对高烈度地震区地下工程抗震加固具有一定的借鉴意义。

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加筋垫层中加筋带应力实测分析

李隆吉, 赵光思, 廖波

地下空间与工程学报. 2013, 9(3): 646-649.

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近年来,加筋土作为一种新型工程材料被广泛应用于挡土墙,地基处理,边坡支护等工程中,由于加筋带为大变形材料,如何测定加筋垫层中加筋带的应力,对于研究加筋带提高地基承载力的机理及加筋效果具有重要意义,也是目前工程中难以解决的问题。本文介绍了应用自发研制的大变形柔性传感器对某加筋垫层工程中加筋带的应力监测,并对实测结果与Binquet方法计算所得结果进行了对比分析。结果表明,加筋带拉力实测值与理论计算结果相差较大,仅为计算值的20%~30%。因此,加筋垫层中加筋带的作用机理尚需进一步研究,在加筋工程设计方面还需根据工程实测进行优化,以降低工程造价。

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预应力锚索桩板墙变形特性研究

邓宗伟, 冷伍明, 李志勇, 朱绍华

地下空间与工程学报. 2013, 9(3): 650-657.

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为了掌握预应力锚索桩板墙的变形规律,查明其影响变形的参数,通过现场实测与数值计算方法对预应力锚索桩板墙的变形进行了研究。实测结果表明,预应力锚索桩板墙在施工阶段最大变形发生在墙的中部,施工完成后,由于锚索的预应力损失、岩土体蠕变以及车辆荷载的作用等原因,变形最大位置逐渐转移到了墙的上部;计算结果表明,墙后填料强度、墙背粗糙度、桩板的柔度、锚索预应力和位置等都对挡墙的水平位移影响显著。为控制挡墙的最大变形,在填料选择方面,要采用变形模量较大,摩擦角较大的填料进行填筑,填料摩擦角以不能低于20°为宜;在桩板的选择方面,要保证桩板粗糙度较大,桩板柔度较小的桩体,桩板的柔度系数宜控制在0.25～0.5范围内;在锚索预应力的大小与作用点位置选择方面,锚索预应力不宜超过600 kN,单排锚索宜作用在0.2H～0.3H高度位置。

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基于灰色系统最优归类模型的围岩稳定性综合评价

雷进生, 刘琼, 包磊, 曹雪廷

地下空间与工程学报. 2013, 9(3): 658-662.

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地下工程围岩稳定性评价是进行工程设计和制定相应工程措施的重要依据。根据与围岩稳定有关的地质资料建立了围岩稳定性分级表,在灰色关联分析和模糊识别原理的基础上,运用最小二乘法构造目标函数,对影响围岩稳定性的5项指标:岩石质量指标RQD,湿抗压强度Rw,完整性系数Kv,结构面强度系数Kf,地下水渗水量W/L等进行了关联分析,建立了围岩稳定评价灰色最优归类数学模型。模型运用了动态权重计算方法和综合评判指数的概念,以充分考虑评价标准指标的离散性。算例分析表明了文中方法对围岩稳定性评估的合理性和有效性。

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上海越江隧道渗漏现状调查与分析

吴怀娜, 沈水龙, 马宇宏, 刘艳滨, 杜守继

地下空间与工程学报. 2013, 9(3): 663-668.

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上海黄浦江越江隧道具有直径大、接缝长、埋藏深、水压高等特点,隧道周围软土又极易引起隧道结构变形,从而造成隧道结构防水的复杂性。上海越江隧道防水理论和防水技术在实践中不断提高,盾构法隧道管片自防水能力和接缝防水技术均取得了卓有成效的进步。通过对当前隧道渗漏情况的调查表明,新建的盾构隧道渗漏量较好地控制在0.1L/m²/d以下,矩形段渗漏量相对较大。调查还表明越江隧道的渗漏主要集中于圆形隧道段管片的环缝、纵缝、注浆孔、螺栓孔及管片裂缝、圆形隧道与竖井的井圈部位、竖井与矩形段连接部位、矩形暗挖段的变形缝(施工缝)、结构裂缝等。分析还表明越江隧道渗漏量与沉降累积值并无直接的联系,隧道沉降量大的地方渗漏反而不是最严重的。

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公路隧道火灾排烟风口设计参数优化研究

夏永旭, 李峰, 姚毅

地下空间与工程学报. 2013, 9(3): 669-674.

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针对近年来我国隧道工程界出现的关于在长大公路隧道纵向式通风系统中运用排烟风道的争议,本文首先介绍了排烟风道在国内外公路隧道通风工程领域中的应用现状及其发展趋势,继而进一步对涉及到公路隧道火灾排烟风道设计中重要的影响因素进行了探讨。最后,以公路隧道发生火灾的规模、排烟量、临界风速以及救援逃生时间为控制条件,采用有限元数值模拟方法,系统地研究了公路隧道排烟风道排烟口的设置间距、开口个数等参数及其对排烟效果的影响。研究结果认为文中给出的具有C型规格及设置的排烟口可以用于公路隧道纵向式通风排烟风道设计中。

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地下工程保护生态环境的优越性

宋建, 刘霖, 樊赟赟

地下空间与工程学报. 2013, 9(3): 675-679.

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保护生态环境是实施社会经济可持续发展战略的重要举措,本文从社会经济的发展对人类赖以生存的生态环境产生不利影响,如植被破坏、大气污染、水土流失等环境问题入手,依据国内外诸多利用地下工程改善生态环境实例,对大城市、山岭地区、江河水域交通运输采用隧道工程保护生态环境的优越性进行深入分析和探讨。结果表明,隧道工程和地下空间利用可减少车辆对环境的污染及山岭地区的植被破坏,保证交通全天候畅通运行且不影响水路航运,提高土地利用效率和城市抵御自然灾害和战争破坏的防御能力。实践表明隧道工程和地下空间利用是保护生态环境实现经济可持续发展战略的最有效途径之一。

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高速公路穿越铁路顶进施工风险评价及控制

徐珂, 金豪

地下空间与工程学报. 2013, 9(3): 680-685.

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箱涵顶进穿越既有建(构)筑物工程面临技术复杂、施工难度大等问题,其安全问题是整个工程建设过程中的重点和难点之一。因此,有效评估施工风险并提出相应的控制措施是工程建设过程中不可缺少的环节。本文以商周二期高速公路下穿陇海铁路项目为实例,采用项目管理中风险管理的办法,对此工程中的工程施工风险进行辨识、分析、评价,并根据风险评估的结果提出风险控制措施以及相应的结论和建议,为工程的安全建设提供可靠地参考依据。

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大跨地铁车站扩挖施工的社会环境风险控制

易立, 张晋毅

地下空间与工程学报. 2013, 9(3): 686-690.

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针对越来越多的轨道交通地下车站下穿地面建筑物的情况,本文以重庆轨道交通一号线小什字车站为依托工程,详细论述了地下车站下穿地面建筑物时的风险源分析、风险控制目标、风险控制措施等风险控制过程,并采用有限元分析软件建立平面模型对不同扩挖工法分别进行数值模拟,得到两种扩挖工法施工后的围岩应力云图和地表最大沉降曲线,根据数值模拟结果针对风险控制要求推荐采用分层全断面法进行扩挖施工,旨在对类似工程的风险控制和施工提供一些参考。

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基于地质雷达技术隧道安全性评价研究

徐坤, 王志杰, 周艺, 张亦龙, 阚呈

地下空间与工程学报. 2013, 9(3): 691-696.

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阐述了地质雷达检测的工作原理,地质雷达作为一种高效、快速、无损的检测方法,在当前隧道建设过程中发挥着越来越重要的作用。通过长期检测过程分析,总结出地质雷达在检测隧道衬砌时三种常见缺陷典型雷达图像,为今后检测工作提供参考依据。结合FLAC3D数值模拟方法对隧道衬砌背后空洞及厚度不足进行分析,研究发现隧道施工过程中拱顶最易出现缺陷,针对隧道缺陷共分七种工况进行分析,得到了有益的参考数据,为隧道安全评估提供有力的理论依据。

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地铁深基坑建设期动态风险监控体系研究

吴楠

地下空间与工程学报. 2013, 9(3): 697-704.

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本文针对地铁工程深基坑高风险的现状以及传统风险评估方法的静态预测或是无法给出针对天气、地质、周围环境等给出定量影响指数等局限性,提出地铁深基坑动态风险监控体系。该体系由预防、分析、诊断、处理等4大系统组成,能自动结合前期风险评估、当前施工状况以及地质、天气等环境影响因素,深度挖掘隐藏在施工过程中的各种风险源,从预防、分析、诊断、处理4个环节对当前工程状况进行全方位动态风险监控。通过相应的安全指数体系实现将隐形的工程风险有形化,直观了解当前工程安全状况及各影响因素,及时找出相应的风险源并迅速采取相应抢险措施,大大降低工程事故的发生率。

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2003—2011年地铁隧道施工事故统计分析

胡群芳, 秦家宝

地下空间与工程学报. 2013, 9(3): 705-710.

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由于我国城市地铁建设起步较晚,技术不熟练,缺乏大量的工程建设经验,近年大量的地铁隧道施工中事故频频发生,造成了严重的经济损失和恶劣的社会影响。通过收集2003—2011年我国地铁隧道施工事故数据资料,考虑事故的发生时间、事故类型、出现位置及死亡人数等多种影响因素进行了统计,对比分析了事故发生的特征,并从每年度的事故次数及死亡人数研究了事故的发展趋势,揭示了我国地铁隧道施工事故发生规律,有针对性提出了控制和减低事故发生的对策与建议,研究工作将为地铁隧道施工风险管理实施提供基础数据资料,并为我国地铁建设事故防范提供参考。

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掘进工作面降温参数拟合分析

褚召祥

地下空间与工程学报. 2013, 9(3): 711-714.

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为了掌握矿井掘进工作面降温参数变化规律,更好的指导现场实施与应用,以存在高温热害现象的长距离掘进巷道(掘进巷道长度1 000 m)为研究对象,现场实际测定矿井降温系统运行后部分测点风流温度,拟合分析得到了部分参数之间较准确的定量关系。拟合结果表明:赵楼煤矿掘进工作面迎头温度与风筒出口风流温度(干、湿球温度)近似呈线性关系;与空冷器后处理风流温度(干球温度,相对湿度近似为100%)在一定范围内近似呈二次抛物线关系。此外,掘进工作面附近干湿球温度差值较大,最大可达5~7 ℃。风流在回头过程中热湿交换严重,很容易形成放大的回头增热、增湿现象。

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