地下空间与工程学报

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胡斌, 周业成

地下空间与工程学报. 2017, 13(3): 573-578.

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公共安全一直以来都是城市发展的基本要求,随着城市的发展,我国地下空间开发利用也迅速发展, 而地下步行空间逐渐占据了重要位置,其本身的安全问题也日益突出。面对复杂的地下空间安全问题,笔者以地下步行空间的安全设计为基础,提出“安全地下步行空间设计”概念,并尝试从心理、行为、防卫、防灾安全四个方面分别进行相应的设计策略,对地下步行空间提出切实可行的措施,可为构建安全的地下空间建设提供借鉴。

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中央公园地下空间设计探讨

黄本良, 周曼, 钱美新

地下空间与工程学报. 2017, 13(3): 579-584.

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功能单一的公园、商业、地铁形式已经不能满足社会经济的发展。结合公园、地铁综合开发地下商业服务设施、文娱游乐场、博物馆、展览馆等综合体,不仅可以集约利用土地,并为传统公园、商业、地铁带来新的发展。通过分析国内外在中央公园下结合地铁开发地下商业街的现状,以郑州市双鹤湖中央公园地下商业街设计为例,结合近期园博会的开园使用、远期中央公园功能的转换,从功能、策划定位,设计原则、设计分析、手法、平面、功能布局探讨远期地铁线路和车站设计,包括:地铁站点定位、位置选择、地铁动线和商业连通以及防火设计体系处理等。研究可为同类工程规划设计提供参考。

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桩基础对城市地下空间利用的影响及对策探析

朱太宜, 王星华

地下空间与工程学报. 2017, 13(3): 585-590.

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随着国家经济的快速发展、科学技术的不断进步以及城市用地的压力,地下空间的综合利用现在已成为城市发展的主流,并将作为可持续发展的方向。由于桩基础具有一系列显著的优势而广泛运用于高层建筑和高架桥,然而,最先建造的构筑物的桩基础必定占据了有限的地下空间资源,并且其深度长短不一,缺乏规划,限制了后续地下空间的综合利用,这就造成了构筑物桩基础与地下空间综合利用之间的矛盾。本文通过分析桩基础对地下空间开挖的影响分析,寻找解决问题的相应对策,最大程度减少桩基础对地下空间带来的不利影响,实现地下空间的可持续发展。

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不同含水率泥质粉砂岩破裂声发射特性试验研究

张安斌, 刘祥鑫, 张艳博, 田宝柱

地下空间与工程学报. 2017, 13(3): 591-597.

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以干燥、自然和饱和含水3种典型状态的泥质粉砂岩为研究对象,进行单轴压缩破坏全程声发射检测试验,研究了3种状态下岩石破裂的力学和声发射特性的不同。研究结果表明:含水使得泥质粉砂岩软化,且峰值应力和弹性模量均随含水率的增加而减小,变形特征由脆性逐渐向延性转化;声发射累计事件数、声发射事件率峰值、声发射累计绝对能量、声发射绝对能率峰值等声发射参数均随含水率的增加而减少,即含水使得泥质粉砂岩损伤破裂程度减小,破裂全程能量释放水平降低;根据试验所得声发射累计事件数和累计绝对能量随时间变化曲线,得出含水率使得泥质粉砂岩由“突发型”的脆性破坏向“平稳型”的延性破坏过渡。

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饱水对花岗岩声发射平静期影响的实验研究

张艳博, 梁鹏, 刘祥鑫, 田宝柱

地下空间与工程学报. 2017, 13(3): 598-605.

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通过对干燥和饱水花岗岩进行单轴加载声发射实验和扫描电镜实验,研究饱水对花岗岩破坏前声发射平静期的影响。结果表明:干燥和饱水花岗岩破裂前声发射事件率均出现平静期,干燥花岗岩在峰值载荷的54.89%时进入声发射平静期,饱水花岗岩约为峰值载荷的89.87%;干燥花岗岩平静期内AE事件率小且恒定,AE能率较高,饱水后平静期内AE事件率增大,AE能率减小;干燥花岗岩平静期内声发射波形信号的熵值为1.5~2.5,饱水花岗岩为0.5~1.5;饱水改变了花岗岩的微观破裂模式,这为水是如何影响岩石的声发射特征提供了理论依据。实验结果丰富了对岩石声发射平静期的认识,这对岩石破裂声发射监测中前兆现象的识别具有重要意义。

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时间间隔影响下的岩盐疲劳特性试验研究

李鑫, 孙鑫, 徐秋海, 刘保县

地下空间与工程学报. 2017, 13(3): 606-611.

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运用实验室自主研发的多功能试验机开展岩盐疲劳试验,研究了时间间隔因素影响下岩盐变形和弹性常数的演化规律。由于岩盐具有出色的流变性,在经典疲劳试验中插入时间间隔会使疲劳损伤规律发生改变,为岩石疲劳特性的研究提供了新的思路。试验结果显示:(1)与正常加卸载循环相比,时间间隔后的循环产生的残余变形更大。(2)时间间隔后的循环内弹性模量总体大于时间间隔前的循环内弹性模量,但是泊松比随时间间隔变化的趋势并不明显,呈一致的上升规律。(3)时间间隔对残余变形的积累有加速效应,时间间隔越长,疲劳过程中产生的残余变形积累越快,岩盐最终疲劳寿命越短。

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三维应力条件下煤层底板采动破坏规律实验研究

康钦容, 张卫中, 韩佩博, 张电吉

地下空间与工程学报. 2017, 13(3): 612-618.

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以川煤集团白胶煤矿2481工作面地质资料为基础,利用自行研制的“多场耦合煤矿动力灾害大型模拟试验系统”,进行了三维采动应力条件下的三维模拟开采实验。通过应力监测、测量统计、色素示踪、照相素描等方法,对采动后的底板岩层破坏规律进行了研究。研究结果表明:底板岩层表现出“采前增压-采后卸压-压实回升”的动态受力特征;根据裂隙发育特征,可将底板裂隙带在走向上分为“开切眼裂隙发育区”、“采空区中部压实区”和“工作面裂隙发育区”,在竖直方向上分为“底板破断裂隙带”和“底板弯曲离层带”;确定底板最大破坏深度为14 m,为上保护层开采中被保护煤层瓦斯抽采的设计及优化提供了依据。

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水平循环加载下冲刷对沉井加桩基础的影响

唐华威, 张陈蓉, 高博雷

地下空间与工程学报. 2017, 13(3): 619-623.

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沉井加桩基础作为深水地区大型桥梁常用的基础形式,其稳定性直接关系到桥梁的安全。为分析砂土中水平循环加载条件下冲刷对基础水平承载力和滞回圈刚度的影响,本文对沉井加桩复合基础进行了冲刷条件下的静载和循环后静载模型试验,得到了基础的水平荷载位移曲线和循环滞回圈。试验结果表明:冲刷对沉井加桩复合基础的水平承载力削弱严重。试验在中密砂、低围压条件下,循环加载会提高基础的水平承载力。对比循环后的静载曲线得知,无冲刷条件下的循环后基础水平承载力高于有冲刷条件下的该值。比较循环加载中的荷载位移曲线得到,无冲刷时滞回圈水平刚度高于有冲刷时的水平刚度,随着循环荷载次数的增加,滞回圈的水平刚度有所提高,但趋势减缓,并逐步稳定。

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递控式锚杆室内试验与光弹试验对比研究

孟进宝, 郑静, 杨永鹏, 梁龙龙, 安孟康

地下空间与工程学报. 2017, 13(3): 624-630.

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目前,国内外专家学者对锚杆的传力机制和受力特性方面做了大量的研究工作,但他们的研究主要集中在锚固段,而对于锚杆自由段的研究很少,特别是锚杆自由段地层(被加固体地层)的充分利用问题研究更少。在前人研究的基础上,笔者研究开发了可充分利用被加固体地层(自由段)孔壁粘结强度的递控式锚杆新结构。通过对全长粘结型锚杆和递控式锚杆相关室内试验和光弹试验对比分析,深入研究了递控式锚杆的受力特性和加固效果,以及孔壁粘结强度的分布规律。相关研究成果对实际工程,尤其是暴雨、地震等灾后病害边坡的抢险加固具有重要的理论和应用价值。

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EPS混凝土单轴冲击压缩试验及破坏形态分析

马芹永, 冉雪美, 袁璞

地下空间与工程学报. 2017, 13(3): 631-636.

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为研究EPS颗粒体积掺量对混凝土单轴动态抗压强度和破坏形态的影响,采用直径74 mm的分离式霍普金森压杆装置,对4种EPS颗粒体积掺量的EPS混凝土进行单轴冲击压缩试验,分析了应变率和EPS颗粒体积掺量对EPS混凝土单轴动态抗压强度和破坏形态的影响。试验结果表明,EPS混凝土单轴动态抗压强度随应变率的增加而增大,随EPS颗粒体积掺量的增加而降低,当EPS颗粒体积掺量在20%~30%之间,EPS混凝土单轴动态抗压强度降低幅度较小;EPS混凝土试件破坏形态具有明显的高掺量低应变率效应;当EPS颗粒体积掺量达到30%之后,EPS混凝土试件裂而不碎。

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非轴对称荷载下圆形隧道弹性围岩应力解析解

崔芳, 王利, 王云飞

地下空间与工程学报. 2017, 13(3): 637-642.

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隧道开挖后需依据岩体的变形特性对隧道围岩进行合理分区。针对隧道围岩弹塑性临界变形时强度逐渐降低的特性,结合非轴对称荷载作用的模型特点,选用俞茂宏双剪统一强度理论中双剪三参数准则,采用半逆解法,侧压力系数在[1/3,1)区间取值,推导出圆形隧道在非轴对称荷载作用下弹性围岩区应力分布解析解。实例分析表明,考虑了地应力非轴对称分布的力学模型可很好地反映围岩变形特点,所选强度理论符合岩体材料自身特殊的强度特征,其解析思路更贴近围岩的实际状态,对围岩支护设计具有现实指导意义。

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软弱围岩隧洞位移和应力释放规律研究

刘乃飞, 李宁, 郭晓刚, 冉建西, 张岩

地下空间与工程学报. 2017, 13(3): 643-650.

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软弱围岩强度低、自稳能力差,在隧洞施工中易引起不同程度的塌方,造成生命财产的损失。因此,研究及时支护情况下软岩隧洞围岩的位移和应力释放规律显得尤为重要。笔者采用三维数值方法系统研究了隧洞开挖过程中的位移变化规律,并结合二维数值分析方案研究了围岩应力释放系数随工作面推进的关系。研究表明:(1)埋深、洞径和洞型等对拱顶位移释放系数影响较小,而岩性对其影响显著;(2)拱顶位移释放随应力释放变化过程大致可分为3个阶段,且岩性越差达到相同位移释放率时所需的应力释放率也越大;(3)研究断面前后一倍洞径是围岩应力调整的主要阶段,且应力释放率随岩性的弱化而增强;(4)初期支护对岩性较差的隧洞效果更明显。

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基于可拓学理论的黄土隧道围岩分级方法研究

薛晓辉, 张军, 姚广

地下空间与工程学报. 2017, 13(3): 651-657.

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为解决现有黄土隧道围岩分级方法理论依据不足的问题,在总结分析黄土隧道围岩力学性能、构造特性评价指标的基础上,利用可拓学理论建立关联函数,解决各评价指标之间的融合问题,对黄土隧道围岩分级做一些探索性的工作,以期为黄土隧道的设计与施工提供理论依据。研究结果表明:基于可拓学理论的黄土隧道围岩分级方法综合考虑了黄土的强度性质、变形性质、各向异性、构造特性,使得其分级结果更加客观、准确;利用可拓围岩分级方法求得的掌子面围岩的关联度不仅可判定掌子面围岩级别,而且其数值大小可定量反映掌子面围岩质量好坏程度;可拓围岩分级结果与现场围岩级别分类的结果基本一致,存在的分级误差基本属于“亚级”之间的差异,未出现“跳级”现象;且该结果与规范中围岩分类结果相比,其准确度更高。

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使用图像分析研究隧道衬砌管片的位移变化

朱卫杰, 宿文德, 万敏

地下空间与工程学报. 2017, 13(3): 658-664.

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以复合材料加固前后的盾构隧道管片为对象,进行了盾构隧道管片在侧向荷载作用下变形能力和极限承载力的整环加载试验,使用图像处理技术对加固前后衬砌圆环管片接缝两侧的位移变化进行了研究。根据加载过程中不同时刻的试验图像,使用粒子图像测速技术得到了不同时刻、不同位置接缝两侧混凝土管片的位移变化情况。结果表明:未加固阶段管片顶部接缝处管片表面位移相对较小,两侧位移变化不相等,封顶块位移大于邻接块位移,加载结束时最大位移发生在封顶块位置;整环加固后,封顶块位移大于邻接块位移,加载结束时裂缝开始扩展;加固前后位移变化幅度大小次序依次是封顶块、标准块、邻接块和底块,破坏最先发生位置是封顶块和邻接块的连接位置;使用复合材料加固后,各处接缝两侧管片位移变化幅度及整体位移变化量均小于加固前,管片承载力增加,强度明显提高。本文结果对研究隧道衬砌破坏机理有一定的参考价值。

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隧洞入口非凸关键块体识别研究

李建勇, 袁广祥, 赵阳, 张玉敏, 黄志全

地下空间与工程学报. 2017, 13(3): 665-671.

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隧洞入口处往往是地下岩体工程事故的多发区,也可能存在同时跨隧洞顶板、侧壁和入口边坡面的非凸关键块体,经典块体理论中的凸块体有限性判定定理不适用于非凸块体。在经典块体理论的基础上,笔者针对临空面之间含有凹状组合时需要进行并集运算的特征,提出了可以同时表示凸块体和非凸块体的一般符号表示方法,然后根据一般块体的构造定理,推出了用所有子块体是否有限来判断非凸块体有限与否的识别准则,进而枚举分析出系统中的所有有限凸块体,并按照结构面编码相同的原则组合出所有可能的有限非凸块体,同时沿着凹状相交的临空面逐次切割非凸块体,可以得到仅在切割面处相连接的非凸块体的子块体最优组合,从而可以实现隧洞入口处非凸关键块体的识别。这个方法的理论意义在于从凸块体到非凸块体扩展了块体理论的应用范围,在实际工程中又具有一定的实用价值。

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基于特征应力点提出围岩爆破前后损伤比例公式

张亦海, 李淼

地下空间与工程学报. 2017, 13(3): 672-677.

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目前大多数隧道采用的是爆破掘进,炸药爆炸后的冲击应力会对隧道围岩造成不同程度的损伤。隧道围岩的损伤积累会降低围岩强度进而会影响岩体稳定性。岩石的破坏过程在微观上是内部缺陷微裂隙发展、传播、贯通,但岩石的内部微裂隙损伤难于直观观测。笔者通过室内岩石三轴压缩破坏试验和声发射特征试验所获得岩石加载过程的特征应力点判断岩石内部微裂隙发展阶段。特征应力点有裂隙初始应力—原岩损伤强度、爆破应力—凯塞点强度、裂隙贯通应力(长期强度)—原岩强度、抗压峰值强度。基于对围岩破坏过程的特征应力点的研究,提出了围岩爆破前后的损伤比例公式,量化了隧道爆破后围岩相对于原岩的损伤程度。

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基于实际分布的花岗岩颗粒流模拟几何模型

徐金明, 赵丹, 黄大勇

地下空间与工程学报. 2017, 13(3): 678-683.

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岩石通常由不同组分组成,这些组分之间的类别差异与相互作用决定了岩石的宏观物理力学性质。以花岗岩为例,使用灰度阈值分割技术确定岩石中细观组分的具体类别与实际位置,使用平行连接表征颗粒间的胶结物,使用簇粒和聚粒分别表征黑云母、长石和石英,建立了考虑细观组分实际类型和分布的花岗岩颗粒流数值模拟的几何模型。结果表明:使用数字图像处理所得组分类型和位置可以作为建立数值模拟几何模型的基本数据;不同组分可以使用簇粒和聚粒来表征;不同组分的细观物理力学参数对花岗岩宏观力学行为有较大影响。由于细观组分的实际分布与细观物理力学性质控制了岩石的变形破坏过程,本文方法为研究岩石材料力学行为提供了一条新的研究途径。

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基于Weibull分布的非均质地层物性参数随机模型

雷进生, 武增琳, 姚奇, 李申, 陈建飞

地下空间与工程学报. 2017, 13(3): 684-691.

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地质信息及其表征具有随机不确定性和模糊不确定性,而土体物理力学参数之间又存在着固有的互相关性。通过对地层的已知孔隙率参数进行统计分析,利用Weibull分布模拟孔隙率的空间分布非均质特性,并结合随机中点位移法,模拟非均质地层孔隙结构的空间分布规律,建立了孔隙率的空间分布预测模型。研究建立了地质变量的空间函数关系,结合土性参数之间的相关性,以孔隙率为基本量形成二维地质剖面和三维数字地层,构造面向目标的非均质地层地质模型,探讨了非均质地层物性参数的时空分布特征及其有效描述,对地层局部地质信息的变异和随机性进行精细化描述和预测。

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排桩复合土钉支护结构受力变形机理分析

郭院成, 李永辉, 周亮

地下空间与工程学报. 2017, 13(3): 692-697.

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排桩复合土钉支护结构是近年来在基坑工程实践中得到成功应用的一种新型支护形式,为研究其受力变形机理,在工程案例分析基础上,采用有限元软件建立排桩复合土钉支护结构三维数值模型,模拟基坑分步开挖工况,对排桩侧移、坑后地表竖向沉降、坑底土体隆起变形、土钉轴力及桩身弯矩等进行了研究分析。结果表明:排桩复合土钉支护结构中土钉起着“弱锚杆”作用,相对于纯排桩支护结构,改变了排桩的变形和受力性状;相对于纯土钉支护结构,排桩复合土钉支护结构中土钉轴力峰值较小且靠近基坑侧壁,土钉受排桩-面层系统的拉拔作用,钉头处轴力较大。研究成果可为排桩复合土钉支护结构的设计、施工提供理论参考。

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水泥土强度对型钢水泥土组合梁的影响研究

丁勇, 俞设, 王平, 何宁

地下空间与工程学报. 2017, 13(3): 698-702.

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型钢水泥土搅拌墙在基坑工程中有着广泛的应用,因为没有充分了解水泥土在搅拌墙中起到的作用,水泥土的刚度仅被作为安全储备,这无疑造成一定的浪费。为了研究水泥土强度对搅拌墙的影响,本文以水泥土强度为变量设计了系列双型钢水泥土组合梁试验,采用分布式光纤采集试验梁加载过程的应变数据,提出了针对H型钢的分布式光纤应变数据的处理方法。通过对实验数据的处理和分析,得到了水泥土强度对组合梁挠度、刚度的影响规律,以及型钢与水泥土对组合梁外部荷载的分担情况。本文对型钢水泥土搅拌墙的理论研究与实际应用有一定的参考价值。

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隧洞围岩损伤演化与时效破坏过程的模拟分析

邢猛, 李连崇

地下空间与工程学报. 2017, 13(3): 703-710.

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依据对岩石长期强度的认识,基于环境因素影响下岩石强度、弹模等物理力学性质随时间劣化及其内部细观损伤积累等观点,应用RFPA数值模拟方法,模拟了隧洞围岩的时效破坏过程,并与相应的物理模型试验结果进行了对比。隧洞数值模拟试验得到了拱顶、拱底以及两侧帮的时效变形特征曲线,与实际物模试验结果表现出了较好的一致性,并且发现隧洞围岩宏观破坏是细观损伤实时演化及逐步积累的最终表现。进一步模拟分析了侧压系数对隧洞时效变形破坏特性的影响,模拟结果显示,随着侧压系数的增大,隧洞左右边墙间的闭合位移逐渐增大,而隧洞拱顶拱底间的收敛位移随侧压系数的增大逐渐减小,并对隧洞围岩的局部的细观损伤演化过程及宏观时效破坏模式做出了清晰的解释。

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软弱围岩隧道掌子面挤出变形特征分析

朱正国, 李文江, 刘志春, 孙明磊, 武杰

地下空间与工程学报. 2017, 13(3): 711-716.

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软弱围岩在隧道工程中经常遇到,它的空间大变形特征受台阶长度、台阶高度、工法及地应力水平等条件的影响。结合兰渝铁路两水隧道现场监测和数值模拟相结合的方法对软弱围岩隧道的空间变形特征进行了详细分析。研究结果表明:围岩越弱掌子面纵向挤出变形大小及变形速率越大,掌子面挤出变形受上台阶断面开挖高度和围岩级别影响较受台阶长度影响显著;在洞周先行变形中,拱顶下沉较水平收敛更加明显;初始地应力场应力水平增高,隧道掌子面挤出变形会大幅增加。研究结果可为指导隧道的施工和设计提供有效依据。

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察尔汗盐湖公路地基温度场与湿度场分布特征

刘军勇, 王晓谋

地下空间与工程学报. 2017, 13(3): 717-723.

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为探明青藏高原察尔汗盐湖区公路地基温度场与湿度场的分布特征,以新建的G30₁₁线大柴旦—察尔汗—格尔木高速公路为依托工程,通过现场监测和室内试验等手段,分析了公路地基温度场、湿度场随深度、季节更替的变化特征。结果表明:上部路基改变了地基与大气之间的热力交换环境,离路中心越近,温度受大气环境的影响越小;同一监测孔地基随季节更替呈现出地温梯度随深度的增加而减小;5～8月份为地基吸热阶段,8～12月份为地基放热阶段;地温随深度变化的拐点位于原地表下2.5 m深度处。探明了公路地温的年变化深度和年平均地温;年平均地温基本上不受路基高度及其覆盖作用的影响;季节的变化(气温、降水等)对地基湿度场的有效影响深度为1.5～2.0 m;有效影响深度以下,地基土含水率随季节更替变化不大,主要受地下水迁变的影响。

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基于等代加速度的地下洞室抗震简化设计法

崔臻, 盛谦, 冷先伦, 朱泽奇

地下空间与工程学报. 2017, 13(3): 724-731.

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在基于性能的地震工程框架之下,地下洞室的地震稳定性评价方法可根据掌握难易程度、计算工作量、结果详尽程度划分为简化及精细两类方法。而当前对地下洞室的地震稳定性研究多针对动力数值方法,也即精细化分分析方法,而对简化设计方法设计较少。针对这一现状,引入拟静力形式的等代加速度法,对于等代加速度法应用于地下洞室群地震响应分析的一些问题进行了探讨。并在考虑洞室埋深和岩体性质的基础上,基于位移等效原则,通过数值试算,得到等代地震加速度修正系数的取值范围与回归公式。结果表明,当采用修正系数对利用等代地震加速度得到的结果进行修正后,与动力时程计算得到的结果吻合度较好。本文的研究内容为地下洞室地震稳定性的简化设计分析提供了一种新的思路。

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长春地层地铁隧道施工的Peck公式改进

郑馨, 麻凤海

地下空间与工程学报. 2017, 13(3): 732-736.

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Peck利用高斯方程提出预测地铁隧道开挖引起的地表位移的方法是目前众多经验方法中最为简便也是应用最为广泛的方法,但这一公式具有相应的局域性,对不同地区的适用性尚未有明确结论。本文以长春地区地铁隧道开挖施工为研究实例,通过对施工过程中大量地表沉降实测数据进行分析,利用线性回归的数学方法,引入两个修正系数:地表最大沉降修正系数α、沉降槽宽度修正系数β,对在长春地区地质条件下由地铁隧道施工引起的地表沉降进行分析研究。结果表明:长春地铁一号线施工区绝大部分实测地表沉降数据都可以较好的进行高斯分布拟合,且当α介于0.3~0.7之间、β介于0.6~1.0之间,Peck公式改进后所绘曲线更接近地表实测沉降数据,使预测效果更好。

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地下油库锚喷支护拱顶圆筒罐室的设计与计算

李晟, 郑颖人, 吴应祥

地下空间与工程学报. 2017, 13(3): 737-745.

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随着地下工程锚喷支护的广泛应用,以及当前地下支护结构计算方法的提升,考虑到油罐罐室岩质条件好、拱顶圆筒结构受力好,为此提出采用拱顶圆筒锚喷支护结构形式取代当前钢筋混凝土结构,可有效提高工程的安全性、经济性和施工简便性。考虑到拱顶圆筒结构主要承受剪切应力与环向拉应力,为此对抗剪强度与抗拉强度同时进行了折减,并提出了剪切破坏和拉破坏两种安全系数。应用有限元强度折减法除计算剪切破坏安全系数外,还提出了计算拉破坏安全系数的方法。计算得到Ⅱ级围岩稳定安全系数远高于设计要求,Ⅲ级围岩也满足设计要求。在这一基础上提出了实用的锚喷支护结构形式与设计参数。研究表明,锚喷支护拱顶圆筒罐室结构是一种很有前景的结构形式,建议在工程上进一步试验与推广。

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基坑降水引起的地基附加应力及沉降简化计算

黄显贵, 陈梁, 刘御刚, 黄辉

地下空间与工程学报. 2017, 13(3): 746-752.

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探讨了基坑降水导致周围地基沉降的机理,通过借鉴水库水位下降时的水面曲线计算公式,并简化和分解由降水导致的附加荷载后,推导出一套计算基坑降水引起的地基附加应力和地表沉降的理论计算方法。本方法可以综合考虑水位降深和水面曲线形状等因素的影响,计算结果能比较准确的反映水面曲线以下附加应力的衰减效应,相比传统计算方法更具合理性。笔者利用本理论计算方法对某基坑工程降水实例进行了计算,通过对比分析本方法计算结果及数值模拟和实测值后发现,本方法计算得到的地基附加应力和地表沉降分布规律与数值模拟和实测值基本吻合,误差范围均在15%以内,验证了本计算模型的有效性。

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粉砂地层盾构近距离侧穿已有建筑的控制技术

史运杰, 许烨霜, 沈水龙, 樊江苏

地下空间与工程学报. 2017, 13(3): 753-758.

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依托穗莞深城际轨道太平隧道工程,在其侧穿一多层房屋时,采用控制地层损失与旋喷桩加固土体相结合的方式,很好地保护了现有房屋的安全与正常使用状态。通过分析隧道穿越过程中房屋的实测变形规律,并进行有限元数值分析,比较了有无旋喷桩和地层损失率对土体垂直位移、房屋角点沉降、房屋整体倾斜、土体深层水平位移的变化规律。分析结果表明,设置旋喷桩和控制地层损失均能有效减小沉降和土体位移,但控制地层损失的效果远比设置旋喷桩要明显。随着地层损失的增大,土体水平位移曲线由“勺”型渐变至S型,最大水平位移位置逐渐上移且位于隧道的上边界附近。

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隧道施工对上覆框架结构建筑物的影响

葛婷婷, 王安立, 王艳, 靳晓光

地下空间与工程学报. 2017, 13(3): 759-764.

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重庆市同茂隧道地处老城区,开挖跨度大、埋深浅、上覆建筑物密集、类型多且年代已久,为隧道设计和施工带来了一定的难度。结合同茂隧道工程实际,以框架结构建筑物为研究对象,建立三维有限元模型,通过隧道施工过程对建筑物影响的有限元分析,主要对桩基变形及框架结构的弯矩、轴力和变形进行了研究,揭示桩基变形及框架结构的弯矩、轴力和变形随施工过程的变化规律。本研究可为类似工程隧道施工对上覆框架结构建筑物的影响研究提供借鉴和指导。

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隧道对地表临近既有建筑物层间位移影响分析

郭靖, 陈健云, 余流

地下空间与工程学报. 2017, 13(3): 765-772.

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城市地下隧道的存在将改变地表临近既有建筑的地基条件,进而影响建筑的地震响应。基于广义层间位移谱,研究地下隧道对距隧道不同距离的地表建筑结构的层间位移的影响,同时分析隧道对结构层间位移沿无量纲高度分布的影响。结果表明:地下隧道的存在将增加临近地表建筑结构的层间位移,对结构的安全性带来危害,在工程设计和分析中不容忽视;当地表建筑位于距离隧道中心线2倍隧道直径的区域外时,隧道的影响可以忽略;隧道的存在对临近建筑结构层间位移沿高度分布趋势的影响并不明显,但是将显著增加结构抗震性能薄弱部位的层间位移。

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盾构隧道管片加固前后接缝形态的变化特征

张衍, 万敏, 宿文德

地下空间与工程学报. 2017, 13(3): 773-778.

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接缝及其变化特征反映了盾构隧道管片的变形破坏过程。本文根据复合材料加固盾构隧道管片的试验图像,使用区域特征参数和边界特征参数来表征接缝的形态特征参数,区域特征参数包括接缝区域的像素总数、长轴、短轴、等效直径、与水平向轴夹角,边界特征参数包括几何参数和Fourier变换参数,研究了这些参数加固前后的变化特征。结果表明,加固前后接缝偏心率、长轴、短轴变化都比较平稳,难以用于评价加固效果;接缝面积、接缝等效直径、与X轴交角、圆形度、形状指数,加固前变化较快,加固后比较平稳,可以较好地用于评价加固效果;接缝棱角指数和纹理系数加固前变化很快、加固后非常平稳,这两个参数可以很好用于评价加固效果。

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大跨软岩隧道施工动态监测试验研究

邵珠山, 熊阳阳

地下空间与工程学报. 2017, 13(3): 779-787.

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以内蒙古金盆湾大跨软岩隧道为工程背景,通过现场监测及数值分析,探讨围岩拱顶沉降、钢支撑内力、围岩与初期支护之间的内力、初期支护与二衬之间的内力随时间及开挖距离的变化规律,并用现有的理论及方法对其进行围岩稳定性分析。研究结果表明:对拱顶沉降数据的拟合函数进行求导分析并判定出围岩的稳定状况良好;围岩和初期支护压力在距离上台阶开挖面65 m后逐渐稳定;钢支撑外侧应力平均值大于内侧应力,最大应力值小于钢拱架的屈服强度,开挖过程安全级别始终处于安全或者基本安全状态;初衬和二衬间的接触应力在二衬浇筑后2天左右达到最大值,随后减小趋于稳定,且稳定值都小于0.1 MPa;数值模拟的围岩变形规律和实测围岩的变形规律相同且沉降实测值与模拟值差别不大,证明了模型的合理性。研究结论可为类似条件下工程的设计、施工和监测提供指导。

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基坑开挖反压土截面特性对基坑性状影响的有限元分析

刘畅, 孙盼盼, 赵露伟, 李文杰

地下空间与工程学报. 2017, 13(3): 788-795.

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根据反压土和支护结构的相互作用机理,采用有限元计算分析了反压土宽度、高度、坡度、放坡级数、面积等截面特征对支护结构位移和内力的影响规律。计算表明,随着反压土宽度、高度、坡度的增长,围护结构内力和位移也随之减小,但当这些截面特性发展到一定值时,其内力和位移减小趋势也逐渐趋于稳定。反压土面积是决定围护结构受力和位移的决定因素,当反压土面积相同时,开挖完成后的围护结构内力和位移基本相同,但随着工后时间的增长,宽高比决定围护结构位移和弯矩变化率的发展趋势。通过对具体的工程实例的分析结果表明,当反压土面积相同时,放坡级数不会影响反压土的受力和位移,合理的放坡级数应根据现场施工难易程度选择。

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强震后软岩隧道变形与破坏机制分析

周泽林, 陈寿根, 赵玉报, 张海生

地下空间与工程学报. 2017, 13(3): 796-803.

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强震后软岩隧道的变形和破坏特征与一般隧道不同。根据“5.12”强震区唐家山隧道围岩变形与应力监测数据,对震后软岩隧道变形与破坏机制进行了分析。研究表明:(1)震区软岩隧道变形空间分布不对称,水平收敛是拱顶沉降的2~4倍,这是震后软岩的扩容性质和隧道所处的垂直方向高地应力环境所共同决定的;(2)隧道变形的空间效应约束范围为2~3D,在开挖面约束范围内,变形是空间效应和时效应的耦合;(3)隧道不同部位的围岩变形与破坏方式与围压性质密切相关,边墙处围岩在“形变压力”作用下易发生松弛大变形;拱部一定范围内的岩体存在整体下沉现象,拱部围岩易被架空而形成“松散压力”并诱发位移突变和破坏。研究对同类工程具有一定参考价值。

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地下道路污染物对流扩散反问题伴随同化研究

李志永, 张浩, 陈超, 邓奕雯, 李琼

地下空间与工程学报. 2017, 13(3): 804-808.

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在反问题框架内,基于偏微分方程最优化控制理论的伴随同化方法,建立了融合动力模型和观测信息的地下公路隧道污染物对流扩散反问题的计算模型,并给出了模型求解方法。以对流扩散方程中的源项为例进行了反演计算,并利用反演计算出的源项对污染物浓度进行了预测。研究表明,与传统的正问题模型相比,反问题模型反演计算得到的源项可以动态地反映隧道内车流量、车速、排放特性等因素的综合影响,并且计算得到的污染物浓度场精度更高。应用该方法,通过有效的对各类污染物观测资料进行客观利用,可以识别一些不确定参数,从而更好地实现对污染物浓度分布的分析与预测。

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地震作用下国防工程损毁风险分析系统研究

王凤山, 戎全兵, 张宏军

地下空间与工程学报. 2017, 13(3): 809-815.

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针对地震作用下国防工程易损特性模型计算和仿真实验的需要,设计和建立了基于模块化和风险集成管理机制的地震作用下国防工程损毁风险分析系统。以区域灾害系统理论为指导,围绕致险因素、孕险环境、风险介质、控制机制及承险体等元素的相互作用、交互、影响,辨析国防工程震害损毁机理和风险体系,提炼、概括和抽象国防工程震害损毁风险结构、功能、以及状态的演化特性和表现,建立其系统分析基本流程和集成框架,确立一致和权威的国防工程震损风险系统模型和仿真推理公共起点;着眼风险模型时序执行和软件优化需求,给出了地震作用下国防工程损毁风险分析系统的模块化逻辑结构和功能设计,研制系统软件。案例表明,系统交互性良好,为有效分析国防工程震害易损性的本质问题提供了模型服务平台和仿真实验工具。

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铁路隧道事故调查标准化方法的研究

颜冠峰, 王明年, 范宇, 李睿峰, 陈英军

地下空间与工程学报. 2017, 13(3): 816-820.

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随着我国经济的发展和交通设施建设的逐步完善,我国铁路隧道数量逐渐增多。但是,事故发生的可能性和危害程度也逐渐增加。而目前对于铁路隧道的事故调查通常以调查人员本身的工作经验为依据,具有一定的主观性,这可能导致调查过程效率低下或调查结果出现偏差。因此,建立铁路隧道事故调查方法的标准化是十分必要的。笔者基于目前常用的调查方法,依据铁路隧道事故的分类和调查目的,制定了一套具有针对性的标准化的铁路隧道事故流程,并结合工程实例进行了验证,可供相关人员参考。

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城市大深度地下防洪排水体系构想及策略

杨超, 彭芳乐

地下空间与工程学报. 2017, 13(3): 821-826.

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城市地上与地下空间应是一个有机联系的整体,不能分割和孤立。近年来周而复始的城市内涝灾害不断侵袭我国各大中城市,造成了严重的经济损失。其根源在于城市发展过程中对于地上地下整体发展缺乏充分的思想认识和规划引导,导致地下防洪排水体系建设远远滞后于城市地面发展。本文总结了近几年城市内涝影响,借鉴国外城市发展经验,通过综合分析和探讨提出了城市大深度防洪排水体系的构想,并结合我国实际给出了一些可行性建议,对于我国城市综合排水体系建设具有一定的指导意义。

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层间孔隙岩溶影响隧洞稳定性的数值模拟研究

赵明阶, 金鹏

地下空间与工程学报. 2017, 13(3): 827-832.

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以重庆巴南区某引水工程为研究背景,采用基于流固耦合理论的二维有限元数值模拟方法,通过有限元软件ABAQUS对隧洞工程选取13个主要断面建立相应的数值模拟模型,分析不同位置水工隧洞断面的围岩在开挖过程中的应力、位移和涌水量变化情况,得出层间孔隙岩溶对隧洞开挖稳定性的影响并提出建议。研究结果表明:隧洞跨层时应力及位移均会产生复杂变化;透水层的存在一定程度上加快了应力消散,并减弱隧洞变形速度;隧洞涌水量与其在透水层中的面积大小有关。

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二次抛物线破坏准则下的黄土边坡稳定性分析

王衍汇, 倪万魁, 戴磊, 石博溢, 李征征

地下空间与工程学报. 2017, 13(3): 833-839.

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近些年来,极限分析理论在边坡稳定性分析中应用广泛。笔者首先以上限定理为基础,并基于二次抛物线破坏准则,采用外切线法引入了非线性强度参数c_t、φ_t;其次,考虑黄土抗拉强度较小,易出现拉裂缝的特性,推导出裂隙—直线型与对数螺旋线型破坏模式下黄土边坡极限高度与稳定系数的公式;最后,通过SQP(序列二次规划算法)法对陕北均质黄土边坡进行塑性极限分析,并与工程中常用的极限平衡法进行比较。结果表明了该方法的正确性以及在非线性取值方面的优越性。

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基于突变级数法的地铁车站基坑施工风险研究

潘海泽, 贺建, 陈梦捷, 缪玮

地下空间与工程学报. 2017, 13(3): 840-845.

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地铁车站基坑条件复杂,影响基坑施工因素多,导致地铁车站基坑施工中面临众多风险,针对地铁车站施工的风险问题,通过对地铁车站基坑施工风险分析,建立了地铁车站基坑工程施工风险评价指标体系(6个一级指标、17个二级指标)。然后将突变级数法应用到地铁车站基坑施工风险分析中,相对于其他风险评价方法,突变级数法不需要计算权重,且是基于状态变量的动态评价方法,弥补了静态评价方法的不足,减少了主观性。并以天津凌宾路地铁车站为例,分析了基坑事故原因相互作用对事故的影响,对车站基坑施工风险概率进行了计算,同时对结果进行了分析处理,采取了相应的防范措施,在基坑施工风险预防中得到了很好的应用。

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隧道入口段复合照明节能试验研究

吴桂林, 肖尧, 梁波, 潘国兵, 赵宾

地下空间与工程学报. 2017, 13(3): 846-850.

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在隧道照明领域,自然光是一把双刃剑,一方面可以提高隧道内亮度,另一方面也可引起“白洞”效应,威胁车辆行驶安全。充分利用自然光对隧道照明的增效作用,降低人工照明的能耗,是实现隧道入口段照明节能的有效途径之一。结合云南保腾高速公路鹿山隧道内自然光、以及自然光与LED灯复合照明下隧道不同纵深路面照度的实测数据,通过与规范规定值的对比分析研究,得到了隧道入口段各区段自然光、LED灯复合照明下隧道照度分布规律,并对节能效果进行了评价。为今后进一步合理利用自然光、人工光源进行隧道复合照明节能研究提供参考。

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基于瞳孔变化的隧道内饰材料辅助照明研究

潘国兵, 刘圳, 刘毅, 赵宁雨

地下空间与工程学报. 2017, 13(3): 851-857.

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在公路隧道运营中,照明系统是与行车安全、舒适度关系最为密切也是最为直接的部分,照明系统也是隧道运营中能耗最大的部分。隧道照明系统是为隧道内驾驶人员提供良好的照明环境以满足其视觉需求。目前国内隧道照明研究方向多集中于隧道光源本身,而对于隧道侧壁内饰材料反射光的辅助照明作用却鲜有研究。笔者通过对国内外隧道照明技术和方法的大量调研,利用眼动仪、光谱仪等仪器开展了基于驾驶员瞳孔变化的隧道内饰材料辅助照明的室内模型模拟试验和实体隧道试验的隧道照明试验,对隧道内饰材料在隧道照明中的辅助作用及规律进行了探讨,旨在为内饰材料在隧道照明系统中辅助性运营的进一步推广应用提供一定的参考价值。

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