地下空间与工程学报

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邵继中,胡振宇

地下空间与工程学报. 2017, 13(6): 1431-1443.

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当前对城市空间的研究往往侧重于城市中的可见要素,过分强调物质实体,自然对地下空间这个不易被直观发现的重要组成部分有所忽略,从而导致发展缺乏整体而系统的视角。研究通过挖掘各类城市发展内在因素的复杂性、关联性和系统性,策略化的探索地下空间对于地面空间调整和优化的途径,从而解决城市发展过程中形成的地下与地上分离倾向。研究结果表明,地上与地下空间耦合的过程体现在使其各要素之间形成不同层次的整合关系,即功能的耦合、形态的耦合和场所的整体。由此,地上地下空间多重耦合就需要两者在各个层面上相互融合、协调发展,并由此逐步产生精神层面及社会层面的良性互动。

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城市综合管廊开发驱动力实证研究

王洋,王良俊,何祖勇,凌添兵,刘浪

地下空间与工程学报. 2017, 13(6): 1444-1451.

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基于日本城市过去46年城市综合管廊开发、城市发展数据,揭示了日本城市综合管廊开发量与城市人口密度、人均GDP、人均建设用地面积、地价指数之间的内涵关系,得到:城市地下综合管廊开发量与城市人口密度之间存在较强负相关性;城市综合管廊开发量与人均GDP之间存在较强的正相关性;人均建设用地面积与城市综合管廊开发量之间存在较强的正相关性;地价指数与城市综合管廊开发量之间存在较强的负相关性。从本质上说明了城市发展对于城市综合管廊开发的驱动作用,进一步利用城市综合管廊与城市发展指标之间的定量关系,得到城市综合管廊开发量与城市发展指标之间的量化模型,该模型预测结果可以作为我国城市综合管廊开发决策的参考。

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人工冻融黏土导热系数试验研究

李栋伟,刘娟,蔡强,李阳,周艳

地下空间与工程学报. 2017, 13(6): 1452-1456.

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基于TC3000型热线法导热系数测试原理,研制了人工冻土导热系数测试系统,该系统具有温度精度高、测试速度快、测试灵活等优点。对冻结地下工程岩土进行了导热系数试验研究,获得人工冻结黏土随干密度、含水率、外界环境温度变化对冻土导热系数的影响规律。试验结果表明:冻融土导热系数随干密度呈线性增加,平均增长速率为0.20~0.25 W/m·K之间;冻融土导热系数随含水率变化平均增长速率相差不超过0.03 W/m·K;温度每降低1 ℃,冻融土导热系数增加0.01~0.014 W/m·K。研究成果可为类似冻结工程中测试土体导热系数提出一种新的有效方法,对人工冻结温度场计算具有重要指导意义。

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黄土剪切应变硬化-软化分类试验研究

吴旭阳,梁庆国,牛富俊,李春清

地下空间与工程学报. 2017, 13(6): 1457-1466.

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通过对不同方向的原状黄土和不同密度及含水率的重塑黄土的室内剪切试验,较为系统地研究了黄土在不同类型荷载作用下的破坏特点及规律性。结果表明:黄土轴向压缩破坏类型可分为强软化型、一般软化型、弱软化型、一般硬化型、弱硬化型、强硬化型,E-B模型能很好地反映硬化类型材料的应力一应变特性,通过对E-B模型进行推导,得出依据应力一应变曲率进行判别硬化程度的新方法。根据软化类型黄土峰值应力过后的斜率不同,提出了依据峰值应力后斜率判别黄土软化程度的新方法。工程中黄土理想含水率应低于15%。研究结果对黄土强度特性的理解具有一定的参考意义。

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浸水对击实黄土的压缩变形影响的试验研究

杨晶,邓美林,白晓红

地下空间与工程学报. 2017, 13(6): 1467-1471.

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回填地基或路基在施工运营后产生沉降变形往往与浸水有关。通过对轻型和重型击实黄土的试验研究,分析比较了浸水和不浸水条件下击实黄土的压缩变形随压力变化的规律,定义了浸水压缩变形影响系数,通过该系数反映击实黄土的水稳定性,结果表明,重型击实土的水稳定性优于轻型击实土,当击实土的含水量为相应击实能对应的最优含水量时,无论是轻型击实土或是重型击实土均表现良好的水稳定性;含水量低于最优含水量时,压实黄土遇水膨胀软化,水稳定性差;含水量高于最优含水量时,压实黄土遇水不膨胀,但浸水压缩变形影响系数仍较最优含水量试样的值要大些。

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粘性土渗透破坏临界条件推导及试验探讨

姜伏伟

地下空间与工程学报. 2017, 13(6): 1472-1476.

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粘性土渗透破坏一直受到普遍重视,但对其临界条件的理论和试验研究较少。孔隙性质(大小、分布)是影响渗透破坏的主要因素,但其具有不规则性。在理想条件下,本文将粘性土孔隙等效为均匀分布的圆管,从管道流角度分析粘性土的渗流破坏临界条件,包括临界流量、临界流速、临界水力坡降和临界渗透系数,建立了孔隙直径与临界条件的数学表达式。在理论分析基础上,设计了管道流试验装置和试验方法。选取贵州贵阳10组粘性土试样为研究对象,测出了其渗透破坏临界拖曳力,并计算分析不同孔隙直径、水温情况下的临界参数。结果表明:孔隙直径和水温对渗透破坏临界参数影响较大,在双对数图上,呈现线性关系。

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红黏土在原状及重塑状态下的力学性质试验研究

张彦召,左双英,季永新

地下空间与工程学报. 2017, 13(6): 1477-1482.

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土的结构性是土中颗粒或颗粒集合体及孔隙之间的大小、形状、排列组合及联结等综合特征。不同围压下固结不排水三轴压缩试验表明,贵阳原状和重塑红黏土应力一应变曲线、有效应力路径、抗剪强度指标、破坏形态等宏观力学行为明显不同。考虑红黏土结构性,通过SEM电镜扫描测试,指出红黏土矿物颗粒单元间接触和联结状态,对比分析原状和重塑土样在颗粒形态、孔隙结构与分布等微观差异,研究结构性红黏土宏观强度与变形特性的细微观机理。研究成果对于正确认识红黏土的结构性具有重要作用,可为结构性红黏土工程设计与施工提供理论依据和技术指导。

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碱污染红黏土物理性质及微观结构试验研究

王麒,陈筠,赵鹏,施鹏超,沙运斌

地下空间与工程学报. 2017, 13(6): 1483-1492.

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碱污染使得贵州某铝厂地基红黏土孔隙比、比重和塑性指数降低。结合实际污染液浓度及入磨母液为污染源,考虑时间和浓度效应,对碱污染原状红黏土通过室内土工、电镜扫描试验、能谱分析,研究其物理性质的变化。结果表明:高浓度下,各基本物理指标总体低于蒸馏水养护下各指标,有机质含量、比重、黏粒含量、塑性指数、孔隙比整体降低,养护0～10 d期间,浓度越大指标降低程度越大,10 d时出现极值点;低浓度下,土颗粒较为分散,各物理指标多在20 d或40 d时出现极值点;入磨母液中,各物理指标均较低。污染红黏土特殊物理性质的变化是其微观孔隙面积、颗粒个数、新盐填充在微观孔隙内部以及黏土矿物吸附溶液中物质所共同导致的,另外,碱污染红黏土中粘土矿物不吸附Mg元素,岩土工程中应引起注意。

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风积细粒防渗土料掺砾比研究

魏恺泓,张世殊,裴向军,李进元,崔中涛

地下空间与工程学报. 2017, 13(6): 1493-1498.

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某水电站设计最大坝高150 m,拟采用碎石土心墙堆石坝,但特殊的地质、地理、气候等因素导致工程区及外围缺乏优质防渗土料。通过大量的试验研究,笔者认为风积粉土(Q^eol₄)可作为天然防渗土料,其物理性质、力学特性、渗透系数等质量指标基本满足要求。但作为高坝心墙防渗体土料,力学强度相对较低,必须进行工程特性改良,即掺入人工碎砾石料。研究表明:在不同的掺砾比试验条件下,粘粒、粉粒含量随掺砾料的增加而减少,且P₅(掺砾料>5 mm颗粒含量)与最大干密度ρ_dmax、最优含水率ω_0p具有相关性;当掺砾率为40%时,压缩特性和力学强度大幅度提高的同时,渗透系数最小,因此确定其为最优掺砾率。研究成果为该坝的可行性提供了重要技术支撑,具有重大的工程意义。

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SHPB试验中合理加载波形比选分析

平琦,吴明静,马芹永,袁璞,张欢

地下空间与工程学报. 2017, 13(6): 1499-1505.

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针对SHPB试验中如何选择合理加载波形问题,将矩形波、坡形波、三角波和常规梯形波等入射波形统一表达为不同升时的梯形波,并给出其加载应力路径方程。首先,计算分析了加载持续时间和最大应力幅值相同情况下,采用不同升时梯形波和半正弦波加载时,试件应力平衡时间t′_u随波阻抗比β变化情况,以及不同β的试件应力均匀性变化特征。其次,从试件应力平衡时间和应力均匀性角度分析两种加载波形的优劣性。升时t′_r=2、4的梯形波优于半正弦波,半正弦波优于t′_r≥7的梯形波;而t′_r=0、1、3、5、6的梯形波与半正弦波加载时t′_u曲线变化过程中出现了交叉现象,交叉前半正弦波优于此升时的梯形波,交叉后两者优劣性相反。最后,提出试验中合理加载波形的选择与确定。即无论β为何值,t′_r=2或4的梯形波加载时,试件均能获得较短应力平衡时间和较好应力均匀性,试验中应将t′_r=2的梯形波作为最佳加载波形优先选用,其次可考虑选用t′_r=4的梯形波;此外,计算给出不同β值对应的其他合理加载波形以便试验中选用。

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酸性溶液对花岗岩残积土物理力学特性的影响

姬凤玲,李强

地下空间与工程学报. 2017, 13(6): 1506-1510.

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花岗岩残积土是华南地区进行工程建设时的常见地层之一,它的工程性质易受到周围环境的影响。采用人工方法制备了4种不同浓度的硫酸溶液浸泡后的试样,同时与原状试样进行对比,系统研究了不同浓度的硫酸溶液、不同的酸液溶蚀时间对花岗岩残积土试样物理、力学特性的影响。试验结果表明:(1)随着酸液浓度及酸液溶蚀时间的增大,试样的土粒比重减小、孔隙比增大、颗粒粒径级配变差;(2)试样的剪应力-剪切位移关系曲线类型会随着法向压力及酸液溶蚀作用而发生变化;(3)硫酸溶液浸泡后,试样的抗剪强度参数粘聚力和内摩擦角都降低了,但粘聚力的降低效果更明显。

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环剪试验条件下不同地区黄土的残余强度研究

丁红丽,骆亚生

地下空间与工程学报. 2017, 13(6): 1511-1516.

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利用HJ-1型环剪仪,以泾阳、子洲、兰州3个地区的黄土为研究对象,分析了剪切速率、含水率、竖向应力及干密度4个影响因素对黄土残余强度的影响。结果表明:竖向应力对黄土的残余强度具有最明显的影响,其次是含水率、剪切速率、干密度;分析比较3个地区黄土的残余强度,得出对于粉粒含量较多的兰州黄土,其含水率为19%时对应的残余强度较大;对于粗粒含量较多的子洲黄土,含水率小于最优含水率,同时干密度为1.63 g/cm³时对应的残余强度较大;对于黏粒含量较多的泾阳黄土,含水率较小,同时干密度较小时对应的残余强度较大。探讨不同地区黄土残余强度的变化规律,对于边坡的稳定性分析及滑坡带的防治具有重要的学术及工程意义。

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复合材料叠合衬砌加固管片接头抗正弯矩研究

宿文德

地下空间与工程学报. 2017, 13(6): 1517-1524.

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复合材料叠合衬砌是加强各种隧道的一种新型结构形式。这种结构具有强度高、操作轻便、施工效率高、构件所占空间小等优点,特别适合于城市地铁隧道修复时复杂的施工条件。笔者主要研究了管片接头采用复合材料叠合衬砌加固后的抗正弯矩性能,对加固前后管片接头的荷载-挠度变化、荷载-接缝张开量变化(内外两侧)、荷载-接缝张角变化、螺栓应力及复合构件应力变化等进行了对比分析,研究了复合构件加固接头的破坏形态。结果表明,复合材料叠合衬砌能有效提高管片接头在正弯矩区的抗弯承载能力和接头转角刚度,可作为隧道管片加固的一种新方法。

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机组振动作用下厂房机墩结构振幅计算方法研究

张志军

地下空间与工程学报. 2017, 13(6): 1525-1530.

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水电站厂房机组的巨型化导致厂房机墩等结构尺寸的增大,传统的规范法已经无法满足设计精度的要求,因此有限元法计算得到了大力推广,但采用哪种有限元法及有限元法计算结果的合理性、其与规范法计算结果的差异等问题需得到解决。笔者通过对多电站机墩结构垂直振幅不同计算方法结果的全面比较分析,发现拟静力法的计算结果大于动力法的计算结果,而动力法大于解析法的计算结果;有限元计算模型的底部边界高程对机墩结构振幅计算影响较大,宜取相对于基准面的相对振幅,基准面宜选取在机组安装高程,对于有限元法的计算结果,用相对于安装高程的相对振幅与结构力学法的“振幅标准”进行比较更为合理。

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焦石坝地区页岩气水平钻井井壁稳定性实验研究

刘厚彬,张帆,孟英峰,李皋,崔云海

地下空间与工程学报. 2017, 13(6): 1531-1536.

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为揭示涪陵焦石坝地区页岩储层井壁岩石垮塌失稳诱因,探索页岩气水平井井壁垮塌主要控制因素,应用室内力学实验测试方法,研究了井下应力环境下页岩岩体力学空间各向异性及层理缝面力学性质,并结合焦页1HF井水平井实钻井下复杂情况,探讨了页岩的独特力学特性及其影响井壁岩石垮塌失稳的力学机理。实验结果表明:焦石坝页岩岩体平行层理极为发育,层理缝面间力学强度弱,沿层理走向的页岩剪切强度远低于垂直层理走向;焦石坝地区页岩具有极强的力学参数各向异性,页岩的力学参数变化与取心方向密切相关,当取心方向与层理法向夹角 β 满足β=0° 和β=90° 时,页岩力学强度最高,在30°<β<90° 范围内,页岩力学强度呈先减小后增加的趋势,β=60° 时,页岩力学强度最低。该研究成功解释了涪陵焦石坝地区页岩水平钻井井壁岩石垮塌失稳的力学主控因素,为焦石坝地区页岩气水平钻井井身结构及工程参数优化设计奠定基础,具有较高的现场应用价值。

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无限元在超深厚覆盖层坝基动力分析中的应用

邵磊,余挺,徐强

地下空间与工程学报. 2017, 13(6): 1537-1543.

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基于ABAQUS软件平台进行二次开发,开展了基于无限元-有限元耦合的超深厚覆盖层坝基动力仿真模拟,初步探讨了强震区超深厚覆盖层坝基地震波传播过程与坝基-坝体动力反应特性。文中首先介绍了ABAQUS无限元计算时地震波的施加方法,其次给出了数值模型网格与相应的计算参数,最后通过计算得到了深厚覆盖层坝基及上覆坝体的加速度、动位移、动应力等动变量的发展历程。研究结果定性地捕捉到超深厚覆盖层坝基及上覆坝体中地震加速度传播过程与变形发展过程,直观反映了软弱土层的隔振作用,为研究超深厚覆盖层坝基动力反应提供了一条新思路。

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跨逆断层埋地管线受力特性的管土效应分析

薛娜,周海涛,郝晓

地下空间与工程学报. 2017, 13(6): 1544-1552.

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断层错动引起的地表永久性大变形是导致埋地管线破坏的重要因素之一,埋地管线的断层反应特性受到土介质和管线材料等因素的影响,本文以逆断层位错作用下的无缝直埋地管线为研究对象,基于ABAQUS有限元分析软件,建立埋地管线-土介质的三维有限元数值分析模型,利用非线性接触描述管-土接触状态,考虑初始地应力条件的影响,对跨逆断层埋地管线的受力特性进行数值模拟分析,依据计算结果主要分析了位错量、管线材料、管-土相互作用、土介质、管径等参数对埋地管线断层反应的影响效应,并得到:管-土介质接触效应是管线断层反应分析中不可忽视的影响因素,粘聚力较小、硬度较低的中硬土介质中的埋地管线抗断层性能较优等有益结论。

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考虑局部荷载的基坑抗隆起稳定性三维分析

徐洲,张栋

地下空间与工程学报. 2017, 13(6): 1553-1559.

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针对目前基坑抗隆起稳定性计算方法不能考虑三维空间下局部地面荷载作用的问题,在圆弧滑动法的基础上,结合Boussinesq解,建立了可以考虑地面局部荷载的基坑三维抗隆起稳定性系数计算方法,并结合工程算例,分析了地面局部荷载不同作用位置及范围下基坑三维抗隆起稳定性系数的变化。结果表明:基坑长度小于60 m时,三维抗隆起稳定性系数明显大于二维计算结果,计算结果最大可相差60%以上;荷载作用位置及作用范围变化时,基坑三维抗隆起稳定系数变化复杂,且在滑裂体边界附近的荷载变化会导致基坑三维抗隆起稳定系数发生较明显的变化;距离基坑较远的地面荷载对基坑抗隆起稳定系数影响较小,计算时可适当简化。

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双参数地基横向受荷桩的传递矩阵法解

张天宇,徐湘田

地下空间与工程学报. 2017, 13(6): 1560-1565.

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为研究地基土体剪切刚度沿深度变化对横向受荷桩工作性状的影响,基于Newmark法和Pasternak双参数地基模型,假设土体剪切刚度为幂函数分布,由单元的挠曲微分方程求得了各结点的横向抗力。忽略了土体压缩变形和剪切变形的耦合作用后,对各结点的横向抗力做了简化,进而导出了单元的场传递矩阵及桩的总体传递矩阵;根据桩底边界条件,求得了桩的初始状态向量,确定了各结点的状态向量。算例分析表明:土体的剪切作用对减小顶位移和桩身最大弯矩有一定的贡献,且对中长桩的影响较长桩明显;土体剪切刚度沿深度变化对桩顶位移影响很小,地面处土体剪切刚度对其影响较大,双参数地基模型能够更好的模拟桩土的实际工况。

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三轴循环加卸载过程中盐岩声发射演化特征分析

李志成,刘建锋,边宇,向高,曾寅

地下空间与工程学报. 2017, 13(6): 1566-1572.

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为探究盐岩储气库运行过程中的声发射特征,对取自平顶山岩穴一号钻孔的盐岩进行不同围压作用下的三轴循环加卸载试验及全过程声发射监测试验。试验研究表明:围压施加过程中,声发射信号主要出现在围压施加前期,声发射振铃计数率和能量率的最大值出现在围压压力5~10 MPa的时间区段,且振铃计数率和能量率达到最大以后,声发射信号随着围压的增大逐渐减弱;围压越低,试验加载初期产生的声发射信号越强,整个试验过程中累积振铃计数越多,能量率和能量越高;围压会使试验过程中声发射信号后移,且围压越大,后移现象越明显;围压的增大会使得盐岩加载过程中的平静期缩短和后移,直至平静期的消失;考虑三轴加卸载过程,加载段有明显的声发射信号,卸载段鲜有声发射信号,偏应力峰值前有明显的Kaiser现象,峰值后伴随大量的声发射信号,但Kaiser现象消失。

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基于CEL方法对拖锚过程的数值分析

任宇晓,闫澍旺,闫玥,陈国锋,贺晓青

地下空间与工程学报. 2017, 13(6): 1573-1578.

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船锚的正常工作关系到船舶的安全运营,锚在底质中运动规律的研究一直吸引着众多学者,由于锚在土中的拖动过程中时刻发生着土的大变形和破坏,涉及到材料非线性、几何非线性及接触非线性等诸多力学问题,通过解析的研究手段很难准确地分析拖锚过程。笔者采用霍尔锚进行了物理模型试验,通过模型试验测试了拖锚过程运动特性和锚的姿态变化,采用耦合的欧拉-拉格朗日方法(CEL)建立了拖锚过程的计算分析模型,对模型试验进行模拟。通过计算得到了拖锚过程中锚的姿态随拖锚距离的变化,给出了锚的入土深度随水平位移的关系,计算结果与试验结果较吻合,验证了该分析方法在分析拖锚问题上的合理性。该方法可用于拖锚过程的研究和相关设计。

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考虑桩身非线性压缩的单桩沉降解析算法

潘军,杨小平,刘庭金

地下空间与工程学报. 2017, 13(6): 1579-1584.

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桩顶沉降是桩基的主要控制参数。均质土和成层土中单桩桩顶沉降由桩端力引起的沉降、桩侧阻力引起的沉降和桩身压缩引起的沉降三部分组成。针对摩擦桩桩身压缩引起沉降的现有算法没有考虑到其非线性压缩,基于剪切位移法,考虑桩身非线性压缩,从理论上推导它的计算方法,进而得到单桩的沉降。经过对工程实例的计算与实测对比分析,证明了该方法具有较高的精度和可靠性,同时表明,桩身压缩引起的沉降占总沉降较大时,应考虑桩身的非线性压缩。最后对影响单桩沉降的因素进行分析,结果表明桩侧土破坏比、抗剪强度是影响单桩沉降的主要因素。

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考虑锚索松弛特性的预应力损失计算模型研究

王国富,李强,路林海,曹正龙,王渭明

地下空间与工程学报. 2017, 13(6): 1585-1591.

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基于等效应变原理,考虑耦合效应与锚索松弛特性,将锚索自身与周围介质代以松弛组合元件、广义开尔文组合元件,提出了一种新的预应力蠕变损失计算模型,并推导了其特征方程(本构方程、蠕变方程、松弛方程),阐述了锚固力损失与围岩变形之间的计算关系;在材料参数已知的情况下,对比应力应变新模型计算结果与试验测试数据可知:①随着锚索张拉控制应力的不断提高,锚索应变测试初值和终值不断增大,呈正相关;②应变测试曲线基本遵循“幂函数”趋势,表现为初期加速增长,后趋于平稳增长,最后保持基本水平;③蠕变计算新模型较原耦合模型更贴近相似试验测试结果,且应力与应变变化规律相符;研究成果为锚索预应力工程的设计、施工提供了理论支撑和借鉴参考。

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铁路隧道衬砌极限状态法设计验证研究

胡炜,赵东平,郑长青

地下空间与工程学报. 2017, 13(6): 1592-1598.

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为了验证极限状态法在隧道衬砌设计中的可操作性,分别采用极限状态法和破损阶段法对铁路隧道衬砌进行了试设计,并对比分析了两种方法的试设计结果。研究结果表明:(1)当衬砌为素混凝土结构时,极限状态法的计算厚度均比破损阶段法计算厚度大,最大相差20 cm,需对极限状态法抗裂验算公式中的调整系数γ_d重新校核,校核后γ_d=1.55;(2)针对钢筋混凝土衬砌结构及明洞结构,极限状态法的设计结果与破损阶段法设计结果基本相同,钢筋混凝土结构的极限状态方程中相关分项系数及调整系数取值是合理的。(3)采用极限状态法(γ_d=1.55)与破损阶段法试设计工程投资相当,极限状态法较破损阶段法工程投资增加237万元,增加1%。

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砂卵石地层圆形隧道施工引起的土体移动特征

范建国,方勇,张雪金,杨志浩

地下空间与工程学报. 2017, 13(6): 1599-1607.

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采用室内模型试验研究了不同地层损失率下的地表沉降及地中位移分布,揭示了砂卵石地层圆形隧道施工地层损失引起的土体移动特性及传播机制。试验结果表明:不同地层损失下地表沉降槽同样具有高斯分布函数形态特征,距隧道中心线1D范围为地层沉降的主要区域,该区域沉降受地层损失的影响最大;水平位移量值较大,最大水平位移出现在隧道左侧拱肩斜向上至地表的区域;地层颗粒的移动方向总体指向地层损失产生区域,同时受地层损失的大小、形态及分布特征等因素的影响;地表及地中沉降槽宽度系数随地层损失率的增大而缓慢增大。研究表明,不同地层损失下土体的松动、塌落及重新固结是砂卵石地层位移的主要原因,由于地层损失导致砂卵石地层物性参数的改变和颗粒在水平方向的移动和填充作用,使得地表及地中沉降槽宽度系数随地层损失率的增大而改变。

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盾构穿越立交桥桩时微扰动控制施工的数值分析

赵坤,杜守继,陈军,南宏峰

地下空间与工程学报. 2017, 13(6): 1608-1615.

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盾构法在城市地铁隧道施工过程中,对周围环境会产生一定影响,若该影响超过限值,会对周围建筑物或构筑物形成威胁,故需要采取微扰动控制措施,以降低施工影响、保证施工的安全性。已有的微扰动控制措施有多种,本文以合肥轨道交通2号线盾构施工穿越五里墩立交桥区间为依托,通过三维数值方法分析不同同步注浆材料和不同地层损失率下盾构施工对临近立交桥桩的位移影响,探讨采用双液浆材料和减小地层损失两种微扰动控制措施的有效性,并针对减小地层损失提出施工建议。结果表明,同步注浆材料采用双液浆和减小地层损失率作为盾构施工微扰动控制措施,可有效减小桥桩位移。

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水不耦合装药爆破模型推导及爆破效果分析

程俊飞,张长亮,罗志光

地下空间与工程学报. 2017, 13(6): 1616-1623.

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基于热力学爆轰理论和断裂力学理论,针对现有隧道爆破施工中水和空气不耦合装药介质优选的难题,提出固液气三相爆破计算模型。分析了爆轰炮孔内压随时间的变化、围岩应力场随时间和空间的变化情况以及裂纹尖端应力强度因子,最后又对某工程算例进行了分析。结果表明,相同装药结构下耦合装药形成的粉碎区半径最大,水不耦合装药形成的粉碎区半径大于或等于空气不耦合装药形成的粉碎区;对于不同的轴向不耦合装药系数,空气和水都存在裂隙区半径均大于耦合装药的情况;水不耦合装药爆破,延长了炮孔内压的作用时间;当轴向不耦合系数在1.6~3时,水介质比空气介质的爆破增效的作用更强。本文所得结论,对指导优化爆破现场施工具有重要意义。

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考虑土体冲刷应力历史的单桩承载性状分析

李彦初,梁发云

地下空间与工程学报. 2017, 13(6): 1624-1629.

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目前分析冲刷对桥梁桩基承载力的影响通常采用将冲刷土体直接移除的方法,近似认为冲刷使得桩基埋深减少,桩头出露高度增加。这种方法忽略了冲刷后土体应力历史变化对桩基承载性能的影响。笔者提出了一种能够考虑土体应力历史的简化方法,该方法适用于ABAQUS内置的Mohr-Coulomb模型,应用ABAQUS软件对竖向受荷单桩进行了数值模拟,与模型试验结果的对比,验证了该方法的可行性。通过参数分析,进一步考察了冲刷深度对桩基竖向承载力的影响。研究表明,冲刷将极大地降低摩擦桩的竖向承载能力,其极限承载力损失量随冲刷深度的增加呈线性增加趋势。因此,实际工程中必须重视冲刷对摩擦型桩基竖向承载力的影响。

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短时气温冻融周期内土坡浅层的水热状况分析

阙云,陈晓鹏

地下空间与工程学报. 2017, 13(6): 1630-1638.

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为揭示短时冻融周期内土坡浅层的水热状况特征,选取典型短时冻土区域,采用现场气象监测与数值模拟相结合的技术手段对短时气温冻融周期内土坡浅层水热状况进行分析。结果表明:在3个月冻期总持续时间内,共有18次气温冻融周期,其中16次为1 d气温冻融周期,1次为2 d气温冻融周期,1次为6 d气温冻融周期。气温冻融周期内最低气温为-4.4 ℃,最高气温为10.8 ℃;日辐射峰值范围为41~827 W/m²;平均风速为3.5~3.7 m/s;大气中水汽接近饱和状态。6 d与1 d气温冻融周期内土壤最大冻结时间分别为32 h与5 h,最大冻深分别为10 cm与5 cm,土壤含冰率分别为0.16与0.14,短时冻区应重点关注边坡浅层10 cm以内土壤强度的冻融损伤。1 d气温冻融周期内,土壤冻结时段一般为3:00—8:00之间。土壤冻结的开始时刻取决于最低气温,而土壤冻结持续时间取决于太阳辐射高低,若土壤冻结时间与太阳辐射时间相重叠或者气温处于土壤冻结温度以下的持续时间小于1.5 h,边坡土壤不易冻结。因此,同一边坡的阳面与阴面在土壤冻结开始时刻与冻结持续时间存在较大差异。

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砂土覆盖岩溶地层基坑开挖引起地层变形分析

黄骥征,许烨霜,沈水龙

地下空间与工程学报. 2017, 13(6): 1639-1644.

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广州地层上部为松散的砂性土与粘性土沉积地层,软土层下面则存在较多的石灰岩地层,岩溶分布广泛,溶洞内含大量泥砂与岩溶水。本研究针对广州这种浅埋岩溶强烈发育的上软下硬地层的特殊性,建立了广州市花都区地铁车站工程基坑开挖的有限元模型,考虑开挖过程、围护结构和土的共同作用以及时间等因素的影响,实现对开挖、支撑装拆的动态模拟,结合工程实际监测数据,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。结果表明,土体沉降及侧向位移随开挖过程增大。开挖结束后,土体沉降与地下连续墙侧移范围均在规范的控制范围之内。说明本工程所采用的基坑开挖设计方案满足要求,很好地实现了对周边环境影响的有效控制。所以,本文得出的结论适用于广州地区类似基坑工程的变形预测和优化设计。

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不同方向爆炸荷载作用下地下洞室抗爆效果研究

王光勇,王超,余永强,常旭

地下空间与工程学报. 2017, 13(6): 1645-1653.

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基于抗爆模型试验结果,利用数值分析方法,研究不同方向爆炸荷载作用下地下洞室的抗爆效果。通过对比分析地下洞室爆炸压应力时程曲线和动态裂纹分布形态,发现数值分析和试验的应力波曲线和锚固洞室围岩动态裂纹分布比较相似,这说明数值分析的结果比较合理。锚固洞室在相同当量爆炸荷载作用下,顶爆产生的位移最小,其次拱部侧爆,最大是直墙侧爆,并且直墙侧爆产生最大位移的位置是侧墙墙底,而不是离爆源最近的洞壁位置。在爆炸荷载作用,由于锚杆加固作用,在锚杆间发生受拉“劈裂”,同时还在锚固区内以及锚固区末端发生“层裂”现象。在相同当量顶爆、拱部侧爆和直墙侧爆作用下,毛洞和锚固洞室的位移和动态裂纹分布形态相似,经过锚杆加固的洞室抗爆能力都得到提高。

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断层赋存条件下采场矿压显现规律研究

杨田,张登强,甯桃红,李斯,赵宇航

地下空间与工程学报. 2017, 13(6): 1654-1660.

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通过相似模拟研究了2条断层赋存条件下采场的矿压显现规律,并从应力与应变速率角度解释采动与断层相互作用规律。研究结果表明:工作面未进入断层影响范围时,上覆岩层垮落形态与无断层影响时基本相同。当覆岩裂隙与断层贯通之后,工作面进入断层影响范围,老顶周期垮落步距变小,断层处底板应力达到峰值。第1条断层的影响范围为150 m,且与工作面相距70 m时断层出现较大裂隙,相距40 m时断层整体大规模滑动,上盘悬空;第2条断层的影响范围为80 m,与工作面相距30 m时,断层出现明显滑动迹象,相距10 m时,断层整体滑移失稳。相似模拟结果揭示了动压影响下断层滑移与上覆岩层运移规律,断层影响区域内煤层上方100 m以内的覆岩受到较大扰动,位移明显。工作面过第2条断层时对第1条断层有明显扰动,在现场生产实践中,应当防范多断层赋存时的耦合致灾。

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泸定大渡河桥隧道锚边坡稳定性三维数值分析

曾锦秀,肖世国

地下空间与工程学报. 2017, 13(6): 1661-1670.

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为了对泸定大渡河悬索桥隧道式锚碇边坡的稳定性进行深入分析,基于坡体结构特征并考虑施工过程,采用FLAC3D数值模拟软件对该边坡在主缆超张拉、暴雨、地震等不同工况下的坡体变形及潜在失稳模式进行了三维模拟分析。结果表明:静力条件下不同缆力对隧道锚边坡浅表层的变形及其失稳破坏模式几乎没有影响,不同缆力作用下浅表层安全系数为1.45;随着缆力的增大,锚碇周围深部岩体安全系数逐渐变小(3.75→3.55→3.2→2.9),且深部岩体潜在滑面与缆力作用线的夹角逐渐变小;除了在地震工况下坡体表面稳定性较差之外,其他工况边坡稳定性、隧道及隧道锚稳定性均较好;隧道、隧道锚及桩基承台的施工对边坡稳定性影响较小,边坡支挡结构的施作有效提高了边坡稳定性。

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成兰黑河大桥桥岸边坡多排桩抗震支护设计研究

赖杰,郑颖人,朱威,唐晓松,阿比尔的

地下空间与工程学报. 2017, 13(6): 1671-1677.

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相对单排桩支护,多排桩的结构更为复杂,由于桩体之间的限制作用,传统的计算方法难以得到多排桩分担力的大小、应力分布情况,在进行抗震设计时,更无法考虑桩–土之间的动力效应,最后往往采用经验的方法,从而使设计失真。基于此,本文将强度折减动力分析法引入到多排桩的抗震设计中,提出了多排桩抗震设计新思路。该法能够考虑桩-土的动力效应,在所求的支护边坡动静力安全系数情况下,同时得到支护结构力的分布情况,较以往方法有很大的进步。通过对成兰黑河大桥桥岸边坡工程的抗震设计,描述了该法的运用过程,论证了此法的可行性。

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雅砻江孟底沟水电站拱坝拱座抗滑稳定研究

庞明亮,胡筱,尤林,李竞波

地下空间与工程学报. 2017, 13(6): 1678-1687.

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保证拱坝的拱座稳定是拱坝设计和建设的重要问题。孟底沟拱坝两岸抗力体内以断层及蚀变带为代表的各种结构面相对发育且类型复杂,这些结构面相互组合形成的可能滑移块体的稳定问题对孟底沟拱坝方案的成立构成了较大的威胁。本文以传统的刚体极限平衡法及新兴的刚体弹簧元法为主要数值分析方法,结合拱坝——基础整体地质力学模型试验,对孟底沟拱坝坝肩抗滑稳定进行了全面深入的计算分析与论证。通过综合数值分析和模型试验的结果对拱坝的拱座稳定性做出了综合评判,识别了坝肩岩体相对薄弱的部位,并对增强拱坝坝肩稳定的工程措施提出了合理建议。

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500 m级超高边坡时效变形特征及长期稳定性研究

张公平,周钟,姜清辉,位韦

地下空间与工程学报. 2017, 13(6): 1688-1694.

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水电站坝前工程边坡的变形稳定问题是近年来水电工程界关注的热点话题。相关监测成果表明,自开挖期完成,工程边坡将先后经历开挖卸荷变形期、蓄水边坡变形调整期和长期变形收敛期3个阶段。本文以西部地区某巨型水电工程左岸500 m级超高坝前工程边坡为例,从边坡基本工程地质条件和边坡变形监测资料入手,在对各阶段边坡变形影响因素深入分析的基础上,通过工程岩体流变试验确定了边坡岩体的流变力学模型,采用人工神经网络监测反馈分析方法开展了边坡岩体流变变形的监测反馈分析,获得了边坡岩体的流变参数,并以此为基础开展了边坡长期变形趋势的预测研究,成果可为边坡长期稳定性安全评价提供依据。

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梨园水电站下咱日堆积体稳定性分析

宁宇,杨再宏,石崇

地下空间与工程学报. 2017, 13(6): 1695-1701.

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以梨园水电站坝前左岸分布的大规模下咱日堆积体为例,通过分析堆积体物质组成及堆积体与基岩接触面的物理力学特性,确定堆积体的边界条件,并初步判定其可能的变形及破坏模式。以此为基础,采用三维极限平衡方法对沿堆积体与基岩接触面的假设滑面及由二维极限平衡分析出的最危险滑弧拟合出的三维空间滑面进行了分析,确定了不同滑面的安全系数。根据有限元三维分析成果,基于位移梯度理论提出了堆积体三维滑面确定方法,分析方法能够搜索任意形式滑面,同时兼顾考虑堆积体的三维效应。分析表明各工况下堆积体稳定性均能满足要求,计算成果为工程设计提供了重要参考。

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h型抗滑桩滑坡治理中的变形特性及内力研究

罗勇,姜波,李春峰,曾耀

地下空间与工程学报. 2017, 13(6): 1702-1716.

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伴随着高速公路的快速发展,西部山区由于高填深挖诱发大量的大型和特大型工程滑坡,工程治理的难度和费用逐年增加,且传统单排或多排抗滑桩也无法满足很多工程对变形和稳定性的要求,工程师们经过大量工程实践通常采用能抵御大变形和整体结构形式较好的h型抗滑桩。以贵州省沿德高速公路龙家岩特大型滑坡的h型抗滑桩为研究对象,为了深入了解h型在滑坡治理中的变形规律和内力分布特性,采用传统的深部位移测试手段和先进的BOTDA全分布式光纤传感测试技术对h型抗滑桩在滑坡治理全过程中的变形及内力响应进行测试。分别在h抗滑桩的前、后侧桩及连系梁均布设传感光缆,完整地采集了从滑坡治理过程到稳定后的应变,并结合深部位移成果对h型抗滑桩的变形特性及内力进行研究。研究结果表明: h型抗滑桩治理特大型滑坡的效果显著,从监测结果可知h型抗滑桩形成整体后的一段时间内,滑坡变形收敛,边坡趋于稳定,通过监测桩身变形和应变真实反映抗滑桩的变形和内力的传递规律,对h型抗滑桩的理论及其工程应用具有一定的参考价值,也对光纤传感技术在桩体变形监测中的应用具有一定的借鉴作用。

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高陡边坡稳定性评价与优化设计集成技术研究

张科,范文臣,程赫明

地下空间与工程学报. 2017, 13(6): 1711-1716.

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为提高复杂地质条件下高陡边坡建模、稳定性评价与优化设计的准确性和效率,依托城门山铜矿高陡边坡,提出了一套融合地形信息、地质信息与力学信息的集成技术。充分利用已有地质数据,应用Dimine数字采矿软件系统平台,提出基于勘探线地质剖面建立高陡边坡三维地质模型的方法,实现复杂岩体的三维可视化。对三维地质模型进行剖切运算获得计算剖面,转换为AutoCAD绘图交换文件,导入Slide边坡稳定分析软件,实现数据文件在地质建模和力学分析软件之间的无缝传递。自动搜索求解计算模型的最小安全系数和临界滑动面,实现复杂地质条件下高陡边坡稳定性评价。最后,提出了一种基于二分法的边坡结构参数严格优化方法。

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