地下空间与工程学报

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胡斌,田梦,吕元

地下空间与工程学报. 2016, 12(2): 287-292.

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随着社会的发展,城市核心区域土地资源不足,地下商业综合体等的开发利用已成为城市建设的必然趋势。其建设规模日趋庞大,已经具备多元化功能。但由于地下商业综合体建筑的特殊性,在防火以及疏散方面存在着很多问题。笔者结合北京市海淀区部分地下商业综合体的设计实例,进行实地调研,分析了地下商业综合体疏散设计中所存在的问题,意在解决商业价值与地下空间疏散之间所存在的矛盾。通过实地调研和数据分析,根据相关规范和疏散人员心理以及地下空间特征,结合商业活力优化,探讨性地提出该类建筑的防火及疏散设计要点,及合理化建议。

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善用地下空间资源——香港地下空间发展的经验和启示

伏海艳,朱良成

地下空间与工程学报. 2016, 12(2): 293-298.

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在过去三十多年的城市建设过程中,香港一直面临着人口密集与土地资源稀缺的巨大挑战,为增加土地供应,香港在开发利用地下岩洞空间方面积累了丰富的经验,并建成诸多高效运转的地下设施。自2009年开始,香港政府启动了一系列城市地下空间发展策略及工程技术研究的计划,并已经完成了“善用香港地下空间可行性研究”课题。本文简要介绍香港地下空间开发利用的经验和存在问题,希望能为高速发展的内地城市提供了重新思考现有工作和未来发展的新视角。

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福建省中心城市地下空间开发利用问题探讨

谢含华,陈福龙,陶建华

地下空间与工程学报. 2016, 12(2): 299-305.

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开发利用地下空间是城市不断发展的必然需求,本文中首先阐述了福建省中心城市(福州、厦门)地下空间开发利用的必要性和意义,探讨了城市地下空间开发利用过程中需要研究的重要地质问题,通过对福建省中心城市地下空间开发利用现状的调研,总结了福建省中心城市地下空间开发利用存在的利用现状不明、制度建设不健全、地质环境条件综合研究欠缺、地下工程设施综合利用系统不完善、缺少从事地下空间开发利用的科研机构和人员等问题,最后,有针对性地提出了实现地下空间合理开发利用的对策和建议。可为政府决策部门在地下空间立法方面提供借鉴,为福建省中心城市地下空间可持续开发利用提供技术支撑。

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双洞效应的黄土公路隧道变形影响离心模型试验

周飞,谢永利,来弘鹏,石巍

地下空间与工程学报. 2016, 12(2): 306-313.

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目前,有些黄土公路隧道受到地形限制只能采取小净距隧道形式,为了更好地解决彼此开挖相互受影响带来的安全隐患问题,笔者开展了6组基于先加载后开洞思路的离心模型试验,研究了不同净距和间距的组合下双洞效应黄土公路隧道地表及地层的变形规律。试验结果表明:间距保持1D时,随着净距的增大,双洞间的相互影响程度明显减弱,先行洞开挖对后行洞的次生扰动逐级递减;地表沉降轮廓由单核心盆地演变为多核心盆地,地层变形曲线从V形发展为W形;压力拱效应明显且成拱高度随两隧体净距的增加而升高。间距变为2D时,无论净距如何取值,地表和地层沉降的最大值都会在右侧隧道中心线附近出现,右侧隧道上覆土体变得更为敏感。净距2D间距2D时,地表和地层沉降均在右侧先行隧道拱顶上方出现6组工况下的最大沉降值,评定为最不利工况;间距1D净距取1.5D和2D时,两隧体间均可形成自稳的宽底承载土柱体。因此,小净距黄土公路隧道合理净距取值范围为1.5D~2D,相应的掌子面间距宜控制在1D内。

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基于连续损伤理论的巷道围岩弹脆性损伤分析

赵光明,张小波,孟祥瑞,王昆

地下空间与工程学报. 2016, 12(2): 314-320.

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考虑岩石的脆性损伤特性,引入非线性的岩石脆性损伤本构模型,将损伤演化方程从一维推广到三维,建立岩石损伤变量与脆性参数的关系。将圆形巷道围岩划分为损伤残余区、渐进损伤区和弹性区,采用弹脆性连续损伤理论,对巷道围岩损伤范围及应力进行求解。当巷道周边围岩只出现渐进损伤区时,推导出巷道围岩发生不同程度损伤的极限地应力及损伤半径;当巷道出现损伤残余区时,考虑围岩破坏后仍然具有残余承载能力的特点,推导出巷道围岩损伤区半径及围岩应力的表达式。通过算例分析了岩石损伤程度和脆性强弱对巷道围岩损伤半径及围岩应力场分布的影响,研究结果表明:岩石的脆性对损伤半径的影响跟损伤程度有关,岩石脆性越强,围岩切向应力的峰值越大;岩石损伤程度越大、损伤半径越大,切向应力峰值离巷道壁面越远。

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地铁上穿工程中既有隧道卸荷附加应力系数

许有俊,魏云杰,姜峰,刘忻梅

地下空间与工程学报. 2016, 12(2): 321-329.

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推导了新建地铁上穿施工引起的既有隧道结构的卸荷附加应力系数解析解,利用Maple软件对卸荷面积、卸荷中心距既有隧道水平距离、卸荷平面至既有隧道顶部距离、卸荷宽长比等关键卸荷参数与附加应力系数的关系进行研究,旨从弹性卸荷理论的角度提出了地铁上穿工程中如何减小既有隧道结构卸荷效应的措施。研究表明:随着卸荷面积的增大,底板下方不同深度处的附加应力系数逐渐增大,应尽量减少一次卸荷面积,减少开挖进尺;当既有隧道处于卸荷面积边界附近时,卸荷附加应力系数急速衰减,应对开挖卸荷长度范围内的既有线结构周围土体进行重点加固;附加应力系数随着夹层土厚度的增加逐渐减小,应尽量加大新旧结构之间的距离;随着宽长比的增大,卸荷中心下的附加应力系数逐渐减小,建议采用长条形的土体开挖方式;在相同的卸荷面积条件下,泊松比对附加应力系数的影响较小。

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深圳上软下硬地层中超深基坑的性状分析

吴双武,李辉,许烨霜,沈水龙

地下空间与工程学报. 2016, 12(2): 330-335.

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深圳地层上部为松散的富水性砂性土与黏性土沉积地层,10 m以下为风化花岗岩地层,在此地层中施工超深基坑需要防止上部松散土层的变形。运用数值模拟方法对深圳地层某超深基坑工程进行模拟分析。数值模拟中把包括地基土体在内的整个围护结构作为一个结构体系。考虑开挖过程、围护结构和土的共同作用、时间等因素的影响,实现对施工逐级开挖、支撑的装拆进行动态模拟,综合分析围护结构的内力、变形及开挖引起的环境效应。数值模拟结果符合实际工程情况和规范要求,得出的结论适用于深圳地区类似基坑工程的变形预测和优化设计。

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变荷载作用下CCSG桩复合地基固结分析

戚志博,俞缙,蔡燕燕,郑春婷,穆康

地下空间与工程学报. 2016, 12(2): 336-342.

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针对CCSG桩复合地基这种新型地基处理技术,研究了其在工程实际中常遇到的情况,即考虑土体水平渗透系数变化以及荷载逐渐施加的固结问题,建立了相应的数学模型,推导得到了固结一般解,并具体给出了单级等速加载情况下的特解,且荷载瞬时施加情况下的复合地基解析解为本文解的特例。通过计算分析得到加荷时间等参数对固结过程的影响曲线。结果表明:加载历时越长,强涂抹区范围越大,固结速度越慢。最后将实测数据反算,获得其固结度变化曲线,该曲线与本文理论获得的固结度变化曲线走势相似,可以验证本文解析解的正确性。

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群桩基础桥墩静力PUSHOVER分析

张永亮,宁贵霞,陈旭茜,王培山

地下空间与工程学报. 2016, 12(2): 343-348.

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静力Pushover分析是应用能力谱法进行抗震分析的重要一步,也是研究结构非线性受力特征的重要方法之一。本文采用Pushover分析方法, 同时考虑地基土与桩构件的非线性,研究了群桩基础桥墩的侧向加载模式与非线性受力特征。研究结果表明:(1)侧向加载模式不同,获得的能力曲线不同。均匀分布和墩顶集中力加载模式分别反映了结构能力曲线的上、下限,一阶振型和SRSS分布介于两者之间。建议群桩基础的Pushover分析应采用SRSS加载模式。(2)墩高小于20 m时,高速铁路简支箱梁桥的水平惯性力主要集中在墩顶及承台处。(3)受拉侧单桩初始屈服后,群桩基础的承载能力还可继续增加,但横桥向多排桩(4排桩)群桩基础增加更明显。横桥向多排桩群桩基础的位移延性系数高于纵向两排桩的情况。

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高应力矿柱在动力扰动下力学响应研究

王如坤,梅甫定

地下空间与工程学报. 2016, 12(2): 349-355.

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针对高应力矿柱在遭受爆破、震动、远场地震等外界动力扰动时,往往发生整体失稳,甚至坍塌的现象,对深部矿山二步骤回采预留矿柱进行简化并建立了地质和力学模型,并对应力波在矿柱中传播进行了力学分析;进而采用FLAC^3D数值模拟的方法研究了高径比为4的典型圆柱形矿柱分别在20 MPa、30 MPa、40 MPa静应力作用下竖向应力和塑性区的分布以及在此基础上分别受到峰值为10 MPa、20 MPa、30 MPa动力扰动时的力学响应特性。研究结果表明:矿柱在40 MPa高静应力作用下依然处于弹性变形阶段,可以保持自身的稳定;而高应力矿柱在遭到外界动力扰动时,会产生不同程度的塑性区,稳定性变差;静应力越大,动力的峰值越高,矿柱的稳定性越差,越容易失稳。得到了它们之间的定量关系并给出了保护矿柱稳定性的建议。

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陡倾反向岩质滑坡破坏机制及影响因素研究

蒋先念,范良刚,周娅莉,祝田野

地下空间与工程学报. 2016, 12(2): 356-361.

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重庆市巫溪县中梁乡硝洞槽-郑家大沟滑坡是一处典型的大型陡倾反向岩质滑坡,滑坡是在坡脚中梁水库蓄水后形成的,研究该类滑坡的破坏机制及影响因素对于开展该类滑坡的防治具有十分重要的意义。笔者在分析滑坡变形特征的基础上,结合专业监测成果,对硝洞槽-郑家大沟滑坡的破坏机制及影响因素进行了深入研究。研究表明,滑坡破坏类型主要为弯曲-折断破坏,包括弯曲、弯曲拉裂、折断破坏3个阶段。滑坡的影响因素包括坡体内在因素和诱发因素2个方面,本文重点研究了诱发因素,该滑坡诱发因素主要为水库蓄水,库水位抬升后,滑坡变形持续增加,且库水位越高,滑坡变形速度越快。

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结构性砂土胶结厚度分布特性试验研究

蒋明镜,刘静德

地下空间与工程学报. 2016, 12(2): 362-368.

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颗粒间胶结物厚度对胶结颗粒接触力学特性有显著影响,进而影响结构性砂土离散元模拟结果。为更好地模拟天然砂土的结构性,需要明晰结构性砂土中颗粒间胶结厚度分布特性,并且能在离散元模拟中反映该分布特性。本文采用人工制备结构性砂土,开展电镜扫描试验,对结构性砂土中颗粒间胶结厚度分布特性进行了研究。研究结果表明:在结构性砂土中,随着水泥含量的增加,平均胶结厚度近似线性增加;但是水泥含量对胶结厚度的概率分布规律影响不大,水泥含量不同的结构性砂土,其颗粒间胶结厚度概率分布均为先线性增大,后指数型衰减。在试验研究结果的基础上,提出了离散元模拟结构性砂土胶结厚度的方法,可以较好地反映结构性砂土中颗粒间胶结厚度指数型衰减的分布特性。

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膨润土表面分维的试验确定

项国圣,徐永福,姜昊

地下空间与工程学报. 2016, 12(2): 369-373.

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压实膨润土因其膨胀特性被用作高放射性核废料深地质处置工程的缓冲材料,膨润土的膨胀特性与其表面特性有关。对原始膨润土粉末以及被不同浓度的NaCl溶液浸泡过的膨润土进行N₂分子吸附实验,测得N₂吸附等温线,对吸附等温线采用Frenkel-Halsey-Hill(FHH)方程和Neimark热力学方法计算表面分维,计算结果表明,采用两种方法计算的表面分维基本相同。膨润土的表面性质受NaCl溶液浓度的影响较大,表面分维随NaCl浓度的增加呈现出先增大后减小的趋势,这是由于浓度不同膨润土表面吸附的Na⁺量不同所引起的。

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冲击载荷下砂岩强度特性及破坏规律研究

马文伟,赵光明,孟祥瑞,韩东波

地下空间与工程学报. 2016, 12(2): 374-380.

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为了研究砂岩的强度特性以及破坏规律,利用分离式Hopkinson装置对砂岩巴西圆盘进行不同冲击速度的动态劈裂试验,并利用三维非线性动力学分析软件LS-DYNA模拟这一劈裂过程。通过对试验所得应力应变曲线与模拟所得应力应变曲线的对比,确定数值模型的有效性。结合试验结果以及模拟结果可以得出,总体上砂岩的动态抗拉强度随着平均应变率的增大而增大,但并不是线性关系,而是当平均应变率低于某一值时,动态抗拉强度随着平均应变率的增加急剧增大,当平均应变率高于这一值时,动态抗拉强度随着平均应变率的增加而缓慢的增加;在动态劈裂过程中,砂岩巴西圆盘的破坏并不都是从中心位置起裂的,初始起裂位置与平均应变率的大小有关,当平均应变率小于某一值时,初始起裂位置在靠近入射杆一端,当平均应变率大于某一值时,初始起裂位置在靠近透射杆一端;砂岩试件的总体破坏顺序是由靠近入射杆端或者靠近透射杆端向中间位置扩展,同时由试件表面向内部扩展,最终上下表面导通,试件被劈裂成两半。

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不同加、卸载条件下片岩的变形特性试验研究

杨昊天,于兴国,王璐,李佳伟

地下空间与工程学报. 2016, 12(2): 381-386.

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对丹巴电站调压井围岩的片岩试样进行了加载试验和卸荷试验研究,分别分析了常规三轴试验及加轴压卸围压、以相同速率同时卸轴压与围压的3种加、卸载方式下的应力-应变关系及整个加、卸载过程中变形参数的变化规律,分析表明:片岩在卸荷条件下表现出明显的脆性破坏特征,而且有强烈的扩容现象,卸荷条件下岩石的破坏也是由于扩容所引起的;卸荷会造成岩体变形模量迅速减小、泊松比迅速增大;试验采取的两种卸荷方式与常规三轴相比较,岩石试样从受力至破坏的整个过程中其变形模量和泊松比的变化趋势有明显的不同,尤其是在相同速率同时卸轴压与围压的卸荷方式对岩石的变形参数影响很大。

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岩石结构面尺寸效应的数值仿真研究

明华军,刘草原,王银秀

地下空间与工程学报. 2016, 12(2): 387-391.

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从岩石结构面尺寸对岩石强度变化与破坏模式的研究出发,为了全面地研究其影响性,建立了不同裂隙倾角下不同尺度大小的颗粒流数值模型,进行单轴压缩数值试验。结果表明:随着裂隙尺度的增大,岩石的抗压强度有所降低,起裂和达到峰值强度所需的应变更小;随着裂隙夹角的增大,岩石的抗压强度有所增加,但其随尺度变化的敏感度有所降低,同时裂隙尺度对起裂点的影响也越来越小;在本文预制裂隙张开度,单轴压缩作用下,达到岩石峰值强度时裂纹贯通模式受裂隙倾角影响较大。

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秦岭造山带实测浅层地应力特征研究

张波

地下空间与工程学报. 2016, 12(2): 392-396.

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秦岭造山带基本呈东西走向,由于经历了长期的构造运动、岩浆活动和变质作用,形成了“三块两缝合带”的构造格局。整体来说,区域内断裂构造发育,岩性复杂,构造应力高且以水平应力为主。在秦岭地区,我国已陆续建成了宝成铁路、西康铁路、秦岭公路等一系列交通工程,但由于受复杂构造、地应力及岩性的影响,隧道建设过程中遇到如收敛变形量大、变形不易控制等诸多难题。为详细研究秦岭地区浅层地应力分布特征,通过收集秦岭造山带自西向东区域内29个钻孔的地应力实测资料,筛选出受局部影响较小的101组数据作为统计样本进行分析,分析了秦岭地区最大水平主应力、最小水平主应力以及侧压系数随埋深分布特征,并验证了构造应力方向以NNE,NNW为主,反映了顺时针NE-SW和逆时针NW-SE的构造方向特征。

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基于Geo-slope的Siegle网格密度确定问题

刘国栋,刘奉银

地下空间与工程学报. 2016, 12(2): 397-401.

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危险滑动面的搜索是边坡稳定分析的一个核心问题,搜索方法也颇多,一种典型的搜索方法为Siegel网格法。它将坡面上方一定区域划分为大小相等的矩形网格,网格上的每一结点都是需要搜索的滑动圆心;另外在坡体内部设置等距的滑面切线,每一个滑动圆心和每一条切线确定一个滑动圆弧。为了确定边坡稳定计算中合理的Siegel网格密度和切线密度,对某均质土坝,用Geo-slope分析了不同的Siegel网格密度和切线密度对计算结果的影响,得出网格间距≤2.5 m,切线间距≤0.444～0.500 m时计算结果可满足精度要求,并验证了不同的切线方向对边坡稳定计算结果没有影响的结论。

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基于DP屈服准则的西原本构模型及其运用

沈才华,张兵,王媛,胡康明

地下空间与工程学报. 2016, 12(2): 402-406.

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针对地下工程中软岩与深埋岩体渐进破坏过程受静水压力的影响,以及第二主应力对塑性屈服和蠕变均产生影响的特征,文章引入Drucker-Prager屈服准则,结合西原模型建立了三维粘弹塑性本构模型,并详细推导了编制ABAQUS软件的UMAT子程序过程。结合常规的三轴蠕变试验,通过最小二乘法确定了本构模型计算参数,采用ABAQUS软件对三轴试验过程进行模拟,模拟结果与试验结果基本保持一致。由于本模型采用了能反映第二主应力影响的Drucker-Prager屈服准则,因此,对地下工程的研究具有重要的指导意义。

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致密砂岩抗剪参数与H-B参数间关系研究

尹帅,徐清华,丁文龙,赵金利,刘建军

地下空间与工程学报. 2016, 12(2): 407-411.

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以致密砂岩三轴测试为基础,建立Hoek-Brown(H-B)参数反算模型,应用4种基于不同假设H-B准则方法对岩石抗剪参数进行估值并修正,与Mohr-Coulomb(M-C)准则结果对比。结果表明,修正后两种准则估值结果极为接近。将该方法应用于Shirahama砂岩,评价结果与试验结果较为一致,表明基于反算法建立的H-B参数与岩体抗剪参数间定量关系可信。岩体声学参数与抗剪参数间关系的进一步探索对预测岩体破坏及采矿安全具参考价值。

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扩大头锚索在饱和粉细砂层中的受力特性

刘波,张功,杨伟红,任鑫, 宋常军

地下空间与工程学报. 2016, 12(2): 412-419.

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对于特殊复杂的地质条件以及对变形要求较高的地下工程,扩大头预应力锚索有效利用扩大头前端土体抗力,提高锚索的承载能力和支护结构的抗变形能力,是一种较为理想的支护方式。扩大头锚索的理论研究与设计滞后于工程经验,基于弹性理论,通过研究扩大头前端土体受力状态与土压力的关系以及锚固土体接触面的应力状态,分析了土层变形过程中锚索的受力特性,建立了扩大头预应力锚索在土体变形过程中的力学模型,通过实例验证了公式的适用性,为研究与评估施工过程中扩大头锚索的整体受力情况提供了新的思路。

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煤矿立井冻结壁温度场演化规律数值模拟分析

杨更社,荣腾龙,奚家米,申艳军,李博融

地下空间与工程学报. 2016, 12(2): 420-425.

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为了研究煤矿立井冻结壁温度场发展规律,采用COMSOL Multiphysics 多物理场耦合程序,建立了立井冻结壁有限元分析模型,该模型考虑了冻结过程中相变潜热因素影响,模型与工程实际更为吻合。为验证模型的准确性,以某矿风井为研究对象,进行了170 d的冻结过程模拟,并与实测数据进行了对比分析,模拟结果与实测吻合度较好。依据模拟结果,可得出:①冻结过程中,测温孔温度呈负指数型下降,最终趋于恒定值;②冻结壁厚度初期增长幅度较大,而进入156 d增长趋势趋缓,最终趋于稳定,厚度达到8.2 m;③主面温度曲线以冻结管位置为中心呈V型发展,界面温度曲线则近似呈弧形发展。本模拟方法为冻结壁温度场研究提供了一种新的分析手段,相应研究成果对冻结法凿井准确把握井壁温度场演化具有较好参考价值。

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孔隙率对岩体中THM耦合作用的弹塑性有限元分析

张玉军,琚晓冬

地下空间与工程学报. 2016, 12(2): 426-435.

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笔者使用Taron等提出的颗粒聚集体的压力溶解模型和摩尔-库伦准则,假设在饱和的石英颗粒聚集岩体中有一实验室尺度的高放废物地质处置库模型,针对其拟定两种计算工况:(1)内摩擦角和黏聚力均为常数;(2)内摩擦角为常数,黏聚力是孔隙率的负指数函数,进行4a处置时段的热-水-应力(THM)耦合有限元数值模拟,就岩体中的温度场、渗流场、应力场和浓度场的变化及分布情况进行了考察。结果显示:与黏聚力是常数的情况相比,黏聚力随孔隙率而变化时,岩体相同部位进入屈服阶段的时机滞后,塑性区减小,并推迟了塑性部位的溶质浓度、迁移/沉淀质量、反应体积和颗粒贯穿深度的突变时间;弹塑性分析中由于应力调整和增大了分子扩散系数,使得塑性区的颗粒介质的溶解、迁移和沉淀相比于弹性区有明显的变化,并对渗流场(孔隙水的压力及流速)和应力场产生显著的影响。

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地面出入式盾构隧道受力变形特性数值分析

张旭,叶冠林,吴惠明,滕丽

地下空间与工程学报. 2016, 12(2): 436-441.

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地面出入式盾构隧道(GPST)是一种不需要工作井的新型盾构工法,在国内首次应用于南京地铁。盾构机从地面直接出发,隧道所受荷载与一般隧道有很大区别,传统的惯用法是否适用尚存疑问,因此需要进一步研究隧道的受力变形特性。本文以地面出入式盾构施工过程中出现的负覆土—零覆土—浅覆土工况作为研究对象,建立精细化隧道三维模型,分析隧道在不同覆土厚度工况下的受力变形规律,并获得相应的横向刚度折减系数。同时针对土体侧向土压力系数K₀进行参数分析,揭示不同地层条件下隧道收敛变形的变化规律。研究表明,横向刚度折减系数随覆土深度增加而增加,而且随着覆土厚度的增加,变形模式由“横鸭蛋”变为“竖鸭蛋”的临界K₀系数值逐渐增大。

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岩质地层暗挖车站施工设计关键技术研究

王俊

地下空间与工程学报. 2016, 12(2): 442-449.

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针对岩质地层条件下暗挖法地铁车站设计中遇到的隧洞开挖方式、衬砌支护参数,以及主体结构与风道结构的接口设计方案等几项关键技术,运用数值计算与理论分析相结合的手段,并利用现场实测数据进行对比分析,研究表明:双侧壁导坑法施工工艺是安全可行的,初期支护结构可以按破损阶段法进行验算,超前支护与封闭钢架相结合的方式能形成完整的支护体系,并能确保车站主体结构与风道结构接口处的步步封闭与施工安全。通过分析还发现,围岩应力和位移变化较大的区域主要集中在隧道拱顶与拱脚附近,施工过程中的安全系数呈现先减小后增大的变化趋势。研究结论对类似地层条件下的暗挖法地铁车站提供借鉴与参考。

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孔隙含水基岩中单层井壁外荷载实测与分析

柏东良,杨维好,韩涛,张驰

地下空间与工程学报. 2016, 12(2): 450-455.

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孔隙型含水基岩中荷载的合理取值是科学设计井壁的关键。现行荷载计算方法按井壁全外表面承担全部静水压力计算,随深度增加,围岩压力和地下水静水压力增大,井壁厚度急剧增加。为掌握孔隙含水岩层井壁真实的荷载情况,解决设计难题,在内蒙古鄂尔多斯某煤矿开展了井壁实测研究。实测数据表明:地下水静水压力对井壁的影响明显小于其作用于井壁全部外表面时的值,说明现行荷载计算方法偏于保守。分析认为:不同的地质条件下降低井壁荷载的方法并不相同,当围岩压力相对地下水静水压力较大时,增大衬砌与围岩接触面孔隙率可降低总荷载,当围岩压力相对地下水静水压力较小时,降低接触面孔隙率可使总荷载值减小,当二者相等时,总荷载值不受接触面孔隙率影响。基于上述分析,在深部含水岩层中采取的提高井壁与围岩接触质量的施工措施显著地降低了地下水静水压力的影响。

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岩石隧道支护设计博弈比选

何军涛,黄宏伟,张洁

地下空间与工程学报. 2016, 12(2): 456-463.

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在隧道工程中,将隧道支护结构与围岩的关系看作博弈的双方。根据博弈的三要素将隧道工程支护问题转化为一个工程博弈问题,从工程问题中提取出博弈参与方,策略空间以及建立收益函数。将隧道的支护方案作为博弈的“人为方”,围岩的等级或者参数组合作为博弈的“自然方”。根据现有的对隧道支护结构受力和围岩变形研究文献,首先从安全性因素的角度建立隧道博弈问题的收益因子函数表达式,在建立的收益因子函数基础上考虑经济性影响因子的作用,得到总的收益函数。根据收益函数,结合数值计算软件评定各支护方案的收益,根据收益对支护方案进行比选。采用博弈比选方法能综合考虑支护方案的经济性与安全性,对隧道支护方案进行定量化的比选,为隧道支护方案提供有参考价值的比选依据和方法。

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基于差异进化算法的土层多参数动态反分析

王洪德, 曹英浩, 朱贵东

地下空间与工程学报. 2016, 12(2): 464-470.

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为得到更加真实准确的深基坑施工过程各土层参数值,确保深基坑工程质量和安全稳定性,以大连某地铁车站深基坑工程为研究背景,根据现场地下连续墙水平位移实测数据,采用正交设计法对各土层参数进行敏感性分析,然后,基于差异进化多参数反分析方法,对深基坑各土层参数进行静态和动态位移优化,最后,根据地下连续墙体水平位移现场监测数据,对数值模拟结果进行辅助验证。研究结果表明:动态反分析的土层参数值更接近土层真实值,利用动态反分析得到的土层参数进行数值模拟分析,其结果比静态反分析模拟结果更接近实际监测数据,从而验证了该方法的合理性和正确性,为后续深基坑稳定性研究和变形预测提供技术支持。

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淤泥质黏土层盾构推进的地层扰动分析

王旭东,刘朝明,刘纯洁,袁勇

地下空间与工程学报. 2016, 12(2): 471-476.

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淤泥质黏土的灵敏度高,分析盾构推进在该土层造成的地层扰动范围和特征有利于采取合适的施工技术对策。本文中根据地铁区间隧道盾构推进的实测地表沉降,计算监测断面的地层损失率作为衡量地层扰动的指标,以表征盾构推进对前方地层的纵向扰动。文献资料调研表明,上海淤泥质黏土层的工程地质特性变异性不大,用沉降换算的各监测地层损失率的变化特征总体相近,进而可将盾构推进的地层扰动划为3个区域:(1)推进扰动区,盾尾至盾构切口前方1.16~1.35(H+D);(2)扰动增强区,盾尾至盾尾后方10~12D;(3)扰动平缓区,盾尾10~12D后方。分析地层损失率数据发现,推进扰动区的地层损失或正或负,但量值较小(<1.0‰),表明在该淤泥质地层中盾构推进的正面压力控制有效;扰动增强区地层损失率总体呈线性增大趋势,扰动平缓区地层损失率逐渐稳定在4‰以内,符合5‰的施工控制目标,表明盾尾脱出后控制该地层扰动的技术措施是恰当的。

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顶管管节壁后触变泥浆探地雷达探测研究

寇磊,朱新华,白云,彭佳湄

地下空间与工程学报. 2016, 12(2): 477-483.

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采用探地雷达对顶管顶进中管节壁后触变泥浆进行探测,通过对雷达探测图像的数据处理及解译测得触变泥浆的相对介电常数,获得管节壁后触变泥浆套的分布状况。结果表明:管节壁后泥浆套厚度并非均匀一致,但沿顶进方向能够形成致密的泥浆套且其厚度为理论建筑空隙厚度的8~17倍,而实际施工中泥浆套厚度为建筑空隙的6~7倍时即能达到同样的减摩效果,本次雷达探测能够优化顶管施工质量;此外,通过与盾构隧道管片壁后注浆进行对比发现:电磁波在顶管触变泥浆中的传播速度明显小于其在盾构隧道浆液的传播速度,浆液的含水量及水化速度是影响电磁波在介质中传播速度的关键。

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排水塑料管破裂缺陷等效性的研究

王和平,陈晓阳, 周利

地下空间与工程学报. 2016, 12(2): 484-488.

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根据《城镇排水管道检测与评估技术规程》CJJ181-2012对破裂缺陷等级的划分,对有缺陷的排水塑料管道进行环刚度、抗压强度、外压破坏荷载试验研究,探讨管道在破裂缺陷等级与缺陷数量的等效关系以及缺陷位置和缺陷分布对管道破坏的影响。结果表明,多个低级缺陷与1个高一级的缺陷之间有一定的等效关系;管道缺陷的位置和分布对管道的破坏程度有一定的影响。

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岩溶地区端承桩复合桩基的工程实践

周峰,屈伟,陈杰

地下空间与工程学报. 2016, 12(2): 489-495.

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岩溶地区高层建筑基础若采用常规桩基,需进行一桩一探的施工勘探,不仅造价高工期长,而且成桩质量难以保证。本文介绍某工程天然地基虽具有较高的承载力,但仍无法满足高层建筑基础沉降量与软弱下卧层承载力的要求。本文提出端承桩复合桩基的方法,通过在桩顶设置变形调节装置,协调桩、土变形差,实现端承型桩的桩土共同作用,使天然地基承担大部分的上部结构荷载,不足部分由引入的少量桩基来承担。本文详细介绍了端承桩复合桩基的设计方法,并采用数值计算的方法对不同组别的复合桩基深入分析,结果显示,若刚度按实际计算值控制,端承桩复合桩基各项测试指标与设计值较为吻合,该工程目前已进入上部结构施工阶段。本工程采用端承桩复合桩基的设计方法可取得显著的经济效益,本案例可供同类工程借鉴。

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土钉安设位置与角度对边坡加固效果影响分析

李浩,白海波,韩立军,孟庆彬

地下空间与工程学报. 2016, 12(2): 496-502.

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基于朗肯土压力理论研究了土钉墙的主要设计参数对边坡安全性的影响。通过建立土钉安设位置及安设角度与边坡安全系数间的函数关系,从数学角度确定了高边坡和低边坡的界限值,分析了土钉安设位置、安设角度、边坡土黏聚力、内摩擦角4个主要因素对边坡安全性的影响,得到了高边坡情况下土钉安设位置及安设角度与边坡安全性负相关,低边坡条件下土钉安设位置及安设角度与边坡安全性正相关以及当边坡土质很差时不应采用土钉加固方案的结论。

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深基坑锚拉桩上外荷载及其受力变形开挖响应

杨忠平,刘永权,刘新荣,谢应坤

地下空间与工程学报. 2016, 12(2): 503-510.

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在基坑的整个开挖过程中,锚拉桩上作用的外荷载是不断变化的,研究支护桩所受土压力和锚索拉力的变化规律及其内力变形开挖响应,对优化桩锚支护结构的设计、保证开挖过程中基坑的稳定性具有十分重要的意义。结合重庆市某深基坑工程,通过FLAC^3D数值模拟、现场监测的方法,分析了在基坑分步开挖过程中锚拉桩所受的土压力和锚拉力的变化规律,以及桩身变形和弯矩随基坑开挖的变化。结果表明:数值分析与现场监测所得规律较为符合;在开挖过程中,支护桩所受的土压力值逐渐由静止土压力向主动土压力转变,开挖完成后呈现“上下小,中间大”的分布特征,最终作用的土压力小于经典理论计算值;锚索预拉力在初始张拉锁定后较短时间内即发生25%~35%的损失,在开挖期间呈现波动增大的趋势,最后稳定值大致为初始预拉力的80%;桩身弯矩和变形的分布形状协调一致,均为朝向基坑开挖侧的外凸型,最大值出现位置经历“从上往下再往上”的变化轨迹。

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B样条在盾构隧道沉降曲线拟合中的应用

叶耀东

地下空间与工程学报. 2016, 12(2): 511-515.

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基坑施工不可避免会对邻近的盾构隧道沉降产生影响,进而影响盾构隧道结构健康。如何选择合适的方法对隧道沉降监测点数据进行拟合,找出基坑施工参数与盾构隧道沉降趋势之间的内在关系,对快速判别盾构隧道结构性能有重要意义。本文利用三次B样条曲线在连接点处曲率保持一致的独特优势,用该方法对某毗邻型基坑施工期间引起的盾构隧道沉降监测数据进行拟合,在此基础上绘制出施工前后盾构隧道累计沉降的曲率曲线,了解盾构隧道结构的整体受力状态。曲率曲线既能有效地寻找到隧道结构薄弱部位,又能通过与地铁保护区曲率控制标准进行对比,判断隧道结构受力是否超限,为隧道的健康评判提供准确依据。

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大红山铜矿二期采矿工艺及点柱的应用

孙宏生

地下空间与工程学报. 2016, 12(2): 516-521.

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介绍了大红山铜矿二期工程的分段空场嗣后尾砂充填采矿工艺。针对该矿在上下两层矿体开采过程中的下层开采矿体时,两层矿体盘区间的夹层失稳垮塌的危险大大增加的问题,使用三维有限单元法进行了数值分析与结果表明,下层矿体开采时,在盘区中部留设点柱,可使上下两盘区隔层中的拉应力数值显著降低,隔层稳定性显著提高。实际生产中,采取留设点柱的措施后,采场顶板垮塌问题得到有效控制,贫化率和损失率均显著降低。取得了以较低的代价,获得较高经济效益的成果。对矿体厚度和面积均较大的盘区,矿柱强度随其高度-厚度比的升高而下降,因此,采取了在盘区内部留设面积相对较大、供矿末期才爆破的临时矿柱,保障了主要供矿期间隔层的稳定性。

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隧道-滑坡体系的研究进展和展望

马惠民,吴红刚

地下空间与工程学报. 2016, 12(2): 522-530.

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在山区修建公路、铁路隧道时,常遇到隧道从滑坡体内及周边穿越的现象,这些滑坡或因隧道开挖而蠕动,而隧道因坡体滑动而产生变形、开裂等病害。研究隧道-滑坡体系的变形机理及防治技术具有重要的指导意义。自20世纪60年代以来,我国铁路和公路部门先后针对这一问题开展了科学研究和工程应用,笔者从研究历程、取得的成果、存在的问题及今后的研究方向与思路几个方面作一简要综述,希望对今后的研究和生产实践中起借鉴和指导作用。

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隧道总体风险评价的改进模糊评判方法

王頠,黄斌,周强,邓玉婷

地下空间与工程学报. 2016, 12(2): 531-538.

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本文提出了一种改进的模糊评判方法,并将其应用于隧道总体风险评价。在建立了多层次隧道总体风险评价指标体系基础上,提出了采用数组形式进行的权重和隶属度的模糊评判规则,依据简单多数原则分别计算权重和隶属度的模糊评判效度,并计入模糊评判效度对风险评价结果的影响,分别采用简单及格原则和梯形隶属度函数将权重及隶属度去模糊化,并利用扩展指标求均值的方法对总指标隶属度进行修正。某实际隧道工程算例表明,传统的隧道风险模糊综合评价结果有时会低估隧道施工和管理中存在的风险,因而,将所提方法和已有方法相结合进行风险评价可以更充分地反映风险,为采用降低风险的相应措施提供了有效的理论依据。

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基于模糊综合评价模型的地铁施工风险评估

应国柱,汪鹏程,朱大勇,雷先顺,秦榛

地下空间与工程学报. 2016, 12(2): 539-545.

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合肥地铁1号线长距离下穿高架桥,近距离下穿高铁路基和河流,且穿越土层为膨胀土,施工环境十分复杂。鉴于模糊综合评判法的独特优势,通过分析辨识合肥地铁1号线施工典型风险源,建立充分体现上述施工环境特点的风险指标体系,利用修正的模糊层次分析法确定各层指标权重;确立五级风险划分标准;引用一种符合地铁施工风险评估特点的非线性模糊算子,建立修正的模糊综合评价模型,对合肥地铁1号线施工风险进行评估定级。结果表明该评价方法可行,评价结果对合肥地铁施工安全有指导意义,也可为其他类似工程提供借鉴和参考。

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岩溶洞穴土质盖层稳定性分析方法及应用

陈洪凯,梁丹,董平

地下空间与工程学报. 2016, 12(2): 546-552.

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为进一步探讨岩溶洞穴盖层稳定性分析方法,运用ANSYS软件对不同尺寸共36个洞穴模型进行了模拟分析,得到了关于地表拉压应力区范围的线性拟合公式;根据地表压应力区范围和洞穴跨径大小将其分为Ⅰ型和Ⅱ型洞穴,并对塌落体周界水平应力分布进行了修正,采用极限平衡理论得到了岩溶洞穴盖层塌落体稳定系数计算式。实例分析表明,跨径为6 m的Ⅰ型洞穴盖层塌落体稳定系数随半径呈先减小后增大的趋势,稳定性最差的塌落体半径约1.4 m,即该洞穴容易局部失稳发生坛形塌陷,计算结果与现实情况较为吻合,表明本文中提出的岩溶洞穴土质盖层稳定性计算方法具有一定的理论参考价值。

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老采空区稳定性的模糊可拓评价模型

王正帅,刘冰晶,邓喀中

地下空间与工程学报. 2016, 12(2): 553-559.

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针对老采空区稳定性影响因素的不确定性、模糊性和复杂性等特点,将模糊数学与可拓学相结合,提出了老采空区稳定性的模糊可拓评价模型。在分析老采空区稳定性影响因素的基础上,建立评价指标体系,采用模糊隶属函数对定性、定量指标进行规格化处理,并制定老采空区稳定性评价准则;根据物元理论构建模糊物元及其经典域、节域,以模糊群决策法确定各影响因素的权重,通过计算综合关联度,评判老采空区稳定性等级;最后,以一个老采空区为例进行稳定性评价,得出与实际情况相一致的结论。研究分析表明,模糊可拓评价模型用于老采空区稳定性评价是可行的,该模型较全面地反映了多种因素对老采空区稳定性的综合影响,可为老采空区上方兴建建筑物提供技术支持。

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地下空间爆炸冲击波传播规律研究

宋娟,李术才,张敦福,仝兴华

地下空间与工程学报. 2016, 12(2): 560-566.

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炸药在地下受限空间爆炸时产生的冲击波由于受到周围介质的限制,会发生反射和叠加,其产生的爆炸冲击波流场远比自由场复杂。考虑直墙圆拱形坑道较圆形坑道其爆炸冲击波传播规律更为复杂,以某大断面直墙圆拱形坑道为研究对象,采用三维多物质任意拉格朗日欧拉(ALE)算法,对冲击波荷载的分布规律进行了数值模拟,对比分析了不同炸药高度和药包形状对爆炸流场的影响规律。结果表明:坑道壁面压力峰值衰减曲线受壁面位置、装药形状及炸高情况影响较大,尤其在近爆区与目前所用的经验公式差异较大,但随传播距离的增加,衰减曲线趋于一致,在进行结构抗爆设计时需区别对待。

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钻爆法施工隧道空气质量现场测试

谭信荣,陈寿根,周泽林

地下空间与工程学报. 2016, 12(2): 567-572.

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为明确钻爆法施工爆破后隧道的粉尘与有害气体分布情况,检验通风、防尘效果,分别利用风速仪、粉尘仪和气体检测仪对兰渝铁路四座高瓦斯隧道的风速、粉尘和有害气体进行现场测试。测试结果显示:穿山甲风机配合螺旋式风管的压入式通风的效果最好,采用这种配置通风20 min左右,掌子面附近的粉尘、SO₂等有害气体浓度即降至允许浓度以下,通风30 min左右CO浓度降至允许浓度以下。隧道内风速主要受断面大小、掘进长度和通风设备及其维护等影响,隧道断面对净化空气所需要的通风时间影响最大,风管漏风率次之,再次为通风长度。在确保设备维护和通风管理情况下,穿山甲风机高档配合螺旋风管可实现长距离通风。

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