地下空间与工程学报

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李晓军，刘雨芃，汪宇

地下空间与工程学报. 2017, 13(2): 287-294.

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为加快城市地下空间信息化进程,有效地收集、存储、分析与利用地下空间数据,需确定城市地下空间数据标准,即确定收集数据种类和内容、数据分类和编码方案等。从城市地下空间所涉及的地理数据、地质数据、岩土工程数据、地下管线数据、地下建(构)筑物数据5个方面出发,调查了相关领域的国内外数据标准化现状,阐述了可供城市地下空间数据标准借鉴和参考的内容,并在此基础上提出城市地下空间数据标准化的4个发展趋势:拓展现有数据标准在城市地下空间中的应用;数据结构化与XML交互;元数据标准化;原始数据和全过程数据标准化。最后给出了城市地下空间数据标准化的一些建议,以期更好地推进城市地下空间信息化工作。

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基于立体化城市理念的上海外滩综合改造工程

谢忻玥，胡昊，范益群

地下空间与工程学报. 2017, 13(2): 295-300.

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城市化进程加快和人口持续膨胀带来的城市生存空间紧张已成为制约城市可持续发展的瓶颈。城市立体化发展是在城市空间发展维度上寻找突破口的全新模式。笔者对立体化城市发展概念、空间拓展方式、发展历程和立体化城市发展的吸引力进行了系统的梳理,结合上海外滩综合改造工程深入分析其立体化规划理念、原则、设计和改建方案,为立体化城市建设的实践提供了具有参考价值的范例。立体化城市发展能够集约化利用土地资源,释放公共空间,改善城市环境品质,提高城市生活水平,是未来城市可持续发展的一种重要趋势。

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砂岩与砂质泥岩渗透性能试验研究

张豫川，潘增志，王祖耀，卢连长

地下空间与工程学报. 2017, 13(2): 301-306.

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利用柔性壁渗透仪对取自兰州地区的砂岩和砂质泥岩试样进行了渗透性能的试验研究,通过施加不同围压和渗透压,比较砂岩与砂质泥岩两者的渗透性能,并根据试验数据对渗透系数与渗透压进行拟合,同时,利用扫描电镜(SEM)对渗透前后的砂岩和砂质泥岩进行微观分析。试验结果表明:在200 kPa围压时,渗透系数随渗透压增加有增长趋势,在300 kPa、400 kPa围压时,渗透系数随渗透压增加先增大后保持稳定;在同等围压和渗透压下,砂质泥岩的渗透系数要大于砂岩;根据物理力学性质指标,可通过岩石吸水率和孔隙率对渗透系数进行判定。通过观察电镜结果可知,渗透试验前后,两者内部结构变化较大。

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岩石力学试验中缺陷岩样抗压强度修正方法

邓华锋，王哲，李建林，胡玉，张小景

地下空间与工程学报. 2017, 13(2): 307-313.

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由于岩石形成过程以及所经历的地质历史作用,岩石内部微观裂纹、裂隙、孔隙等缺陷是客观存在的,而这些缺陷正是导致岩石力学试验结果离散的根本原因。在以往岩石力学试验现象统计分析基础上,详细分析了岩石内部缺陷对应力-应变曲线的影响,提出了显式缺陷和隐式缺陷岩样的概念;结合岩石的地质本质性和室内试验条件,选取岩石的密度和纵波波速作为衡量岩样缺陷程度和强度预测的基本参数,建立了岩石纵波波速、密度和抗压强度预测经验公式;针对显式缺陷和隐式缺陷岩样的试验结果分别提出了抗压强度修正方法,该修正方法的核心就是采用纵波波速和密度作为衡量岩样内部缺陷的定量指标,将岩样的缺陷修正到同一水平,这样将更好地把握岩石力学试验的规律。验证结果表明,所提出的修正方法可以较好地修正由于岩样内部缺陷导致的抗压强度离散值。

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二长花岗岩三轴加卸载过程中声发射特征分析

周煜，纪洪广，张月征，侯昭飞，向鹏

地下空间与工程学报. 2017, 13(2): 314-321.

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为认识二长花岗岩在不同受载路径条件下破坏过程中声发射特征,通过三轴循环加卸载压缩试验和声发射试验,分析了玲珑金矿二长花岗破坏过程应力应变曲线和声发射特征参数的关系,结果表明:(1)在花岗岩的循环加卸载过程中,声发射信号主要出现在加载期的超过前一循环最大值的阶段和卸载过程的初期,弹性加载和卸载阶段后期基本无声发射现象;(2)岩石声发射活动与岩石变形破坏过程以及能量释放特征规律密切相关,在对二长花岗岩的加卸载试验的过程中,随着加卸载的进行,存在着声发射活动的活跃期和相对平静期;(3)主破裂阶段及峰后相对应力较高的时期所释放的能量要远高于卸荷阶段的初期、塑性变形的中后期这两个活跃期释放的能量,该阶段绝大部分的弹性应变能释放出来;(4)在岩石试样初期的循环加卸载过程中,岩石内部塑性破坏程度较低,Kaiser效应显著,后期的循环加卸载过程中即塑性阶段的中后期,Felicity效应显著;(5)岩石进入塑性变形的中后期,微破裂发展至破坏阶段,裂纹大量扩展、贯穿,形成宏观裂缝,弹性应变能大量释放,AE信号强烈,当达到塑性中后期的标志点时,岩石试件即到了主破裂的前夕。

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冲击荷载下软土的动力响应及结合水变化试验研究

刘勇健，陈浩然，彭建文，符纳，钱晓敏

地下空间与工程学报. 2017, 13(2): 322-329.

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通过SPAX-2000动静真三轴测试系统,研究了饱和软黏土在冲击荷载作用下的应力、应变、孔隙水压力等指标的变化特征。同时,通过差热分析法和理论计算,对比了试验前后软土中结合水含量大小。研究表明,土中结合水含量及其变化对土的物理性质和力学行为有重要影响。试验前后饱和软黏土中结合水含量变化较大,水性转化现象明显,土体固结作用显著,并且冲击荷载作用下土中水性转化、弱结合水排出与动力排水固结程度有因果联系。在一定试验条件组合下,存在饱和冲击能,此时能激发土中结合水转化为自由水量最多;伴随孔隙压力的消散和土体的固结,土的抗剪强度提高、压缩性减小,土体成为超固结土。该研究能揭示软基加固的微观机理,可为静动力排水固结法设计提供理论依据。

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人工制备黄土湿陷性影响因素及微观机理研究

刘博诗，张延杰，王旭，梁庆国，李盛

地下空间与工程学报. 2017, 13(2): 330-336.

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基于模型试验相似理论和Monte Carlo原理,选用石英粉、砂、膨润土、石膏和工业盐,采用空中试验自由下落法制备人工湿陷性黄土。对不同含水量和压实度的土样进行土工试验、能谱仪元素分析和电镜扫描测试。试验结果表明:该人工黄土的元素组成与天然湿陷性黄土具有一致性;人工制备黄土的湿陷性随着初始含水量的增加呈先增大后减小的趋势,随着压实度的增大线性减小,湿陷规律与天然湿陷性黄土相似;该人工黄土具有易受应力状态和浸水影响的结构性。随着压实度和含水量的增大,颗粒的各向异性、面积比和等效直径增大,而扁圆度和充填比减小。土的湿陷系数与各向异性、扁圆度、面积比等微结构参数存在着良好的相关关系。从微观角度合理地解释了该人工黄土相似材料的湿陷性机理,与天然黄土湿陷规律有较高的契合度。

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上海黏性土的初始剪切模量试验研究

张娇，张雁，李青，徐中华

地下空间与工程学报. 2017, 13(2): 337-343.

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以上海天然沉积黏性土②~⑥层土为研究对象,利用共振柱仪器实现了各土层在不同固结压力下的弯曲元和共振柱试验,得到了各层土体小应变水平下的初始剪切模量。试验结果表明,利用弯曲元试验时域初达波法和时域峰值法能得到与现场单孔波速原位测试结果相一致的剪切波速;共振柱试验得到的土体小应变初始剪切模量与弯曲元试验结果基本一致。分析表明,在所试验的各层土中,第③层淤泥质粉质黏土和第④层淤泥质黏土的剪切模量相对较小,第⑥层土的剪切模量最大;第②、⑤层土的剪切模量接近,且大于③、④层,小于第⑥层土,这与土样的实际天然状态是相吻合的。利用Rampello公式可较好地拟合上海黏性土的初始剪切模量,所得的拟合曲线可用来确定各土层在不同深度处的初始剪切模量。

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广州某淤泥地基固化改良试验及优化配比研究

张丽娟，何捷聪，陈逸，关裕彤

地下空间与工程学报. 2017, 13(2): 344-347.

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广州南沙港某油罐仓储区工程淤泥地基拟采用固化剂加固,为了找到各固化剂的最佳掺量,取该工程场地的典型淤泥,采用正交法设计了18组固化剂添加方案,通过室内试验研究了水泥、石灰、石膏、水玻璃和减水剂5种固化剂对淤泥无侧限抗压强度的影响,并根据模糊优选决策理论,利用成本等4项评判指标对其中满足强度要求的7组固化剂添加方案进行了优选。结果表明,5种固化剂中,水泥掺量对强度的影响最大,石膏掺量的影响最小。水泥、减水剂、水玻璃、石膏和石灰掺量分别为5%、0.5%、2%、4%和8%时的固化剂添加方案相对优属度0.885 3为最大,是综合最优方案。试验结果为该工程进行大面积地基加固处理提供了可靠的技术参数,采用该综合最优方案的现场大面积加固效果非常好。

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压实系数对粗粒土剪切特性的影响

杨忠平，李万坤，胡元鑫，李鹏

地下空间与工程学报. 2017, 13(2): 348-356.

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压实系数是控制填方体工程质量的重要指标,但目前关于压实系数对填料剪切特性的影响研究还不够深入。采集重庆江北机场扩建工程回填夯实的粗粒土制备不同压实系数的重塑试样,通过室内大型直剪试验,研究了粗粒土在不同压实系数下的剪切特性,结果表明:高法向应力,低压实系数时,粗粒土表现为应变硬化和剪缩现象;低法向应力,高压实系数时,则表现为应变软化和剪胀现象;粗粒土在剪切过程中表现出“结构性”和“摩擦性”,“结构性”发挥在先,“摩擦性”在后;压实系数对剪切强度有增大效应,但法向应力对这种增大效应有削弱作用;压实系数对粘聚力有增大效应,但对内摩擦角的影响不显著;剪切破坏面上遇到粗颗粒时所表现出的“饶石”、“穿石”、“夹石”现象会随粗颗粒的强度、尺寸以及法向应力等因素的变化而互相转换。

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基于波场等效的节理面刚度参数取值研究

陈凯华，石崇，王芳，李德杰，韩珂

地下空间与工程学报. 2017, 13(2): 357-363.

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节理岩体中的节理面往往有一定厚度,如果采用无厚度的线性节理模型分析,其刚度参数的确定非常困难。通过分析弹性波穿过节理面时的波场效应,建立了基于节理后振动强度相等的波场等效法,用于确定带厚度节理的刚度参数,并分析了各因素对弹性波在节理上传播的影响。结果表明:线性节理面的刚度参数是节理岩体的固有属性,与外界荷载无关,采用波场等效法计算刚度参数可行;在弹性波范围内,这种等效参数与入射波频率、入射角等因素关系不大。该方法可用于有厚度节理面动强度参数的确定与分析,完善现有的节理面刚度取值方法。

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基于粒子群算法优化支持向量机的岩爆预测研究

汪华斌，卢自立，邱杰汉，刘文浩，张玲

地下空间与工程学报. 2017, 13(2): 364-369.

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由于地下工程的复杂性,岩爆的发生受到多种因素的影响,目前尚没有一种可靠的预测方法来对其进行预报,进而有针对性地进行工程灾害的风险控制。笔者提出将应力强度比(σ_θ/σ_c)、脆性系数(σ_c/σ_t)和弹性能量指数(Wet)作为影响岩爆的主要指标,并根据粒子群优化算法的参数选取和收敛速度快的优势及支持向量机的小样本、高维度、非线性的特性,提出了用粒子群优化算法对影响支持向量机分类性能的两个主要参数进行优化,进而获得优化的支持向量机分类器。利用PSO-SVM对在建二广九标茅田界隧道深埋变质砂岩岩爆发生情况进行预测,定量地判断该标段不存在岩爆现象,预测结果与茅田界隧道的实际情况基本相符。

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新型便捷式孔内载荷板试验方法研究

于基宁

地下空间与工程学报. 2017, 13(2): 370-373.

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孔内载荷板试验为深层地基土体力学性质的勘察评估提供了一种直观可靠的测试方法。但常规孔内载荷板试验由于设备繁重、操作复杂、成本高,且随试验深度增大测试精度也大幅降低,致使该方法在工程实际生产中应用较少。为此,笔者提出了一种便捷式测试深层土体压缩性质及承载特征的试验方法,该方法利用试验系统与钻孔孔壁之间的摩擦力作为试验所需的反力,略去了传统深孔载荷板试验中的传力柱、测量杆等测试不稳定部件,采用吊装放入试验层位,使试验过程更加科学合理、稳定可靠、简捷明晰,可快速开展孔内载荷板试验,为工程地基深层原位土体的工程特性的评价提供了一种便捷、科学的试验方法。该方法在宝鸡至兰州客运专线工程地基勘察中的取得良好应用效果,验证了该方法的实用性与可靠性,并对试验规则进行了初步探讨。

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深部煤层力学参数反演和气体钻井井壁稳定性

杨旭，石祥超，孟英峰，李皋

地下空间与工程学报. 2017, 13(2): 374-380.

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如何确定深部煤层的地质力学参数是气体钻井井壁稳定评价的关键。基于量化的地质强度指标GSI和Hoek-Brown强度准则分析了反演深部煤层地质力学参数的方法,结合DB1井氮气钻井,以弹塑性方法分析了侏罗系炭质泥岩和煤层的井壁稳定性。研究表明,塔里木盆地依奇克里克区块侏罗系煤GSI介于45~55,变形模量约在1 560~2 850 MPa之间。井眼钻开后炭质泥岩和煤层井周存在塑性区,炭质泥岩层井周塑性区约为1.37倍井眼半径,煤层井周塑性区约为2.07~2.59倍井眼半径。塑性区应力松弛造成围压减小,导致节理岩体抵抗工程扰动的能力减弱。以工程允许塑性半径等于1.5倍井眼半径为临界稳定条件,井眼钻开后煤层会出现大面积坍塌失稳,不宜采用气体钻井;工程扰动造成炭质泥岩井眼扩径,扩径后井眼仍能保持稳定。

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煤矿层状岩体压力拱演化规律的相似模拟

杜晓丽，马芹永，宋宏伟，魏京胜

地下空间与工程学报. 2017, 13(2): 381-386.

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采动作用下的岩体应力转移变化所形成的压力拱特征研究,对于采矿岩层控制和巷道围岩稳定具有重要的科学价值。基于理论分析和相似材料物理模型实验,分析了综放工作面上覆岩层变形破坏形态及其应力转移变化规律,证实了采矿矿压以压力拱的形式转移。研究表明:采煤工作面推进后,伴随着采场岩层应力的不断转移和调整,将在采场岩层中形成一个承担上覆岩层重力的压力拱,其空间形态近似为长轴在开采面推进向短轴与工作面平行向的鸡蛋壳形厚壁结构。工作面初采开始后,随其推进距离的增加,压力拱向周边岩层深部延伸;拱体厚度增大、拱内岩层应力升高。

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Hoek-Brown准则在初始地应力场评估中的应用研究

欧哲，李战军，杨家富，王铁，邹明

地下空间与工程学报. 2017, 13(2): 387-401.

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以基于岩体波速的Hoek-Brown准则为理论基础,根据岩体的稳定性条件建立了初始地应力场中水平地应力σ_H取值范围的计算模型,并通过已有的地应力测量数据验证了计算模型的合理性。在该计算模型的基础上,对平均水平地应力σ_Hmean、水平地应力和垂直地应力的比值σ_H/σ_V、侧压系数λ沿深度h的分布特征进行了研究,从岩体稳定性的角度较合理的解释了σ_H/σ_V在地层中的分布现象。在给定σ_Hmean和λ沿h分布的边界条件的基础上,建立了σ_Hmean和h之间、λ和h之间的非线性函数关系式,并将后者应用于工程实例中的初始地应力场计算。结果表明:在此初始地应力场条件下模拟出的岩体开挖后的应力和位移分布与现场地质调查情况基本相符,在地应力资料缺乏的情况下为初始地应力场评估提供了新的思路和方法。

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库尉输水工程富水土质洞段的流固耦合分析

刘乃飞，李宁，邓边员，李国锋，张岩

地下空间与工程学报. 2017, 13(2): 402-409.

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库尉输水隧洞前段位于库鲁克山北侧倾斜砾质平原区,地下水位埋深较浅(最浅处仅为1.4 m),且远高于设计洞顶,给设计和施工带来了巨大的困难和挑战。在深入分析水文地质条件的基础上,采用大型有限差分软件FLAC3D对3个典型断面进行了流固耦合分析。研究表明,地下水对隧洞受力及变形特性影响显著,耦合条件下低液限粉土洞段拱顶变形约为不考虑渗流影响时的5.6倍,且与实测值更为接近;不同围岩类型和水文地质条件下各洞段的变形差异较大,耦合条件下低液限粉土洞段的拱顶变形为90 mm、而粉土夹砂和粉细砂夹砾石洞段的变形分别为36 mm和26 mm;耦合条件下各典型断面支护结构受力均超过了素喷混凝土的设计抗拉强度(1.1 MPa),需尽快施做二次衬砌。以上研究成果可为本工程及类似工程的设计与施工提供参考。

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秦岭北缘某深埋引水隧洞应力场特征研究

张新辉，焦萱，王瑞芳，尹健民，汪洋

地下空间与工程学报. 2017, 13(2): 410-415.

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岩体初始地应力场是研究地下洞室围岩稳定状况和隧洞选线的重要依据。应用水压致裂法对秦岭北缘某深埋引水隧洞应力进行测定,结果显示隧洞围岩应力等级属于中低～高应力水平,应力量值呈σ_H＞σ_h＞σ_z特征,最大水平主应力方向为近NE向,与区域构造主压应力方位接近一致。基于实测数据,对工程区应力场进行回归反演,并结合区域构造应力对隧道沿线的深埋和浅埋段应力场分布规律进行了研究,以期为引水工程的设计和施工提供参考。

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节理发育岩体隧道支护的动态设计方法与应用

徐建平，桑运龙，刘学增，杨志峰

地下空间与工程学报. 2017, 13(2): 416-421.

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动态设计方法对隧道工程的重要性不言而喻。然而,利益分配与协调管理机制的不完善、岩土体的复杂多变特性,致使隧道工程的动态设计仍处于尝试阶段、相关理论亦不成熟。基于理论分析与试点工程总结,针对节理发育地层,将隧道支护动态设计方法划分为预分析、支护参数的初步调整、节理特征的精细化描述、支护参数的优化分析4个步骤,并明确各阶段的实施要点。依托井冈山、桦树墕等隧道,开展试点工程,阐述动态设计方法的实施流程与要点,分析其应用成效。结果表明,基于动态设计方法提出的支护方案与实际围岩情况吻合,经济安全性更为合理,该方法已在江西井睦高速井冈山隧道、内蒙古榕乌高速桦树墕隧道、窑沟隧道及贵州独平高速的多条在建公路隧道建设过程中推广应用,获得良好成效。

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偏压连拱隧道结构荷载计算及监测分析

李辉，刘可，宋战平，师伯泰

地下空间与工程学报. 2017, 13(2): 422-427.

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依托工程实例,基于双塌落拱假定,并考虑偏压地形产生的地层推力对连拱隧道衬砌结构造成的影响,建立改进的结构-荷载模型进行偏压连拱隧道衬砌结构荷载计算,并与地层-结构模型以及监测数据比较,得到改进的结构-荷载模型的适用性。结果表明,在隧道周边围岩状态较差,隧道开挖可能引起边坡滑移的情况下,改进的结构-荷载模型可以很好地预测隧道结构的危险位置,适用性较好;对于围岩条件较好或者偏压地形作用不明显时,计算结果相比地层-结构模型以及实测数据更安全。

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蹬空条件提高回采上限开采设计与工程应用

杨科，高兴，孔祥勇

地下空间与工程学报. 2017, 13(2): 428-433.

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为延长矿井服务年限,多回收煤炭资源,部分煤矿进行了卸压开采后(蹬空)提高回采上限开采。针对蹬空提高回采上限开采过程中工作面设计、矿压控制、安全开采等方面存在的问题,结合张集矿8煤和11煤开采地质和工程条件,采用理论计算和FLAC^3D数值模拟试验,获得了蹬空与非蹬空开采覆岩运移和支承压力特征,揭示了二次开采采动应力演化机理。基于11煤1724(1)工作面蹬空及提高回采上限开采的可行性评估分析,提出并实施了提高回采上限开采技术方案。工程应用表明:蹬空条件提高回采上限开采是可行的,为类似条件工作面开采设计提供了参考。

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边坡侧向荷载计算方法讨论

赵尚毅，郑颖人，何平，张伟

地下空间与工程学报. 2017, 13(2): 434-441.

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《建筑边坡支护技术规范》(GB 50330—2013)采用了极限状态设计法来计算直线滑动模式下的边坡侧向岩土荷载,首先根据库伦土压力原理来计算滑体的剩余下滑力标准值,然后再乘以一个安全系数进行支护结构设计。这种设计方法不满足边坡工程的稳定安全系数设计要求,会造成边坡稳定安全系数为1.0时得到的侧向岩石压力为0。笔者以考虑稳定安全系数的锚杆锚固力计算为例,指出基于强度折减安全系数的侧向岩土荷载计算方法能满足边坡工程的稳定安全系数设计标准,使得支护后的边坡的稳定系数正好是设计安全系数。由此,提出了一个实用计算方法,即仍可采用《建筑边坡支护技术规范》(GB 50330—2013)第6章的计算公式,只是需要对滑面岩体强度c和tan φ按稳定安全系数设计标准进行折减,然后将折减后的参数代入公式计算边坡侧向岩土荷载设计值。

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双排桩-承台-挡墙组合结构设计计算方法

王俊杰，杨恒

地下空间与工程学报. 2017, 13(2): 442-452.

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双排桩-承台-挡墙作为一种新型组合支挡结构,在实际工程中已有应用,但尚未建立较为成熟的设计计算方法。鉴于此,在理论分析的基础上,提出了同时考虑地基抗力和桩-承台协调作用的设计计算方法,推导了桩基和承台的挠度、转角、剪力、弯矩计算公式。并针对具体工程实例,采用了理论计算与数值模拟两种方法,对计算结果进行了对比分析,验证了该理论计算方法的可靠性。结果表明:承台最不利位置出现在侧截面跨中位置;前桩为主要承担滑坡推力的结构;桩基弯矩最大值出现在锚固界面以下约0.2倍锚固长度处,剪力最大值出现在锚固界面附近。

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隧道锚原位缩尺模型试验的施力方式研究

李维树，王帅，吴相超，周火明

地下空间与工程学报. 2017, 13(2): 453-458.

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介绍了隧道锚原位缩尺模型试验两种施力方法的原理及方法,剖析了不同施力方式对缩尺模型锚试验的影响。缩尺后模型尺寸变小,前拉法的散索难以可靠实施,直接影响拉拨效果,同时,拉拨中需要设置巨大的反力梁,不仅大大增加试验成本,而且对围岩变形测量影响大。为此研究了一种替代方法——后推法。以实例为基础剖析了前拉法的优缺点,介绍了后推法的原理、方法及实施要点,并以重庆几江长江大桥为例,采用有限差分法对模型锚不同施力方式作用后的塑性区分布、变形特征及破坏特征进行了比较分析,两种施力方法作用于模型锚后的塑性区分布和变形分布上有细微差别,通过重庆几江长江大桥1∶10缩尺模型试验验证,其破坏模式基本吻合,表明后推法可以替代前拉法。目前该方法得到了推广应用。

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浅埋偏压大断面隧道施工优化及受力特征分析

宋战平，王童，周建军，于文山

地下空间与工程学报. 2017, 13(2): 459-468.

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大断面浅埋偏压隧道洞口段施工困难,风险高;且受洞口复杂地质条件和施工空间效应影响,隧道支护结构变形和受力特性复杂,施工控制难度高。针对在建的宝兰客专小墁坪隧道出口浅埋偏压段的施工稳定性问题,采用数值模拟试验分析方法,研究了三台阶+临时横撑施工中不同上、中、下台阶错开距离时隧道的施工动态特性,分析了不同错开距离时隧道支护结构的变形和受力特点;基于数值模拟试验确定了大断面偏压隧道洞口段的施工方案,跟踪隧道施工进行的变形监测验证了推荐的三台阶+临时横撑施工中上台阶与中台阶错开5 m,中台阶与下台阶错开10~15 m(即1倍洞径)距离的施工参数经济、合理、可行,保证了隧道施工的安全,也为同类隧道工程的建设提供有益的借鉴和指导。

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地铁车站PBA法导洞施工诱发地表沉降规律研究

张海明，姚爱军，王兆辉，宁方端，王天佐

地下空间与工程学报. 2017, 13(2): 469-477.

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以长春地区土岩复合地层条件下地铁自由大路车站工程为依托,对地铁车站PBA法导洞施工引起地表沉降规律进行了分析。研究结果表明:(1)车站主体双层暗挖导洞施工引起的地表累计沉降量占车站施工最终沉降量的一半以上,约53.46%,地表沉降槽曲线为“单峰”形态,横向影响范围约50 m左右。(2)导洞施工诱发地表沉降分为初期沉降、快速沉降及沉降收敛3个阶段,初期阶段沉降4 mm左右,占14.81%,快速阶段沉降20 mm左右,占74.07%,收敛阶段沉降3 mm左右,占11.11%,隧道施工过程须重点监测掌子面靠近监测断面6 m与远离监测断面15 m的施工段。(3)开挖顺序与开挖进尺对地表沉降影响较大,选择先上后下,先边洞后中洞的开挖顺序最为合适,开挖进尺控制在0.1L~0.14L (L 为洞跨)为宜。

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明挖隧道地下连续墙质量分级及结构损伤处治

苟长飞

地下空间与工程学报. 2017, 13(2): 478-485.

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地下连续墙施工质量问题关系到地下车站主体结构施工期间的安全性和运营期间的耐久性。在分析地下连续墙质量缺陷产生原因的基础上,提出根据墙体完整性、抗渗性及混凝土强度是否满足设计要求,将地下连续墙划分为4个质量等级,针对不同的质量等级采取相应的处治措施;分析了墙体存在结构损伤的处理措施,并依托温州市域铁路明挖隧道基坑工程实例进行了验证。研究结果表明:质量等级为I级和II级的地下连续墙可不做修补处理,质量等级为III级或IV级的地下连续墙,需要进行修补处理;可通过增加地下连续墙槽段、钻孔灌注桩、高压喷射注浆等方法对地下连续墙结构损伤进行修复。

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交叠隧道相互影响性研究

李明，王元韩，刘凡，王勇

地下空间与工程学报. 2017, 13(2): 486-492.

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随着隧道邻近建筑物施工的增多,如何确保邻近建筑物与隧道结构物交叉段的安全成为施工中的难题。采用三维有限元方法,对具有横洞隧道下穿既有隧道进行模拟和分析。研究表明,当新建隧道下穿既有隧道时,二者相互“吸引”,既有隧道沉降沿自身轴线呈“拱形”曲线分布,且受力增大,远离交叉段影响逐渐减小;横洞开挖对主洞的影响表现为交接处拱顶、拱腰受力增加,下沉量增加,周边收敛减少,出现应力集中现象。研究成果对具有横洞的交叉隧道的安全施工有一定的指导意义。

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内钢板复合井壁水平承载力数值模拟研究

齐善忠，付春梅

地下空间与工程学报. 2017, 13(2): 493-498.

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内钢板高强钢纤维混凝土复合井壁水平承载力受多因素影响。作者采用相似理论对水平承载力的影响因素进行了分析,并对典型参数模拟分析,得到了影响水平承载力的显著性因素依次为:混凝土厚度、内钢板厚度、混凝土强度等级。根据对大量模拟结果的回归分析,得到了复合井壁的水平承载力计算公式,该公式考虑的几何因素有内钢板厚度和钢纤维混凝土厚度,并且考虑了钢纤维混凝土强度等级。最后通过物理模型试验,说明了计算公式的可靠性,并且提出使用时需乘以0.9的系数进行折减。

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岩体爆破累积损伤效应声波频谱特征分析

闫长斌，路晓明

地下空间与工程学报. 2017, 13(2): 499-524.

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为揭示岩体爆破损伤累积扩展规律及其与岩体声学变化特性之间的内在联系,在某地下工程围岩中进行了10次小药量爆破岩体损伤的现场声波测试。为充分利用岩体声波测试信号中的有效信息,弥补单纯声波速度分析的不足,基于快速傅立叶变换(FFT)探讨了声波在爆破损伤岩体中传播时的衰减特性,分析了主频、频域内最大振幅等岩体声学参数随爆破次数不断增加的变化特性。研究结果表明,随着爆破次数增加,岩体声波频谱特征呈现如下变化规律:(1)岩体爆生裂隙不断增加和扩展,声波测试信号中的高频成分不断被吸收,低频成分所占比例增加,主频向低频方向偏移,频谱曲线畸变程度增加;(2)声波主频比和频域最大振幅比均呈非线性降低趋势,频域最大振幅比对岩体爆破损伤的敏感性高于声波主频比;(3)随着爆心距的增大,岩体声波频谱变化程度逐渐减弱。

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浅埋偏压小净距隧道衬砌地震应变规律研究

江学良，王飞飞，杨慧，连鹏远，牛家永

地下空间与工程学报. 2017, 13(2): 506-516.

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设计并制作了比例为1∶10的浅埋偏压小净距隧道物理试验模型,并开展了大型振动台试验,研究了地震波类型及加速度激振峰值对浅埋偏压小净距隧道衬砌应变响应规律的影响。研究结果表明:在0.1g与0.2g的工况下,衬砌的拉应变变化趋势较为相近且平缓;在0.4g与0.6g的工况下,衬砌的拉应变变化趋势较为相近且波动较大。拉应变受地震波类型的影响较小,而受地震波加速度激振峰值的影响较明显且随着加速度激振峰值增大而增大。在衬砌拱脚及拱顶处会产生较大的拉应变。衬砌的拉应变大于压应变且拉应变的变化趋势较为明显。在不同的加载波类型和不同的加速度激振峰值作用下,应变变化趋势呈现明显的非线性变化特征。研究结果可为浅埋偏压小净距隧道的设计与建设提供有益参考。

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基于未确知均值聚类分析的砂土地震液化评价

文畅平，陈宗辉，孙政，白银涌，苏伟

地下空间与工程学报. 2017, 13(2): 517-524.

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基于未确知测度理论,建立了砂土地震液化判别和液化势分级的未确知均值聚类分析模型和方法。针对砂土地震液化评价中的许多不确定性影响因素,选用地震震级,地面地震加速度幅值,标准贯入击数,比贯入阻力,砂土相对密实度,砂土平均粒径和场地地下水位等7个评价指标作为判别因子;选用17个砂土样本作为训练样本,建立各评价指标的未确知测度函数,以样本中的各评价指标数据的平均值表示其分类中心;利用相似权赋权方法确定评价指标的权重,依据未确知测度距离判别地震液化等级;根据建立的模型对训练样本回判,回判正确率为94.12％。将建立的模型对20个测试样本进行判别,将判别结果与地震液化的实际情况、BP神经网络和SOFM神经网络等方法的评价结果进行了对比。研究表明,该模型的评价结果与实测结果,以及BP神经网络、SOFM神经网络等方法的评判结果一致性较高。

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火灾下盾构隧道衬砌管片结构变形理论分析

韩兴博，柴伦磊，夏永旭

地下空间与工程学报. 2017, 13(2): 525-530.

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火灾高温会使盾构隧道管片衬砌的力学性能产生劣化,其受力变形也较常态下更为复杂。考虑到火灾下衬砌截面温度场的真实分布情况以及管片材料高温下力学性能的非线性,建立了高温下圆形衬砌变形的理论计算模型;针对盾构隧道管片衬砌,基于自由变形理论,得到了其高温下变形的解析解;根据具体算例得到了发生火灾时管片变形规律,为管片火灾下的防火设计提供了理论依据,并将计算结果与设计规范相对比,对灾后隧道内人员财产救援进行的时机给出了建议。

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火灾后RC及HFRC隧道管片破坏试验研究

沈奕，闫治国，沈安迪

地下空间与工程学报. 2017, 13(2): 531-537.

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为研究火灾后盾构隧道管片的破坏模式,借助火灾试验手段,对钢筋混凝土(RC)及混杂纤维混凝土(HFRC)两种类型的管片在不同工况下的破坏模式进行了研究。根据试验结果,受正弯矩单向加载的钢筋混凝土管片的极限承载力和变形性能均大于混杂纤维混凝土管片。在该工况下,钢筋混凝土管片的破坏模式为弯曲破坏,混杂纤维混凝土管片的破坏模式则为弯曲剪切破坏。而在受负弯矩双向加载的工况下,钢筋混凝土管片为剪切破坏模式,而混杂纤维混凝土管片为受弯破坏模式。由于破坏模式的差别,导致混杂纤维混凝土管片的变形发挥要优于钢筋混凝土管片。基于以上结论,笔者对盾构隧道管片的抗火设计提出了一些相关建议。

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苗尾水电站边坡倾倒变形机理与加固效果分析

吴关叶，郑全春，郑惠峰

地下空间与工程学报. 2017, 13(2): 538-544.

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倾倒变形边坡是一类较为复杂的岩石边坡,其稳定性分析方法和评价标准尚无设计规范遵循,变形机理与加固处理设计理念与常规滑动模式边坡存在一定的差异,因而倾倒边坡的稳定性分析与治理往往成为工程的技术难题。针对苗尾水电站施工过程中右坝基边坡发生的较大范围倾倒拉裂变形,通过地质结构分析,并结合数值模拟,进行了右坝基边坡倾倒变形机理研究。在此基础上,提出了以预应力锚固为主,加强边坡排水的综合加固措施。数值计算和监测成果表明加固处理后边坡处于稳定状态。苗尾水电站右坝基边坡典型倾倒变形治理的工程实践,可为类似复杂工程边坡提供借鉴。

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地震峰值加速度作用下含水边坡稳定性分析

陈冲，张宜虎，周火明，张科

地下空间与工程学报. 2017, 13(2): 545-550.

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根据Darcy定律和二次抛物线降深曲线确定了边坡含水情况下7种浸润面位置,选取浸润面位于边坡表面时的位置作为对比。选取地震波峰值加速度由0到0.2g共6个数据,组合得48组模型计算参数。采用拟静力法,结合FLAC^3D程序的强度折减法对边坡进行稳定性分析。结果表明:(1)边坡涉水后,滑动面由近坡面往坡内移动到浸润面附近。随着浸润面的上升,滑动面靠近坡面且保持在浸润面附近。(2)在单一地震因素作用时,边坡滑动面随峰值加速度变化不大,但在含水的情况下,滑动面随峰值加速度变大而往坡内大幅移动,边坡破坏模式由浅层破坏转变为深层破坏。(3)浸润面位置对边坡稳定性的影响较大,因此,合理的确定浸润面的位置具有重要意义。

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全断面注浆管棚矩形冻结加固技术与实测分析

樊文虎，杨平，蒋大有，金福强

地下空间与工程学报. 2017, 13(2): 551-558.

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依托南京地铁10号线梦都大街站一号出入口及风道加固工程,经方案比选并针对本工程的水文地质情况及上部横穿敏感结构的特殊条件,提出一种新工法——全断面注浆+顶部管棚+矩形水平冻结加固。通过实测加固土体温度、地表及管线位移,获得了加固土体的温度场分布及地表位移规律。结果表明:矩形侧向冻结壁向内、外发展速度的比值约为1.54;在相同冻结能量和冻结时间内,在粉土夹粉砂层和淤泥质粉质黏土夹粉砂层中冻结壁发展速度的比值约为1.72;冻结孔施工阶段暗挖通道两侧地表沉降量较大,而冻结阶段上方土体受冻胀影响最大;开挖阶段,距开挖面中轴线距离越近,地表沉降量越大,而融沉阶段却相反;地表及管线位移的监测结果表明该工法安全可靠。

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基于FAHP-ISPA-PCN耦合的隧道施工动态评价模型

刘杰，宋亮，毛爱民，马冰

地下空间与工程学报. 2017, 13(2): 559-566.

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由于风险具有一定的复杂性和不确定性,风险控制是隧道施工安全的关键。建立公路隧道施工风险评价指标体系及其评价标准,利用模糊层次分析理论(FAHP)建立隧道风险评价指标的权重求解模型;结合改进集对分析方法(ISPA)建立公路隧道施工风险评价模型,实现了隧道施工风险评价的半定量化;引入多元联系数的偏联系数(PCN)和集对势(shi)概念,建立FAHP-ISPA-PCN耦合的隧道施工风险动态评价模型。FAHP-ISPA-PCN模型实现了隧道两级风险评价指标模型的态势分析和发展趋势分析,完善了隧道施工风险评估。

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长大铁路隧道及隧道群救援设施的规划探讨

李琦，于丽，王明年，罗欣宇

地下空间与工程学报. 2017, 13(2): 567-572.

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随着20 km以上的长大铁路隧道及隧道群数量的不断增加,其防灾救援问题日益引起人们的关注。为获得长大铁路隧道及隧道群救援设施的规划方案,在对国内外长大铁路隧道及隧道群进行大量调研的基础上,按列车停车安全距离、火源长度和火灾烟气影响范围将铁路隧道群进行了细化。定义相邻隧道洞口间距小于250 m的铁路隧道为毗邻铁路隧道群,其紧急救援站设置主要考虑隧道内的紧急疏散通道、排烟、站台的加宽和洞口段的扩大;相邻隧道洞口间距在250~400 m的铁路隧道为连续隧道群,不设置紧急救援站;相邻隧道洞口间距大于400 m的铁路隧道为单体铁路隧道,其紧急救援站设置考虑横通道设置和洞内排烟模式。

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