地下空间与工程学报

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李晓军,刘雨芃

地下空间与工程学报. 2016, 12(6): 1431-1438.

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为有效推进城市地下空间信息化管理,在国内外城市地下空间信息化现状调研的基础上,分析了我国目前城市地下空间信息化管理模式的形成原因与缺点,提出“先规划-再建设”的城市地下空间信息化模式,即根据地下空间开发利用的实际情况,规划和制订地下空间信息化目标;由政府统一协调确定城市地下空间信息化的管理主体、实施和维护部门、参建单位;建立数据管理与共享机制、系统建成后的运行机制;在此基础上分期建设,在应用中不断完善。从管理体系构建、信息化平台建设、基础资料信息化、工程应用四个方面系统地阐述了城市地下空间信息化管理的内容,其中考虑了不同城市地下空间信息化现状和特点。最后,对开展城市地下空间信息化工作提出一些建议。旨在为推进城市地下空间信息化管理提供借鉴和参考。

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基于ArcGIS宁波市地下空间开发适宜性评价研究

胡学祥,刘干斌,陶海冰

地下空间与工程学报. 2016, 12(6): 1439-1444.

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针对宁波市地质环境条件,利用层次分析法和模糊综合评判方法,开展了宁波市地下空间开发适宜性评价研究。首先,利用地质环境调查数据,筛选出影响地下空间开发利用的岩土体特征、水文地质条件、环境地质、技术经济问题,建立了地下空间地质环境适宜性评价指标体系及模糊综合评判模型;其次,利用ArcGIS和C#程序,开发了基于Fuzzy-AHP的宁波市地下空间开发适宜性评价系统。最后,以宁波市东部新城为例,进行了地下空间开发适宜性评价,得到了较为合理的评价结果。结果表明:模糊综合评判法和基于ArcGIS+C#的评价系统能够较为合理地评估地下空间开发的适宜性。

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地下空间开发对城市微气候影响的研究初探

杨晓彬,陈志龙,赵子维,郝胜强

地下空间与工程学报. 2016, 12(6): 1445-1450.

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通过对地下空间、城市形态以及城市微气候相关研究的梳理,将地下空间对城市微气候的影响归纳为地上因素与地下因素两个方面,探讨地下空间及其要素对城市微气候影响的机理。地下因素指地下空间进行内部环境控制而直接对地面微气候造成的影响;地上因素指由于进行地下空间规划形成新的城市形态,进而对城市微气候形成影响。首先,理清影响城市微气候的地下空间的要素,并界定地下空间与城市形态研究的切入点,梳理和明确各项外部空间环境的指标;其次,指出目前该研究领域中待解决的两方面关键问题以构建地下空间开发对城市微气候影响的研究框架与路线。

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地下升降横移式机械停车库空间设计探讨

时光,张东辉

地下空间与工程学报. 2016, 12(6): 1451-1456.

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停车难问题给城市居民的生活工作造成了许多的困扰,其中停车位配备不足是产生该问题最直接的原因,地下升降横移式机械停车库就是解决该问题的有效方法。结合地下空间和机械停车设备的特性以及内部使用人员的需要,对停车库建筑空间中的车位、柱网、剖面、坡道、入口等要素进行较详细的分析和探讨,并在此基础上总结出较为合理的空间布局方式以及可供参考的尺寸模数,以充分发挥地下车库空间存储车辆的能力,有效增加停车位,缓解周边环境的停车压力。希望通过本文的研究,能够更高效发挥地下空间存储车辆的能力,使该类停车建筑在解决城市停车难的问题上更好地发挥作用。

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松香基相似材料抗剪强度指标试验研究

姜开锋,夏沅谱,王昆明,范鹏贤,谢志南

地下空间与工程学报. 2016, 12(6): 1457-1463.

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采用松香作为胶结剂的相似材料是地质力学模型试验中常用的一种相似材料。为研究松香基相似材料骨料组成、松香用量、石蜡用量等影响因素对其抗剪强度指标的影响,设计了三因素四水平的正交试验。制作了16组不同配比的试样,通过直剪试验测得其黏聚力和内摩擦角,并对试验结果进行了极差分析。结果表明,松香基相似材料的黏聚力受松香用量的影响最大,随着松香用量的增加,黏聚力有大幅增长;内摩擦角受骨料组成影响最大,粗骨料比例越高,内摩擦角越大。通过调节配比,可使黏聚力在68 kPa~270 kPa之间波动,内摩擦角在29°~58°之间波动。该研究成果可为地质力学模型试验中相似材料的制备提供参考。

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不同高径比石膏试样强度与尺寸效应的试验研究

贺桂成,李玉兰,丁德馨

地下空间与工程学报. 2016, 12(6): 1464-1470.

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确定合理的矿柱尺寸及其强度是保障石膏矿安全生产与长期稳定的关键因素。采用RMT-150B岩石力学试验机,对不同高径比石膏试样进行了单轴压缩试验。利用力学试验结果,建立了石膏试样强度与尺寸效应的理论模型及其表达式,采用FLAC^3D模拟了不同高跨比石膏矿柱的承载能力。研究结果表明:石膏试样的峰值应力、残余强度、弹性模量随高径比的减小而增大;初始应力和峰值应力所对应的轴向应变和横向应变随高径比的减小而减小;峰值应力后的轴向应变随高径比的减小而急剧减小,而横向应变则与之相反,且高径比越小横向应变越容易产生扩容破坏,呈现出软岩特性;变形模量与高径比之间的关系不明显,不能用其表征石膏试样的变形特性;当矿柱跨度超过4 m时,矿柱能充分发挥其支承能力,有效地支承上覆岩层的围岩压力。

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加筋稻草与麦秸秆的吸水性及拉伸性能实验研究

石茜,柴寿喜,魏丽

地下空间与工程学报. 2016, 12(6): 1471-1476.

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以稻草和麦秸秆加筋滨海盐渍土,可提高土的强度和抗变形能力。使用SH胶对稻草和麦秸秆进行防腐处理,完成了防腐前后的吸水实验和极限拉伸实验。对比实验结果得知:① 天然和浸胶稻草的吸水率均比麦秸秆的大;② 浸胶提高了稻草与麦秸秆的极限拉力和极限延伸率;③ 浸胶稻草的吸水率的降低率、极限延伸率的增长率和极限拉力的增长率均低于浸胶麦秸秆的;④ 天然、浸海水、浸胶、浸胶后再浸海水稻草的极限延伸率和极限拉力均高于相应麦秸秆的。稻草和麦秸秆均适宜作加筋材料使用。应用在加筋土中,稻草比麦秸秆具有更良好的抗拉性能及协调土的变形能力。在浸胶后的防腐效果及其增强抗拉性能上,麦秸秆优于稻草。

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确定弹性应变能指标的岩样卸载点的声发射方法

毛建喜,李庶林,林朝阳,黄玉仁,胡静云

地下空间与工程学报. 2016, 12(6): 1477-1484.

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弹性应变能指标方法是岩爆倾向性评判中应用最多的一种方法,但该方法的一个技术难题是在实验中难以确定卸载点。在武夷山隧道工程的岩爆倾向性评价的室内试验中结合岩石的声发射监测技术,试图解决这个难题,并利用弹性应变能指标法对该隧道的岩爆倾向性进行了评价。试验研究结果表明,采用声发射监测技术并利用岩石峰值破坏前声发射突增的特性,可以较好地控制初次加载达到岩石峰值强度的80%以上,且在岩石不发生破坏的情况下及时卸载,从而能很好地满足弹性应变能指标法对岩石加卸载条件的要求,提高了测试结果的可靠性。同时,本实验得出该隧道具有发生中等岩爆的倾向性的结论。

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X型正断层地应力分布规律影响因素分析

杨瑶,段东

地下空间与工程学报. 2016, 12(6): 1485-1490.

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通过使用RFPA(Rock Failure Process Analysis System)二维模拟软件,分别研究了断层相交角度θ、破碎带宽度、关键层强度、破碎带强度、埋深5个参数对X型正断层交汇处垂直和水平方向应力场分布的影响。研究表明,这些因素在不同范围内,都对断层交汇处地应力场的分布有不同程度的影响,且这些因素对垂直和水平两个方向的主应力影响程度并不是完全一致的。相交角度不同时,垂直应力可能表现为应力集中或应力降低,而水平应力只表现为应力降低;破碎带宽度不同时,垂直应力只表现为应力集中,而水平应力可能表现为应力集中或应力降低;破碎带强度越小对垂直应力的影响越大,而对水平应力的影响则呈线性关系;埋深较浅对垂直应力的影响较大,而随着埋深增加,埋深对水平应力的影响不变;关键层强度对垂直和水平方向应力的影响程度却极为相似。

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单裂隙水流对岩体裂隙法向刚度的影响研究

孔晓璇

地下空间与工程学报. 2016, 12(6): 1491-1496.

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岩体边坡工程与地下工程稳定性主要依赖岩体中的节理、裂隙、软弱夹层等结构面的力学性态。基于岩体低渗透性与结构面导水性,采用广义双重介质模型,对孔隙空间建立非饱和渗流HM耦合方程。对饱水/干燥裂隙空间建立裂隙受压体积变化的HM耦合方程。通过考虑孔隙和裂隙界面处压力连续,实现两处模型在应力边界上的耦合。对开口裂隙、封闭裂隙、半开半闭裂隙岩体的非饱和渗流过程进行了数值模拟计算。由计算结果得知:裂隙的闭合程度影响裂隙水向孔隙消散,从而影响裂隙刚度;在正应力作用下,裂隙受压逐渐分段闭合,由于裂隙的不同位置具有不同的刚度特征,整条裂隙不具同步性,甚至由于裂隙面性质不同,刚度变化甚至出现反复性。

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径向双层各向异性的承压层井流模型及渗流分析

王玉林,谢康和,黄大中,李传勋

地下空间与工程学报. 2016, 12(6): 1497-1503.

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考虑了抽水井表皮层的非均质、各向异性和上覆弱透水层的越流作用,建立径向双层各向异性非稳定承压井流模型。对竖向空间变量采用有限差分法将三维渗流偏微分方程初边值问题转化为矩阵偏微分方程初边值问题。应用拉普拉斯变换和矩阵理论求得径向扰动层(表皮层)和非扰动层各自水头降的半解析解。应用所求解对表皮层径向渗透系数沿抽水井线性变化和随机变化两种情形进行实例计算和分析,结果表明,负表皮效应使承压含水层的水头降增幅变大,导致水头降曲线在径向交界处出现上折;而正表皮效应使承压含水层的水头降增幅变小,导致水头降曲线在径向交界处出现下折;某一层位处的承压含水层水头降,既受同水平层的表皮层渗透系数影响,又受到相邻上下层的表皮层渗透系数的影响。

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隧道膨胀性围岩蠕变特性分析及参数反演

吕志涛,吴庚林,靳晓光,李亚勇

地下空间与工程学报. 2016, 12(6): 1504-1510.

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为研究隧道膨胀性围岩蠕变参数及其蠕变特性,结合龙泉山1号隧道围岩变形监测资料和相关试验,利用BP神经网络联合有限差分软件FLAC3D的方法,选取Burgers粘弹性模型与Mohr-Coulomb屈服准则串联形成的修正Burgers模型为膨胀性围岩的蠕变本构模型,以隧道典型断面的拱顶沉降监测数据为基础信息,反演岩体的蠕变参数。利用所得参数进行正演计算,结果表明,用于反演和未用于反演断面的拱顶沉降计算值与监测数据在量值上相当,变形趋势也基本相同。因此,文中所述方法可以获得较为合理的膨胀性围岩蠕变参数,并较好地弥补室内试验的不足,进而为今后类似工程提供理论依据及指导。

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侧爆作用下硐室锚杆受力动态响应数值分析

王光勇,吕小师,王超,余永强

地下空间与工程学报. 2016, 12(6): 1511-1515.

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利用数值分析软件LS-DYNA3D, 研究了在侧爆应力波的作用下硐室锚杆支护受力动态响应。数值分析结果表明:通过对比相同比例距离的试验和数值模拟压应力时程曲线,说明数值模拟结果可信;基于不同位置锚杆中间单元轴向应力时程曲线分析,发现迎爆侧受到应力波的作用明显大于背爆侧;迎爆侧侧墙锚杆既受压又受拉,并且锚杆8受压最大;受拉较强部位主要集中在迎爆侧,锚杆7拉应力峰值最大;从锚头到锚端锚杆拉应力峰值和压应力峰值都是先增加再减小,最大压应力峰值偏向锚端,而最大受拉位置与应力波的幅值和波长有关。

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沉管隧道火灾热释放速率试验研究

徐湃,蒋树屏,周健,陈大飞,谢耀华

地下空间与工程学报. 2016, 12(6): 1516-1523.

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为了深入分析沉管隧道火灾发展过程及其规模,以港珠澳沉管隧道为研究对象,建立足尺隧道火灾试验平台,配备试验测量系统,开展足尺隧道火灾试验。试验火源选用油池火、木垛火以及真实车辆,通过失重法和热辐射法相结合的方式确定火源规模,同时,探讨影响其火灾热释放速率的因素。试验结果表明:油池火更适宜作为火灾试验火源;通过不同油盘的组合能够模拟多种规模的火灾,试验中最大规模为40 MW左右;废弃小汽车火灾规模近似为5 MW,中巴车近似为15 MW。另外,影响火灾热释放速率的主要因素是燃烧面积、燃料类型、火源位置和纵向风速等。

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阻塞效应下隧道火灾顶棚最高温度的实验分析

王君,赵蕾

地下空间与工程学报. 2016, 12(6): 1524-1531.

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隧道火灾时拱顶最高烟气温度的预测对于隧道防火安全设计具有很重要的意义。通过1/10隧道火灾缩尺模型实验得到了不同火源热释放率、不同通风速度下隧道顶棚最高温度测试值,并与现有的温度模型预测值进行了对比,发现现有模型对于无风及风速较小的情况,或多或少存在缺陷。另外在实际情况中车辆通常占据一部分的隧道断面积,所形成的阻塞效应不可忽略。为此,进行了不同阻塞比情况下的实验,发现现有的温度模型与不同阻塞比下的实验数据相差较大。最后,基于本文实验数据对Kurioka温度模型进行了修正,所提出的修正模型与已有的其他实验数据吻合也较好。

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高温环境下土的导热系数研究

陈正发,朱合华,闫治国,王玉朋

地下空间与工程学报. 2016, 12(6): 1532-1538.

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土的导热系数是正确评价土壤热特性的一个重要指标,研究高温环境下土的导热系数的变化规律及预测模型,对预测土在高温环境下的导热能力有重要意义。笔者总结了土的含水量、干密度、矿物成分、构造以及环境温度等因素对土的导热系数的影响;试验研究了105 ℃、150 ℃和200 ℃高温环境下恒温4 h土的导热情况,结果表明,在高温环境下温度对土的导热系数影响显著,湿土和干土的导热系数均随温度升高而增大。基于已有的土的导热系数模型,建立了一个新的导热系数预测模型,该预测模型能对土在高温环境下全饱和度范围内的导热系数进行预测。

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三向应力下膨胀土含水量与膨胀率关系研究

李化云,张志强,胡端,朱叶艇,杨翔

地下空间与工程学报. 2016, 12(6): 1539-1544.

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膨胀土具有吸水膨胀的工程特性,因而通常采用的有侧限膨胀试验具有一定局限性。采用应变控制式三轴仪来实现对膨胀土试样压力的连续施加,使土样在合理的受力和吸水环境下,膨胀变形至剪切破坏;并根据相关物理性质指标转换公式,得到试样在连续性吸水过程中不同含水量与体积膨胀率的关系。改进后的三轴膨胀试验合理地模拟了膨胀土在一定埋深条件下其吸水膨胀的真实过程,科学地解决了分阶段有侧限膨胀试验不能实现同一试样吸水膨胀的连续性过程问题,试验结果更为准确,使得室内试验环境和工程实际达到较好吻合,对于研究膨胀土的力学行为具有一定的合理性和科学性。

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地铁荷载作用下地裂缝邻近土体受力数值分析

杨觅,门玉明,曹蕊,袁立群

地下空间与工程学报. 2016, 12(6): 1545-1552.

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利用有限元分析法,对西安穿越地裂缝带的地铁隧道与土体在地铁荷载下的动力相互作用进行了三维模拟,分析了整体式隧道和分段式隧道两种情况下衬砌与土接触压力的分布规律和衬砌下部土中动应力的传递规律及影响范围,并将地铁列车荷载引起的动应力与初始静应力进行了比较,得出了地铁动荷载与重力荷载之间的强度差异。分析表明,列车从上盘往下盘运行过程中,在地裂缝附近,下盘拱底与土附加接触压力较正常值大,上盘则较正常值小,下盘拱顶与土附加接触拉应力较正常值大,上盘拱顶与土之间则产生附加接触压应力;土中竖向动应力从衬砌底传递至下部11 m过程迅速减小,动应力对此范围以外的土体影响较小;地裂缝附近分段式隧道条件下土中竖向动应力较大;就本次模拟工况而言,地铁动荷载产生的动应力比初始静应力要小很多,初始应力与动应力的最小倍数在60倍以上。

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粒径级配对矸石压实变形特性影响研究

王文,李化敏,熊祖强,苏勇松,张鹏

地下空间与工程学报. 2016, 12(6): 1553-1558.

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为研究矸石粒径级配对充填工作面充填体压实度的影响,以焦作九里山矿煤层顶板矸石,利用自制的矸石充填压缩模具进行不同粒径级配矸石压实试验,得到10种粒径级配的矸石应力-应变关系曲线,分析矸石粒径级配、轴向应力、含水率对矸石压实度的影响。结果表明:压缩矸石的应力-应变关系呈指数函数特征,矸石压缩过程分为三个阶段:速压密阶段、稳压密阶段、准压密阶段;矸石粒径对压实度影响较为明显,矸石的压实度与轴向应力呈对数函数关系;矸石的压实度与压缩率具有较好的相关性,采用泰波理论选取的最优方案压缩率比其他低,矸石的压实度相反;含水率为5.6%~5.8%时矸石压实度最优。

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坚硬顶板厚煤层卸压开采覆岩运移特征试验研究

何祥,杨科,刘文军,叶海松

地下空间与工程学报. 2016, 12(6): 1559-1564.

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为研究多组厚硬顶板厚煤层开采覆岩运移特征及其对上煤层卸压范围的影响,结合潘二煤矿3煤和4煤开采地质及工程条件,构建了相似材料模拟试验模型。试验观测与数据分析表明,受煤层倾角和多组厚硬岩层影响,覆岩运移中出现非对称“台阶”断裂现象,应力卸压角、膨胀变形卸压角与经验法计算结果相差较大,应力卸压角小于理论计算卸压角平均13°,变形卸压角小于理论卸压角平均7.5°。应用关键层理论分析表明,卸压层和被卸压层间两个关键层是引起覆岩“台阶”断裂、运移不协调及卸压范围减小的主要原因,揭示了多关键层组合对覆岩运移的非对称及卸压特征的差异性的作用机理。

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矿井通风对光卤石围岩潮解影响的实验研究

杜晓丽,魏京胜,宋宏伟

地下空间与工程学报. 2016, 12(6): 1565-1569.

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光卤石围岩潮解改变了巷道的断面形状、降低了围岩强度,导致金属类支护结构腐蚀甚至失效,给井巷围岩稳定带来安全隐患。为抑制可溶性钾盐井巷潮解,利用双模理论和室内实验分析了光卤石围岩潮解机理及影响因素,探讨了矿井通风相对湿度、风速对光卤石围岩潮解的影响,得到以下主要结论:通风湿空气水蒸气分压力与湿巷壁潮解盐液表面水蒸气压力差是围岩潮解的驱动力;通风湿空气相对湿度和风速是光卤石围岩潮解的重要影响因素;当通风干球温度控制在21 ℃~23 ℃时,光卤石潮解的临界湿度介于53%~67%之间;将通风相对湿度控制在53%以下、在满足生产需要的前提下减小通风风速,有利于抑制光卤石围岩的潮解破坏。

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基于突变理论的水封储油洞室稳定性分析

于本福,闫相祯,杨秀娟

地下空间与工程学报. 2016, 12(6): 1570-1576.

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据洞室围岩破坏的非线性特点,考虑到储油洞室失稳破坏问题是一种突变问题,运用Hoek-Brown强度折减法及突变理论,得到了洞室围岩强度折减系数与突变特征值的关系,然后根据突变特征值给出了水封储油洞室围岩的稳定性安全系数,最终建立了基于Hoek-Brown强度折减法的水封储油洞室稳定性分析的突变模型,克服了Mohr-Coulomb强度折减法不能描述岩体非线性破坏特征,以及单纯使用强度折减法计算中不能精确量化失稳判别准则的缺点,提高了洞室安全系数模拟计算精度。将本文所建立模型的结果与已有模型的计算结果进行了对比,并利用上述模型分析了洞室埋深、孔隙水压力、洞室间距和蠕变时间等因素对水封储油洞室稳定性的影响。计算结果表明:基于Hoek-Brown强度折减法建立的突变模型具有很好的实用性,可以满足实际工程计算精度要求;水封储油洞室的安全系数随着洞室埋深、孔隙压力、蠕变时间增加而降低,随着内洞室间距的增加而增加。

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薄互层储层水平井压裂裂缝延伸规律模拟分析

李连崇,张潦源,黄波,马收,夏英杰

地下空间与工程学报. 2016, 12(6): 1577-1585.

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为尝试研究非均匀层状岩层中的复杂水力压裂裂缝延伸行为,以胜利油田某典型砂泥薄互层储层的水平井压裂为背景模型,利用基于有限元的数值模拟软件,开展了一系列水平井压裂裂缝延伸行为的数值模拟研究。在模拟中,表征远场地应力的模型围压、层理(界面)的强度和地层岩性是考虑的主要因素。数值模拟表明,水力压裂裂缝的延伸模式是远场地应力、界面性质及地层岩性的综合作用结果。裂缝延伸过程中遇到层间界面会出现偏转、分叉和钝化终止行为,总体可分为4类延伸模式:直接穿透、钝化、T型扩展、偏转。这些非平面、复杂裂缝并非体积压裂改造裂缝,因此,不但不利于油气的流动,而且也是压裂压力畸高、有效主裂缝长度减少甚至压裂失败的原因之一。数值模拟初步解释了裂缝延伸过程中应力演化及其与层间界面的相互作用机制,可望为水力压裂改造工程相关的设计与机理分析提供参考。

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盐岩地质三维建模及分析平台研发与实现

王永志,刘鹏彧,杨路生,盛业华

地下空间与工程学报. 2016, 12(6): 1586-1592.

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通过对不同领域地质三维建模和模拟分析相关技术研究现状的分析,结合盐岩地质特点和用途,应用3D GIS最新研究成果,设计实现了盐岩地质三维建模与分析应用平台,并对其中的关键技术方法进行了研究与实现。在完成了系统功能结构设计的基础上,利用Geodatabase数据模型对盐岩二维、三维空间数据进行组织与管理。在此基础上,利用面向对象程序设计技术,实现了细分虚拟钻孔构建和含盐地层三维建模与分析方法;基于声纳探测数据的盐腔三维表面拓扑重建技术和3D GIS空间分析的盐腔围岩三维体元模型构建方法,实现了盐岩地质体直接体绘制等关键技术。本文研究成果可以为盐岩地下溶腔的合理开采与利用提供有力的技术支撑和科学依据。

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模型固废三轴固结不排水剪试验及孔压分析

吕玺琳,赖海波,王蓉

地下空间与工程学报. 2016, 12(6): 1593-1597.

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采用草炭、石英砂、高岭土按质量比0.5∶1∶1及1∶1∶1人工配制模型固废。通过应力路径三轴仪,对模型固废开展了固结不排水三轴剪切试验研究,获得其强度特性及孔压变化特性。通过两种不同草炭含量模型固废试验结果对比表明,高草炭含量模型固废在相同应变条件下的剪应力比低草炭含量的大,说明草炭含量增加将使得固废内部颗粒相互作用增强,更有利于其强度发挥。根据不排水剪切过程中孔压的变化特性,获得了草炭含量对孔隙水压力系数的影响规律,得出了固废达到破坏条件时该系数的范围,并与以往真实固废的试验结果进行了对比。

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黄土隧道设计与施工中的几个问题

李宁,朱才辉

地下空间与工程学报. 2016, 12(6): 1598-1607.

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通过总结分析黄土地层的饱和、固结、湿陷、可灌性与降排水性等对黄土隧道稳定性的影响,提出了黄土隧道工程中应注意的问题;对黄土隧道衬砌结构设计中需要考虑的侧压力系数、变形模量取值问题,围岩压力计算及围岩与衬砌结构相互作用等问题进行深入剖析,并提出了设计中应注意的问题;对于浅埋黄土隧道,建议采取“拟塌落拱有限元方法”进行分析;以某饱和黄土隧道工程为依托进行了几种常用施工方案的数值对比分析,表明NATM施工、掏槽施工或压桩施工均难以满足成洞条件,且先行降、排水措施和初期喷浆支护难度较大,应采取超前管棚注浆等新工艺才能满足饱和黄土隧洞的成洞要求;针对黄土地层盾构隧道施工,建议采用控制“地层刚度”和修正“盾构工艺参数”的方法来控制地表隆沉。

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高海拔单洞+服务隧道横通道间距设置研究

严涛,王明年,舒东利,张子晗,刘祥

地下空间与工程学报. 2016, 12(6): 1608-1615.

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以火灾工况下人员安全疏散作为控制标准,同时考虑高海拔对烟雾扩散以及人员逃生速度、心理等因素的影响,建立随机停车最不利工况下火灾计算模型以及人员逃生计算模型,分别计算人员逃生可用安全疏散时间及必需安全疏散时间,研究海拔超过3 500 m单洞+服务隧道满足乘车人员全部安全逃生的最佳横通道间距。计算结果表明:在高海拔地区隧道内列车发生火灾且随机停车模式下,将计算所得人员逃生可用时间与人员逃生必需时间进行对比,为保证人员疏散安全,此类铁路隧道横通道间距应250 m设置一道。计算结果可为类似高海拔隧道横通道间距设计提供参考。

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基于模糊理论大跨浅埋公路隧道施工风险评估

程远,朱合华,刘松玉,刘学增

地下空间与工程学报. 2016, 12(6): 1616-1622.

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鉴于大跨浅埋公路隧道施工风险评估的模糊属性,采用模糊数学方法定量化处理施工风险估计中的定性问题。建立了茅山隧道施工风险多层次模糊综合评价数学模型,运用模糊理论对专家给出的茅山隧道施工各项风险因素的概率等级和损失等级隶属度进行统计分析,得到了各因素的概率及损失估计结果。基于R=P×C模型考虑了风险因素发生概率及损失对风险评估的影响,得到各风险因素、基本风险事件的风险等级,确定茅山隧道施工的安全风险、环境影响风险及整体风险等级为四级,应采取有效的风险控制措施应对。研究表明,模糊理论解决了风险评估中的模糊性及量化问题,可作为评估大跨浅埋公路隧道施工阶段风险的有效模型。

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大跨偏压小净距隧道分部导坑法施工力学效应

舒志乐,刘保县,黄山,魏宇航,张冠军

地下空间与工程学报. 2016, 12(6): 1623-1630.

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随着我国城镇化、机动化进程不断加快以及车辆的急剧增长,为了保证资源的合理、快速调配,势必会修建更多大跨隧道。对于埋深浅、围岩破碎的软弱地带,传统的施工方法已不能完全适应大跨隧道施工的要求。在浙江省50省道莲都段改、扩建工程路湾隧道的施工过程中总结了分部导坑开挖法,阐述了分部导坑法的施工原理、施工工艺流程及适用范围,分析了核心土临时支护的稳定性和合理曲率形式,最后与双侧壁导坑法进行模拟对比。结果表明,分部导坑法与双侧壁导坑法所用工程材料一致,但开挖后拱顶与水平位移均较双侧壁导坑法小,并可有效地解决因双侧壁导坑法开挖时扰动拱部范围围岩而引起的坍塌、冒顶等问题,改善了作业环境,保障了施工安全,同时分部导坑法可多工序循环流水作业,避免施工相互干扰,可提高施工效率;最后分析了小净距隧道先、后行洞分部导坑法施工的合理间距,可为同类工程提供参考和借鉴。

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小净距新建隧道爆破对运营隧道的影响与控制

李秀地,蒋树屏,刘元雪,黄伦海

地下空间与工程学报. 2016, 12(6): 1631-1636.

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大帽山小净距新建四车道隧道扩建施工对邻近运营隧道的安全构成威胁。考虑运营隧道的初期支护作用,利用ANSYS/LS-DYNA软件建立新建隧道爆破效应在邻近运营隧道传播的数值计算模型,分析新建隧道爆破施工对邻近运营隧道的影响规律与药量控制标准。分析表明:小净距新建隧道爆破施工主要对邻近运营隧道迎爆面衬砌的侧墙顶部、中部及墙脚有重要影响,运营隧道的破坏首先是由迎爆面侧墙中部质点振速超过安全允许振速值造成;振速数值模拟结果与实测数据拟合公式计算结果基本一致。通过不同装药量爆破结果的分析,提出了新建隧道爆破的控制药量值。可为隧道扩建及小净距隧道施工提供参考。

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北盘江电站地下厂房群施工过程数值分析

李超,叶明亮,向喜琼,彭璇,张望成

地下空间与工程学报. 2016, 12(6): 1637-1644.

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以北盘江一级水电站地下厂房群为例,依据工程区区域地质条件与水文地质条件并结合实际开挖方式与开挖顺序,成功地在ADINA中实现了三维仿真数值模型的建立。采用应力试算法对模型边界处初始地应力进行拟合,在分析区域构造特征、现场实测数据和前期研究成果的基础上,通过对重力场模型的竖向边界上同时施加水平方向对称梯度应力,所取得的拟合效果最佳。洞室开挖完成后,洞周块体的水平位移均指向下游;围岩位移收敛速度较快,时效特征不显著。由于顶部局部软弱带的影响,致使该区洞室围岩变形稍大,但洞室整体稳定状况良好。最后,将位移现场监控数据与模拟结果进行了对比分析,结果说明所建模型可靠度高,可为洞室设计提供科学依据与技术指导。

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微型桩复合土钉墙在膨胀土基坑中的应用研究

李冬,岳大昌,唐延贵,郑世隆

地下空间与工程学报. 2016, 12(6): 1645-1652.

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结合成都东郊膨胀土地区一深基坑,介绍微型钢管桩复合土钉墙的设计思路及应用情况。采用多种手段对基坑变形与支护构件内力进行监测,测得了土钉轴力、微型钢管桩弯矩与基坑水平位移、沉降值在各个开挖阶段随时间及空间的分布规律并实现了信息化施工,在基坑出现了较大变形时及时进行坡脚反压与加固,保证了边坡整体稳定性。根据对监测数据的分析及实际支护效果表明:“水”与初期开挖支护不及时是基坑整体变形较大的主要原因;土钉轴力发挥较为充分,为主要的受力构件,设计的土钉长度偏短;微型钢管桩受力较小,对基坑变形的控制作用有限,超前支护效果欠佳。取得的经验对成都地区类似工程具有借鉴意义。实测的监测数据有助于复合土钉墙理论研究。

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基于博弈模型的隧道施工安全不确定性分析

杨太华,汪洋,赖小玲

地下空间与工程学报. 2016, 12(6): 1653-1658.

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由于环境条件复杂,隧道施工的安全概率具有很大的不确定性。为了研究隧道施工过程中的安全控制问题,运用博弈理论,建立了不确定性环境条件下施工企业与施工人员之间的博弈模型,并讨论了博弈双方的安全行为与收益矩阵的关系。研究表明:在隧道施工安全决策、管理和组织过程中,施工企业和施工人员的安全控制行为受多种因素影响,包括双方对隧道施工过程安全概率的估计、工程顺利完成后的收益、投入的安全控制成本、发生事故之后的损失和补偿以及对方的策略选择,通过应用实例,分析了不确定性安全概率下博弈双方安全控制策略选择与模型参数之间的关系。

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降水引起的低承台群桩沉降特性分析

陈天文,吴瑾,黄大维

地下空间与工程学报. 2016, 12(6): 1659-1666.

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对沪杭城际高铁某桥墩低承台群桩桩基在承台上部加载及地下水位下降导致的沉降特性进行了研究,并对桩-土摩擦系数和群桩的桩间距对群桩沉降影响进行了分析。地下水位下降对群桩的影响机理分析表明:群桩周围一定范围内的水位下降土体所受浮力消失是导致桩体受到向下附加摩阻力及群桩附加沉降的起因;桩-土摩擦系数增大时,降水导致的桩体最大附加轴力出现位置深度越浅,因此,桩体受到向上附加摩阻力的区段长度越大,桩端的附加荷载与附加沉降越小;桩间距增大时,水位下降导致的桩体附加压缩量越大,同时桩端的附加荷载与附加沉降也越大。

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扶壁式挡土墙水位骤降情况下稳定性及受力研究

葛苗苗,李宁,朱才辉,丁燕

地下空间与工程学报. 2016, 12(6): 1667-1675.

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以汉江白河县不同断面形式扶壁式挡土墙为例,设定不同水位降幅比n来模拟不同情形下挡土墙前后水位的动态变化,将理正设计软件和ANSYS有限元分析软件结合,计算不同墙前墙后水位组合下挡土墙的稳定安全系数和拉应力值。分析结果发现:水位骤降情况下,挡土墙稳定不利水深发生在水位降落过程中;墙后填土和挡土墙同高时,抗滑稳定性和抗倾覆稳定性的不利水深分别在挡土墙底部以上1/5~2/5和1/2处,受力不利水深变化范围较大;挡墙有悬臂段时,其抗滑稳定性和抗倾覆稳定性的不利水深分别在挡土墙底部以上1/5和1/4~2/5处,受力不利水深为墙前最大水深,且最大拉应力出现在悬臂段根部。初步提出了扶壁式挡土墙水位骤降情况下的稳定性和受力不利水深与墙高比取值的建议范围,给出了不同形式扶壁式挡土墙在水位骤降情况下的最大拉应力区,可供相关工程借鉴。

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基于土拱效应的墙背非极限主动土压力

江文放,周亦涛,俞缙,涂兵雄

地下空间与工程学报. 2016, 12(6): 1676-1681.

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根据平移模式下的微元滑裂体水平面上的剪力为零的条件和土拱效应,获得受填土内摩擦角和墙土摩擦角影响的非极限滑裂面倾角和非极限主动土压力系数,其中,非极限填土内摩擦角和墙土摩擦角是墙体位移的函数。根据非极限水平微元滑裂体的静力平衡,得到平移模式下考虑土拱效应和位移影响的非极限主动土压力计算式。参数影响分析表明:非极限滑裂面倾角和非极限主动土压力系数均随非极限墙土摩擦角的增大而增大;非极限主动土压力系数和非极限主动土压力均随侧向位移比的增大而减小;非极限主动土压力分别随着非极限填土内摩擦角、非极限墙土摩擦角的增大而减小。理论值及试验值的对比结果显示:相较于其他方法,本文方法的非极限主动土压力理论值与试验值吻合更好。

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新疆阿奇山地段岩体节理特征研究

郭新元,杨春和,殷黎明,李松林

地下空间与工程学报. 2016, 12(6): 1682-1688.

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我国高放废物处置库新疆预选区的阿奇山地段是有利候选地段之一。本次在阿奇山地段进行详细的地质节理调查,以地表露头及采石坑内的节理为主要对象,通过现场节理调查取得节理数据,共测得3680条节理数据。进行节理几何特征的概率分析,对岩体赋存的结构条件进行有效、准确的描述和定量分析,准确地确定岩体节理的分布。由结果可以看出阿奇山地段的岩体节理以陡倾角的剪节理为主,且节理倾向和倾角符合正态分布规律,节理间距用负指数分布规律很好表示,阿奇山地段各区域的节理间距属于宽间距,由此表明此地段岩体完整性较好。本次研究得到阿奇山地段岩体节理基本特征参数,为高放废物深地质处置库的选址、概念库设计以及进行核素迁移规律研究提供翔实的资料。

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楔形角对基桩负摩阻力特性影响的数值模拟分析

孔纲强

地下空间与工程学报. 2016, 12(6): 1689-1694.

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负摩阻力引起的基桩下拽力和下拽位移是桩基础设计中必须考虑的重要问题之一,楔形桩中的倒楔形角是一种有效减少基桩下拽力和下拽位移的结构形式;但是针对楔形角在减少负摩阻力效果方面的研究却相对较少。结合工程实例,建立单、群桩负摩阻力特性分析的三维数值模型,并通过与现场试验结果和已有文献分析结果的对比分析,验证所建模型的准确性和可靠性。对比分析4种不同楔形角组合形式对基桩负摩阻力的减少效率以及是否考虑土体固结形式对基桩负摩阻力特性的影响规律。研究结果表明,桩体上部分楔形角对基桩负摩阻力特性影响较显著;桩体下部分楔形角的影响相对不明显;小角度范围内,楔形角增加1度,最大基桩下拽力减少约20%。

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压力型锚索动态响应的应力数值模拟分析

叶红,陈燕平

地下空间与工程学报. 2016, 12(6): 1695-1701.

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在边坡抗震的实际案例中,压力型锚索展现了其优异的抗震性能,目前,压力型锚索抗震性能的研究成为了岩土工程的研究热点之一。为了深入研究压力型锚索锚固段在地震荷载作用下的动力响应,利用FLAC3D软件建立了一个岩体的力学参数随深度变化的压力型锚索体系模型。通过数值模拟方法,研究了锚索孔半径、沿注浆体轴向方向的位置、地震强度、初始张拉预应力大小对注浆体受到的压应力和接触面上剪应力时程分析的影响;研究结果表明,它们对注浆体受到的压应力时程曲线和接触面上的剪应力时程曲线影响很大。本研究具有较强的实用性,研究成果丰富了压力型锚索锚固机理内容,可为压力型锚索体系的抗震优化设计提供参考。

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混凝土芯水泥土搅拌桩复合地基现场试验研究

张石友,孙海建,赵自文

地下空间与工程学报. 2016, 12(6): 1702-1709.

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混凝土芯水泥土搅拌桩是在水泥土搅拌桩外壳施工完成后插入预制混凝土芯所形成的一种新型复合桩。现有研究对混凝土芯水泥土搅拌桩复合地基的承载力机理讨论很少。为完善混凝土芯水泥土搅拌桩复合地基承载力理论,依托南京绕越高速东北段软基处理工程,通过埋设传感元件,借助复合地基载荷板试验和静力触探试验,分析了其承载力机理。试验结果表明:混凝土芯水泥土搅拌桩的地基加固效果要优于同直径同桩长的水泥土搅拌桩;混凝土芯的插入,有效增大了混凝土芯水泥土搅拌桩的竖向抗压强度;混凝土芯与水泥土搅拌桩外壳之间能有效传递剪应力,且水泥土搅拌桩外壳的大表面积保证了桩土间不会发生剪切破坏;相同的上部荷载下,混凝土芯水泥土搅拌桩复合地基的桩土应力比要大于水泥土搅拌桩复合地基;混凝土芯水泥土搅拌桩施工对桩周土体有一定的挤密加固效果。

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冻融作用对黄土湿陷性的影响

王治军,潘俊义,周鹏,吴光辉

地下空间与工程学报. 2016, 12(6): 1710-1716.

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为分析冻融作用对黄土湿陷性的影响,采用室内试验方法。首先,以Q₃黄土为研究对象,采用增(减)湿法配制不同含水量黄土试样,测试黄土在无水补给条件下受温度影响的冻融变形、压缩变形、湿陷变形;对原状黄土进行颗粒分析及基本物理力学参数试验。试验结果表明:黄土是否产生冻胀取决于其含水量是否超过“临界冻胀含水量”。冻融黄土与原状黄土相比压缩变形量较大,把部分浸水湿陷变形转化为压缩变形,冻融作用使黄土的湿陷性弱化。冷冻黄土在相同温度下,含水量越大,湿陷系数越小;在同一含水量下,冻结温度愈低湿陷系数愈小。

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