地下空间与工程学报

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蔡庚洋,贺俏毅,姚建华

地下空间与工程学报. 2017, 13(5): 1145-1149.

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城市地下空间作为一个新兴的国土资源,已成为城市发展过程中解决人口、资源、环境三大危机的重要举措。浙江省编制导则未提出不同空间层面的地下空间编制体系与内容,导致各市(县)无法准确把握内容深度和重点。通过总结分析浙江省地下空间现状编制体系及内容特征,从空间维度提出副省级城市、地级市和县及县级市应开展的地下空间规划编制体系建议;从时间维度提出总体规划、专项规划和详细规划三个层级的规划编制内容及成果要求,对编制导则进行补充完善。为浙江省各市(县)规划建设主管部门结合自身实际组织编制地下空间规划提供依据参考,同时也为编制导则的修订完善提供有力支撑。

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城市地下综合管廊PPP项目交易结构设计

李艳艳,郭伟

地下空间与工程学报. 2017, 13(5): 1150-1156.

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交易结构是影响政府和社会资本方进行友好协商、顺利签约以及确保PPP项目成功运作的关键因素。在分析城市地下综合管廊PPP项目特点、交易结构对其重要影响及合法合规性、可操作性、效益最大化原则的基础上,结合最新国家政策导向,设计出符合我国城市地下综合管廊应用的PPP项目交易结构,并从创造良好的投融资环境、建立动态的调价机制、构建灵活的风险分担及价格补偿机制、建立科学的绩效考核标准和畅通的信息交流沟通平台等方面对构建和完善PPP项目交易结构提出相关对策建议,以期为我国在城市地下综合管廊工程领域推广应用PPP模式提供决策参考。

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重庆五大商圈地下空间业态开发现状及整治对策

袁红,左辅强,张丽平

地下空间与工程学报. 2017, 13(5): 1157-1164.

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自1997年建立解放碑商圈以来,重庆陆续建立了三峡广场、杨家坪、观音桥、南坪四大商圈,各商圈很快成为了辐射各个区域的主要商业中心。地下商业作为地上商业的延伸和补充,已经成为商业中心中不可或缺的组成部分,也是目前轨道交通发展地下物业开发的主要方面。为了对重庆地下商业街的业态布局的现状和政治策略进行研究,运用文献收集法和社会调查法,对重庆各商圈地下街的服饰、超市、餐饮、娱乐市场等进行调查和对比,发掘目前重庆商业中心地下空间利用的问题。并与日本地下商业发展相对比,发掘中日地下街的商业态比例、档次和分布,提出重庆商业街需在业态规划的过程中应注意消防安全,提高空间品质,并注意平战结合。

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地下管道沉降与脱空高聚物注浆修复数值分析

徐建国,胡会明,钟燕辉,王壬,王博

地下空间与工程学报. 2017, 13(5): 1165-1172.

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介绍了采用高聚物注浆修复地下管道沉降与脱空渗漏的方法,通过实际工程应用,说明该非开挖修复技术成本较低、修复方便、能最大限度减少城市交通拥堵等优点。阐述了高聚物注浆管道修复的具体方法和施工步骤。采用ABAQUS软件模拟地下管道沉降高聚物注浆修复过程的受力情况,计算工况分为考虑自重作用及横向地震作用下的静动力分析,两种工况计算结果表明:高聚物注浆之后,管道内最大拉压应力、管道最大竖向位移和水平位移均明显减小,说明高聚物注浆修复后管道更加安全与稳定,高聚物注浆修复地下管道沉降与脱空渗漏起到了很好的效果。

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双重介质中洞室周边切向应力的各向异性解

张玉军,张思渊

地下空间与工程学报. 2017, 13(5): 1173-1179.

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为快速、批量地进行参数敏感性研究,基于各向异性弹性力学的理论,将具有两组正交节理的双重孔隙-裂隙介质简化为平面正交各向异性无限域,建立了相应的物理方程,得出此无限域中圆形洞室周边切向应力的弹性解析公式。对节理、基岩的几何及弹性常数、侧压力系数、边界荷载作用方向角等因素的应力敏感性进行了分析。其结果表明:节理的间距及刚度、基岩弹性常数的变化对洞周切向应力的影响不大;而侧压力系数、边界荷载作用方向对洞周切向应力的分布及量值有显著的作用;在边界荷载作用方向为某个角度时应力波峰和波谷的差值最大,这意味着此时洞室的稳定性最差。

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花岗岩高应力状态脆延破坏细观力学强度特性

王云飞,郑晓娟,褚怀保,赵洪波

地下空间与工程学报. 2017, 13(5): 1180-1185.

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通过花岗岩的单轴试验、颗粒流程序和编制的fish语言程序获得了细观力学参数,并进行了不同围压下的花岗岩脆性破坏和延性破坏强度试验,分析了4种强度准则对脆延破坏强度的拟合与预测效果,得到如下结论:随着围压增加,屈服阶段增长,峰值强度提高,峰后软化效应减小,花岗岩由脆性破坏逐渐转变为延性破坏,脆延破坏分界围压为100 MPa;对花岗岩脆延破坏强度的整体拟合和预测精度,Mohr-Coulomb准则对脆性破坏强度的拟合误差最大且高估了延性破坏强度,指数强度准则拟合误差居中而低估了延性破坏强度,Hoek-Brown准则拟合精度也居中而预测结果与延性破坏强度相接近,Bieniawski准则拟合误差最小且对延性破坏强度的预测最优;花岗岩的围压影响系数随围压增加呈负指数关系减小,围压影响系数趋于定值的转折围压与花岗岩脆延破坏转化分界点对应围压基本一致,表明花岗岩脆性破坏阶段强度提高受围压影响显著,延性破坏阶段强度的单位围压提高率为定值。

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陕北地区黄土隧道围岩工程特性试验研究

冯志焱,钱聚强,孟桂红

地下空间与工程学报. 2017, 13(5): 1186-1193.

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对延安-延川(陕晋界)高速公路黄土隧道原状黄土进行了物理力学性质试验,结果表明:除液性指数外,黄土围岩物性参数的变异系数均小于力学参数;可将9个物性指标根据其相关系数和因子分析结果分为3组,并根据它们与土的强度指标的关系,选取天然含水量、干密度和塑性指数作为黄土隧道围岩分级指标;深埋饱和原状Q₂黄土的应力-应变曲线在低围压下为应变软化型,高围压下表现为应变硬化型;无侧限抗压强度试验为小应变脆性破坏,应力-应变关系曲线有两种形式:一种是土样直接发生脆性破坏,丧失承载能力;另一种是先发生局部脆性破坏,仍保留有一定的承载能力。

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塑料套管混凝土桩荷载-沉降特性现场试验

鲍佳文,齐昌广,崔允亮,陈庚

地下空间与工程学报. 2017, 13(5): 1194-1199.

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塑料套管混凝土桩(以下简称TC桩)是由预先打设在地基中的塑料套管内浇注混凝土组成的。以TC桩软基处理的交通运输工程为依托,对TC桩单桩和复合地基进行了静载试验以了解TC桩的荷载-沉降特性。试验结果分析表明:TC桩单桩和复合地基的荷载-沉降曲线中无明显陡降且沉降量较低,现有规范难以确定其极限承载力,故引入了5种单桩极限承载力的经验判定方法和复合地基极限承载力经典计算公式,并提出了3条TC桩单桩极限承载力的基本判定原则,表明在实测荷载-沉降曲线的基础上,Chin法较适合判定TC桩单桩和复合地基的极限承载力。

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基于波速测量的龙马溪组页岩的各向异性研究

袁和义,陈平

地下空间与工程学报. 2017, 13(5): 1200-1205.

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随页岩气开采大力发展,对页岩的认识也逐显重要。页岩作为明显的层状结构岩石,普遍表现出各向异性。为此,基于横观各向同性介质模型,通过测量岩样不同方向的纵波波速和快慢横波波速,计算了长宁区块龙马溪组岩样的刚度系数与弹性系数,并与静载荷试验测定的弹性参数做出对比。试验结果表明,页岩的纵波波速以及快慢横波波速均表现出各向异性,并且随围压升高,波速升高速率变缓。岩样的杨氏模量与泊松比亦表现出各向异性,水平方向上的杨氏模量始终高于垂直方向上的杨氏模量,而3个方向的泊松比不一致。动态加载测试值与静态加载测试值随围压变化趋势一致,并且随围压升高,由孔隙和微裂缝引起各向异性减弱。考虑页岩中微裂缝的存在,通过弥散损伤模型计算龙马溪组页岩的损伤参数,认为在围压作用下微裂缝主要存在于平行层理面方向,围压对垂直层理面的裂缝影响较小。

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黄土节理表面形态及其分级研究

刘小军,王震,王铁行,徐彬彬

地下空间与工程学报. 2017, 13(5): 1206-1214.

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黄土节理在黄土地区广泛分布,节理表面形态对其强度及渗流等特性有重要影响。在大量野外调研的基础上,选取合适场地采集了典型天然黄土节理试样,利用轮廓曲线仪测量节理表面形态,绘制了节理面二维及三维轮廓曲线。然后运用统计学方法计算了节理表面特征参数,研究表明,节理表面的全坐标高度分布为高斯分布或准高斯分布。通过选取高度均方根z₁、峰点密度η、坡度均方根z₂三个参数,根据数据统计结果确定单因素分级范围,进而利用模糊数学方法综合评价节理表面形态,最终得到了所取天然黄土节理试样表面形态的综合特征参数R_j及分级结果。研究发现,对于同一场地,R_j值较为接近,表明同场地的节理表面形态具有相似性;经验证,特征参数R_j与黄土节理剪切强度具有较好的相关性,表明了分级的合理性。

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构度指标与黄土力学特性指标的关系研究

秦鹏成,邵生俊,郑晓锋,褚峰

地下空间与工程学报. 2017, 13(5): 1215-1220.

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西北地区基础设施建设涉及地基、边坡、洞室、支护及环境等岩土工程,由于黄土对水敏感性、特有结构性及结构强度,常因黄土的结构性损伤及结构强度遇水衰减而产生许多岩土工程问题,如:“基础不均匀沉降、边坡滑坡、洞室工程塌方、支护位移变形、围岩稳定性及岩土生态环境问题”,这些岩土工程问题都与黄土的力学性质有关,且黄土的力学特性起主要作用。构度指标反映了土的初始结构性,是个基本物性指标,本文主要研究构度指标对黄土力学特性指标的影响。研究表明:构度指标随压缩系数增大而减小,随压缩模量增大而增大,随湿陷系数增大而增大;在处理黄土工程问题、分析黄土力学特性等方面,构度指标具有很好的实用性、合理性。

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不同应变类型红黏土归一化特性分析

肖桂元,黄翔

地下空间与工程学报. 2017, 13(5): 1221-1227.

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基于红黏土不排水三轴剪切试验,采用人工制备2种不同压实度红黏土试样,分别测定其变形特性,研究不同应变类型红黏土的应力应变曲线归一化特性。试验结果表明:试验过程中出现应变弱塑性与应变强塑性这2种应变类型曲线,压实度对红黏土应变类型存在较大影响;2种应变关系曲线皆可用双曲线函数模型进行拟合;利用主应力差渐近值对不同应变类型的红黏土进行归一化分析均取得了较为理想的效果,对应变强塑性红黏土的曲线拟合效果优于应变弱塑性红黏土;本次试验用红黏土在重塑过程中损失了部分结构性,宜继续对比原状红黏土即结构性红黏土的应力-应变关系,构建结构性土本构模型。

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浅埋隧道破裂面的极限平衡分析法

郭子红,钟祖良

地下空间与工程学报. 2017, 13(5): 1228-1233.

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为了获得浅埋隧道破裂面稳定性定量评判指标,采用极限平衡原理与变分方法分析浅埋隧道破裂面的分布状态,以此为基础,建立以安全系数为评判指标的浅埋隧道稳定性分析方法。结合数值模拟分析得出,围岩破裂面接近直线,起始点位于隧道拱腰至拱顶区域,随着隧道埋深的减小,产生冒顶的区域越向拱顶集中,且数值模拟获得的破裂区域与理论结果较接近;埋深对隧道安全系数影响较小,围岩内聚力和内摩擦角对隧道安全系数影响显著,随着内聚力和内摩擦角增加,隧道安全系数增加;F为静止土压力时,理论分析和数值模拟所获安全系数发展趋势一致,且所获得安全系数小于数值模拟结果,较为保守。

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隧道锚尺寸对其承载特性的影响及破坏机理

杨忠平,刘树林,柯炜,刘新荣

地下空间与工程学报. 2017, 13(5): 1234-1241.

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锚碇作为跨江悬索大桥的重要组成部分,其变形位移和受力状态直接影响到悬索桥的安全和长期使用的可靠性,而锚碇体的埋深、大小和长度等因素都会对隧道锚的承载性能产生影响。本文以某长江大桥北岸拟建于泥岩上的隧道式锚碇为背景,在保证挖方量一定情况下,通过控制锚碇埋深、截面尺寸、扩展角及锚塞体长度4个参数,采用FLAC-3D有限差分研究了隧道锚各结构尺寸参数对其承载性能的多因素综合影响。结果表明,在承载力较低的软岩上修建浅埋隧道锚,锚碇体最大变形位移主要与后锚面的尺寸有关,后锚面尺寸越大,隧道锚承载特性越好。同时获得了优于原设计的锚碇结构各尺寸参数。对已建成的实桥锚固系统的破坏全过程进行了模拟分析,结果表明,其破坏模式为锚碇围岩受侧向挤压后产生破裂而导致的锚碇体被整体拔出,以供工程参考。

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埋深对软岩圆形巷道变形破裂规律的影响分析

林志斌,朱昌星,李元海

地下空间与工程学报. 2017, 13(5): 1242-1249.

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为研究埋深对深部岩体稳定性的影响,采用离散颗粒元软件PFC^3D和透明岩体实验技术对不同埋深下圆形巷道周边岩体的变形破裂时空演变规律展开研究。研究结果表明:(1)不同埋深条件下,圆形巷道顶底板岩体与帮部岩体都会约在模型两个对角线方向上发生水平交错分离现象;(2)巷道周边岩体的径向位移都与其距巷道表面的距离呈指数衰减式分布,且随着埋深的增大,巷道周边岩体的连续性变形现象将越来越不明显;(3)随着巷道埋深的增加,巷道两帮岩体破裂逐渐往深处及拱顶底方向扩展,导致巷道顶底部岩体会因在拱腰处“立足不稳”,形成“X”型破裂;(4)巷道岩体裂纹总数和横断面岩体裂隙分形盒维数分别与巷道埋深呈指数增长和线性增长关系。

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渗透各向异性对基坑工程性状的影响研究

李玉岐,周旋

地下空间与工程学报. 2017, 13(5): 1250-1257.

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天然沉积的土体在结构构造上呈现出各向异性特征,因而在渗透上也呈现出各向异性特征。基于比奥固结理论,开发出了考虑渗流与土骨架变形耦合的三维基坑有限元程序,分别分析竖向渗透系数不变时和水平向渗透系数不变时渗透各向异性对基坑变形的影响。研究表明,无论是水平向渗透系数不变还是竖向渗透系数不变时,随着渗透各向异性系数的增大,支护结构的水平位移都增大,坑外较远距离处的地表沉降都减小;但对于坑底隆起变形,则是当水平向或者竖向渗透系数不变时,另一个方向的渗透系数越大,坑底的隆起变形量越大。因此,在进行基坑工程建设时,应考虑渗透各向异性的影响。

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膨胀剂增强地下混凝土结构抗裂效应实测分析

刘方,许烨霜,沈水龙,张达石,邱悦

地下空间与工程学报. 2017, 13(5): 1258-1262.

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以实际工程为背景,通过比较搅拌站试件试验及实际施工测试结果,分析了混凝土膨胀剂增强地下混凝土结构的膨胀抗裂效应。试件试验结果表明,掺有膨胀剂混凝土的限制膨胀率随时间变化呈现明显规律性,前3 d迅速增长并于第14 d达到峰值,随后随着时间的增加略微降低,第28 d的限制膨胀率基本保持在0.030%。现场实测的混凝土限制膨胀率随时间发展规律与试件试验相同,但其峰值相对较小。现场实测的混凝土膨胀应变相比混凝土限制膨胀率更早达到峰值,但趋势大致相同。掺有膨胀剂的后浇带及后浇式膨胀加强带能有效提高结构混凝土的膨胀应变,增强抗裂效应,距离膨胀加强带和墙体越近膨胀应变值越大。

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SDG压实度快速检测方法及误差分析

杜伟飞,刘争宏,张继文,于永堂,程新星

地下空间与工程学报. 2017, 13(5): 1263-1270.

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SDG无核密度仪是一种无损快速的压实土干密度测试仪器,其开发和引进时间较短,缺少使用经验。基于黄土地区古土壤的SDG和灌砂法、烘干法测试结果,分析了SDG标定的作用和效果,SDG测试产生误差的原因,绘制了干密度测试结果的误差分布图。结果表明,标定的作用在于使仪器内置的计算模型与实际更接近,但仍与实际存在差别是其产生测试误差的原因;压实土真实的干密度和质量含水率均会影响SDG干密度测试结果,在质量含水率与干密度组成的坐标系中,干密度测试结果相对可靠的区域为一斜向上的条带状区域;只有当压实土的质量含水率在较小区间分布时,SDG测试得到的不同试样干密度大小排序才和实际一致。

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砂土中微型桩p-y曲线研究

付毳,庄一舟,陈宝春,樊争辉

地下空间与工程学报. 2017, 13(5): 1271-1279.

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本文通过砂土中微型桩侧向受荷室内足尺模型试验,获得了微型桩在侧向受荷时不同深度处桩身位移、弯矩和桩周土反力,研究了微型桩的变形和受力特性。在试验基础上,利用三维有限元方法建立了微型桩-土互相作用模型,针对桩径从0.1 m到0.2 m的微型桩p-y曲线进行分析,并与常用的Reese法和API法的进行比较,发现常用的Reese法和API规范的p-y曲线的初始刚度偏大及桩周土极限抗力偏小。最后,在试验及三维有限元模型的基础上研究了微型桩-土p-y曲线沿深度变化的分布特性,提出了适用于砂土中微型桩的双曲线型p-y曲线。

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济南轨道交通某深基坑降水与回灌数值分析

王国富,王倩,路林海,李罡,唐卓华

地下空间与工程学报. 2017, 13(5): 1280-1288.

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基坑降水会改变基坑周围地下水位,进而引起不均匀沉降,影响周围建筑物安全性,实践证明,回灌法是解决此类工程问题的有效手段之一。以济南轨道交通R1线某深基坑降水工程为研究目标,利用Visual Modflow软件分析基坑降水与回灌,分别模拟基坑在止水帷幕与回灌不同工况条件下降水与回灌对周围地下水位与沉降的不同影响效果。仅回灌模拟结果表明:回灌井设在基坑周围10 m处,保持回灌量大于等于抽水量,地下水位控制效果相对较好;回灌结合止水帷幕模拟结果表明:回灌量控制在抽水量的2/3左右,回灌井设在基坑周围30 m处,回灌在整个模型区域地下水位控制效果最好,沉降小于0.1 cm。根据模拟结果得出适用于该工程地下水位扰动最小的回灌方式及最优方案,为工程施工提供理论依据与参考。

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轮胎桩单桩复合地基承载力的试验研究

王凤池,兰海洋,董明,宫鹤

地下空间与工程学报. 2017, 13(5): 1289-1295.

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为提高散体材料桩的力学性能和废弃橡胶轮胎在建筑领域的应用,提出一种新型轮胎桩。由于橡胶轮胎具有很好的环向及径向抗拉强度,在荷载作用下,可以有效发挥橡胶轮胎的环箍作用,增强散体材料的抗剪切能力。笔者通过室内模型试验研究了轮胎桩复合地基承载力特性以及轮胎桩内不同填充物、不同直径的轮胎桩和不同下卧层刚度对轮胎桩复合地基承载性状的影响。结果表明:轮胎桩单桩复合地基能够减小地基沉降,增加地基承载力;橡胶轮胎桩中填充料的性质可以影响轮胎桩单桩复合地基的承载能力,混凝土废骨料可以代替河砂作为橡胶轮胎桩的填充物;轮胎桩复合地基随着轮胎尺寸的增加,承载力先变大后减小;下卧层刚度的变化对轮胎桩复合地基承载力的影响较大。

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砂土中挡墙不同变位模式主动土压力模型试验

许雷挺,张治成,张戎泽,钱建固

地下空间与工程学报. 2017, 13(5): 1296-1302.

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针对刚性挡墙不同变位模式,对基坑开挖过程中土体作用于墙上的主动土压力进行模型试验研究。试验模拟了在平移(T模式)、绕墙趾转动(RB模式)和绕墙顶转动(RT模式)3种基本刚性变位模式下挡墙土压力的变化,得到了墙背主动土压力的基本规律。试验观察发现,挡墙平移时,主动土压力呈重心下移的抛物线形,挡墙变位最大位移约0.002H时达到极限平衡状态;挡墙绕墙趾转动时,主动土压力近似呈三角形分布,约0.0035H时达到极限平衡状态;挡墙绕墙顶转动时,主动土压力呈上部大而下部小的抛物线形,约0.0025H时达到极限平衡状态。本文还将得到的主动土压力规律进行简化,得到了3种基本变位模式下的主动土压力简化图,对工程实践具有指导意义。

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穿越高层建筑大跨隧道施工力学与支护结构研究

皮亮,蒋树屏

地下空间与工程学报. 2017, 13(5): 1303-1310.

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依托重庆两江大桥项目,以重庆两江大桥连接隧道下穿华夏大厦段双向4车道连拱隧道为工程背景,通过现场监控量测和数值模拟,研究了两江大桥连接隧道在穿越华夏大厦高层建筑条件下的施工力学行为。研究表明:建筑物基础对减小围岩体内横向水平位移有一定控制作用,但对纵向水平位移则无明显效果,反之距隧道边线17 m范围内建筑均不同程度的受隧道施工影响;隧道地表至拱顶围岩体内,随着深度的增加围岩体内横向垂直位移靠近建筑物基础减少,在完全穿越建筑物基础后达到最小值;随着远离建筑物基础,地表沉降曲线变宽变深,呈对称形态,随着靠近建筑物基础,地表沉降曲线变窄变浅,呈非对称形态。研究成果为紧邻城市高层建筑交通隧道的结构型式、施工工法、支护参数等提供参考。

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浅埋偏压隧道进洞施工力学特性研究

徐前卫,程盼盼,苏培森,董继涛,陈国中

地下空间与工程学报. 2017, 13(5): 1311-1318.

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隧道进口段围岩常常具有浅埋、偏压、风化严重等特点,若施工处理不当,极易造成洞口边、仰坡滑动和洞内塌方等事故,从而影响隧道正常施工和人员安全。结合具体工程,对浅埋偏压隧道进洞施工开展了三维数值模拟,并结合监测数据分析了施工对围岩和支护结构力学特性的影响,主要结论如下:围岩变形具有非对称性,浅埋侧围岩变形量要小于深埋侧;随着隧道的逐步开挖,隧道深埋侧拱脚和浅埋侧拱肩处围岩易于发生剪切破坏,而且围岩的塑性区也主要位于这两个区域,并逐渐向拱顶上方贯通;初期支护结构的受力状态受偏压地形影响显著呈非对称性,而超前支护受偏压影响较小;现场实测围岩变形与计算结果较为吻合,且变形在22天后达到稳定状态。

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妈湾跨海通道前海湾隧道工法方案比选

陈仁东

地下空间与工程学报. 2017, 13(5): 1319-1328.

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妈湾跨海通道前海湾隧道工程是濒海地区、人工填土与软土复合地质条件下,穿港、深埋、特长的大型水下城市隧道工程。该工程建设条件与地质条件极为复杂,不仅濒海工程建设受自然气候与海洋环境条件影响大,两岸陆域人工填海造陆更增加了工程场地地质条件的复杂程度,同时,穿越远期航道的独特竖向位置也对工程的安全风险提出了挑战。在深入分析建设条件与项目特点的基础上,提出“水陆并重、综合比选”的工法比选原则,进行盾构法、沉管法、堰筑法及钻爆法等多工法方案比较,认为盾构法能够适应复杂的地层条件,与之相接的陆域明挖基坑工程技术难度与风险可控,且受自然条件制约少、对周边环境影响小、场地需求低,可作为推荐工法方案继续深入开展相关课题研究。

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大跨度暗挖地铁车站开挖工序优化研究

李克先,李术才,赵继增

地下空间与工程学报. 2017, 13(5): 1329-1337.

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青岛地区良好的地质条件为暗挖工法提供了广阔的应用背景,软土地层条件下难以实现的大跨度浅埋暗挖工法能够在硬岩环境中顺利开展。但随着工程经验的积累,发现传统的双侧壁导坑法及拱盖法在硬岩环境中仍存在优化空间。如何结合地质条件,简化工序成为设计施工的关键。笔者结合不同的地质环境,对施工工序进行优化设计,研究出适用于硬岩环境下的工法,根据工程经验总结阐述了双侧壁导坑法、拱盖法、拱部双侧壁+下部台阶法、初支拱盖法、台阶法等工法施工步序,并对各种工法工序特点、适用地层及其施工耗时进行对比。研究结果表明,优化后的初支拱盖法、能够适用于Ⅱ、Ⅲ及部分Ⅳ级围岩中,适用范围较广,且施工安全性较高,施工周期比双侧壁导坑法缩短了8~10个月,比优化之前的拱盖法缩短了4~6个月,优化后的拱盖法能够在青岛硬岩地层广泛应用。

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考虑煤体状态的采动岩体移动规律

周泽,朱川曲,李青锋,史应恩

地下空间与工程学报. 2017, 13(5): 1338-1346.

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在传统采动岩体理论分析中将煤体作为采动岩体的刚性边界,这与现场实际有较大的出入。针对该问题,将煤体视为与其上覆岩层一起协调变形的弹性承载体,对覆岩的初次破断和周期性破断进行了理论分析和数值模拟,结果表明:覆岩的移动规律不仅与其自身性质有关,而且与其下伏支撑体的地基系数密切相关。当下伏支撑体的地基系数小时,覆岩初次垮落步距更小,覆岩初次断裂位置位于岩梁中间,覆岩周期断裂的位置更趋于支撑边界深处,同时支撑体本身的破坏范围更大;反之,覆岩初次垮落步距更大,覆岩周期断裂的位置更靠近支撑边界,同时支撑体本身的破坏范围变小。因此,在煤层开采过程中,覆岩的移动规律不仅需要考虑自身的力学性质,还需考虑其下伏支撑体的状态。在考虑软弱煤层时,不仅应考虑软弱煤层的力学性质,还需综合考虑煤层的开采厚度。

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大岗山水电站边坡抗剪岩-洞相互作用研究

邢亚子,李连崇,钟波波,马克,唐春安

地下空间与工程学报. 2017, 13(5): 1347-1354.

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大岗山水电站右岸边坡地质条件复杂,地应力较高,发育有辉绿岩脉、中倾坡外的断层、卸荷裂隙密集带等不利组合体,边坡稳定性问题极为突出。将实际微震监测技术与有限差分数值软件FLAC^3D结合,对抗剪洞加固前、后的边坡稳定性以及岩-洞两体的相互作用进行分析。指出边坡开挖过程中岩体空间损伤劣化的微震活动规律和可能发生坡体失稳的潜在滑动面位置。研究发现抗剪洞起到了很好的加固作用,加固后潜在滑体产生的位移几乎不到加固前的一半、坡体的安全系数提高了36.2%及微震监测得到的微震事件降低了约66.4%。

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深厚砂层深挖圆形竖井施工数值模拟及实测分析

李孟,郑月昱,杨小平,刘庭金

地下空间与工程学报. 2017, 13(5): 1355-1362.

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湛江湾跨海盾构隧道竖井开挖深度大,地处深厚砂层,其围护结构受力条件复杂。根据该工程所处地质环境和围护结构设计特点,采用地层结构有限元增量法,详细模拟盾构竖井的施工过程,重点分析竖井围护结构的水平位移及受力规律,并与实测进行对比,得出以下结论:由于所处地层较软和加固土体的作用,导致始发井连续墙后靠背侧水平位移随深度呈横向“W”型分布,接收井各侧面水平位移呈横向“V”型分布;计算和实测均表明接收井施工过程的高风险工况为开挖至第5层和第6层处;接收井的水平位移及钢筋应力计算值与实测结果趋势较吻合。其分析方法和监测成果可为今后沿海深厚砂层深挖盾构竖井的设计与施工提供参考。

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深部机头硐室锚注和底板卸压联合支护技术研究

翟新献,秦龙头,陈成宇,赵高杰,李文杰

地下空间与工程学报. 2017, 13(5): 1363-1372.

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新庄煤矿胶带暗斜井沿煤层布置,暗斜井内铺设强力胶带输送机,第二部机头硐室变形破坏明显。研究该硐室锚注加固和底板卸压技术,对于硐室围岩的长期稳定具有重要的现实意义。基于硐室工程地质条件,采用理论分析、数值计算和现场工业性试验进行系统研究,研究结果表明:(1)硐室围岩岩性差,受井筒保护煤柱固定支承压力的作用,硐室围岩应力高、围岩有效载荷系数较大,造成硐室底臌和围岩变形破坏严重。(2)与卸压前相比,硐室底板开挖卸压槽以后,明显降低了硐室底板围岩铅垂应力和两帮围岩水平应力,而硐室顶板围岩铅垂应力、两帮水平位移量基本保持不变,所以底板卸压槽有利于硐室围岩的长期稳定。变形严重的机头硐室采用锚(索)网喷联合支护翻修以后,底板开挖卸压槽,硐室顶板、两帮采用注浆锚杆注浆,且两帮、底板(含卸压槽)采用锚索束注浆。项目实施以后硐室围岩处于稳定状态,现场工业性试验取得了成功。

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岩溶隧道掌子面防突厚度理论分析

郭佳奇,李宏飞,陈帆,贺振宇

地下空间与工程学报. 2017, 13(5): 1373-1380.

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掌子面岩墙预留厚度是高风险岩溶隧道采用释能降压法施工时的一项重要技术参数。本文基于弹性厚板理论,分析了岩溶隧道掌子面突水机制,推导了边界条件分别为固支和简支两种模式的岩溶隧道掌子面岩墙安全防突厚度及临界水压计算公式。上述计算公式的参数化分析表明,两种模式下掌子面岩墙安全防突厚度随前方岩溶水压力、岩体泊松比的增大而增大;掌子面岩体质量越差,防突厚度愈大。临界水压力随掌子面岩墙厚度增加而增加,掌子面岩体质量越差,临界水压力愈小。掌子面岩墙安全防突厚度的理论分析及算例结果表明,固支边界条件下的计算结果与施工中普遍采用的预留厚度值较为一致,该结论可为类似工程提供参考和借鉴。

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富水软土长距离非锁口曲线管幕施工风险研究

李博,刘镇,周翠英

地下空间与工程学报. 2017, 13(5): 1381-1388.

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非锁口曲线管幕工法是为适应复杂地下环境与工程障碍物而发展的隧道非开挖新技术,其施工过程的风险控制是十分值得重视的研究课题,特别是富水软土隧道。本文结合港珠澳大桥拱北隧道暗挖工程,重点研究富水软土长距离非锁口曲线管幕工程施工的风险评估问题。基于富水软土中长距离非锁口曲线管幕施工进行风险分析,得到风险因素对总评指标的权重,再采用专家调查法对单因素进行评价,得到模糊关系矩阵,然后进行合成计算得到综合评判集,建立基于层次分析法的风险模糊评估方法和标准。最后运用该方法对港珠澳大桥拱北隧道管幕工程的施工风险进行分析评估,绘制了风险因素分布直方图,计算得到了综合风险等级,提出了风险控制建议。

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地下工程施工突发事件应急辐射研究

尤捷,杨平,李洁

地下空间与工程学报. 2017, 13(5): 1389-1395.

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地下工程施工突发事件破坏程度高,单靠项目部的应急救援能力,往往不足以应对。阐明了地下工程施工突发事件应急辐射的作用,指出应急辐射具有时效、差异、动态、双向等特点,研究分析了影响应急辐射的应急救援力量、应急资源、专业救援匹配度、应急处置效率、交通运输条件等5种因素,构建了地下工程施工突发事件应急辐射模型,并进行实证研究。研究表明:施工企业和项目部应科学评估周边应急辐射强弱,充分利用附近的应急救援力量和资源,与自身的应急准备互为补充,共同应对重特大施工突发事件,能够有效减少自身的应急准备投入,提高资源配置效率。

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辛置煤矿间歇开采岩移机理及沉陷规律研究

李春意,崔希民,马爱阳

地下空间与工程学报. 2017, 13(5): 1396-1406.

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为了研究巨厚黄土层下间歇开采岩移机理及地表沉陷规律,基于辛置煤矿的地质采矿条件,对条带开采煤柱的稳定性进行了理论分析,得到了倾斜煤层煤柱稳定性的判别函数;采用UDEC数值分析方法反演了百亩沟村庄下前期条带开采覆岩及地表沉陷特征,揭示了岩层移动的机理,获取了研究区域主断面的地表沉陷值。隔离煤柱回收后,依据现场实测数据,分析了间歇开采地表动态和静态地表沉陷特征,求取了地表移动角值参数和概率积分预计参数。研究结果表明,前期条带开采煤柱能够形成稳定的核区,煤柱安全系数为2.34,关键层不破断,地表最大下沉217 mm,最大水平拉伸变形为0.41 mm/m,小于窑洞的Ⅰ级抗拉伸水平变形的临界值。间隔煤柱回采后,地表移动初始期和活跃期偏短累计219 d,最大下沉点下沉量与下沉时间服从负指数函数关系;地表终态最大下沉1 537 mm,水平拉伸变形为3.98 mm/m,地表建(构)筑物所受的采动损坏程度超过了Ⅱ级。间歇开采后地表沉陷下沉系数为0.74,开采影响传播角系数为0.6。

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基于工程岩体起裂判据的岩爆破坏区研究

徐士良

地下空间与工程学报. 2017, 13(5): 1407-1413.

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随着深部地下工程的兴建,岩爆发生的概率大大增加,工程建设中常遇到的岩爆类型为应变型岩爆,确定岩爆破坏区范围和深度对地下工程支护设计和施工安全有着重要的指导意义。本文根据秦岭终南山混合片麻岩单轴压缩变形实验结果,采用裂纹体积应变法和侧向应变响应法,得到混合片麻岩的裂纹起裂应力。在分析混合片麻岩的起裂机制基础上,建立了基于裂纹起裂应力的工程岩体起裂判据,并根据围岩二次应力Kirsch计算公式,采用弹性理论推导了岩爆破坏区范围和深度的计算公式。岩爆破坏区的计算结果与秦岭终南山公路隧道2号通风竖井实际情况有很好的一致性,对类似地下工程有一定参考价值。

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三维离散元法解析砂型泥石流细观运动特征研究

姚志雄

地下空间与工程学报. 2017, 13(5): 1414-1423.

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基于散体介质理论的三维离散元数值分析方法,引入粘滞阻尼模型考虑系统耗能效应,求解固体作用力和流体连续性方程,充分考虑流固耦合作用,对中、细标准砂泥石流过程进行仿真分析,得到不同砂型泥石流破坏过程及渗流场、颗粒速度场、孔隙率、颗粒接触数等参数变化规律。分析表明,中砂、细砂分别表现出分层渐进式和流滑型的破坏模式,这与已有物理试验现象吻合,验证该模型的适用性,并从渗流场分布规律深刻解释该现象发生机理。泥石流过程中土颗粒速度矢量变化规律从细观上揭示了隐藏在颗粒内部的相互碰撞、摩擦、滑动等复杂运动特点,从宏观上揭示了中砂土坡脚薄弱位置率先突破,主滑动体形成直至完全失稳的分级渐进式破坏过程。进一步分析了土体孔隙率和平均接触数分布云图变化规律,中砂泥石流过程中随颗粒运动,滑动体孔隙率逐渐增大,颗粒接触数逐渐减小,并且这种发展趋势逐渐往坡后方土体蔓延;进一步揭示了中砂泥石流分级渐进破坏过程与颗粒速度场分析规律一致。分析结果表明了该模型方法在模拟泥石流这种大变形、流固耦合问题上的适用性,这对泥石流复杂机理的更深入探索是有益的。

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基于灰色关联分析理论的边坡稳定性预测

刘春,杜俊生,王敬堃

地下空间与工程学报. 2017, 13(5): 1424-1430.

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灰色系统理论是用于研究少数据和贫信息的不确定性问题的新方法。为了分析具体边坡工程的边坡稳定性,在简要阐述边坡稳定性方法、介绍灰色系统基本原理和分析不确定性分析方法之间的差异性基础上,通过灰色关联分析的灰色关联度方法,以重庆万梁高速公路边坡工程的稳定状况为参考样本及预测样本,选取影响边坡稳定性的一些主要因素,建立数学模型,讨论了基于灰色关联分析理论的边坡岩体稳定性计算方法及其有效性。结果表明:模型计算与实际情况一致,灰色关联分析理论方法能全面地考虑工程中的信息贫乏和实际边坡问题的非确定性属性,简单易算,同时能较好地预测边坡稳定性。

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