地下空间与工程学报

2018年, 第14卷第2期　
刊出日期：2018-04-20

地下空间开发利用
理论与试验研究
设计、施工、监测
防灾与环境

全选

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地下空间开发利用

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基于BIM的综合管廊运维管理系统研究

李芊, 许高强, 韦海民

地下空间与工程学报. 2018, 14(2): 287-292.

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通过对国内外地下综合管廊运维管理的现状研究,发现了现阶段综合管廊在后期运维管理中存在着运营管理难以协同、运维安全风险较大、能耗较大、管理效率较低等难点;通过将综合管廊BIM模型数据、入廊管线BIM信息数据、监控监测信息数据和管廊周围信息等数据集成于一体,利用物联网技术,搭建以BIM为核心的协同管理平台,进而解决综合管廊在后期运营管理中存在的问题。笔者提出了构建基于BIM为核心的综合管廊运维管理协同平台的具体方法和思路,并分析了将BIM技术应用于综合管廊运维管理的可行性,实现了BIM技术在综合管廊设计、施工、运营管理的一体化应用,发挥了BIM的最大价值。
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综合管廊内各管线安全距离的理论研究

杨秋侠, 冯彦妮

地下空间与工程学报. 2018, 14(2): 293-298.

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综合管廊作为城市地下空间开发利用的重要研究内容,是保障城市可持续发展的重要基础设施之一,我国已在全国各城市广泛开展城市地下综合管廊的规划与设计。笔者在总结国内外综合管廊布置现状的基础上,根据每种市政管线自身的特点和属性,初步分析了综合管廊内各管线间安全距离的四大影响因素,即管径、管压、管材和管内输送介质危害程度等,以及这四大影响因素与安全距离的逻辑关系。结合空间作用模型,运用负幂律距离衰减曲线,建立了管廊内各管线间的安全距离模型。并将此模型应用到某市华贯路管廊工程实例中,验证了该模型的实用性。其结果可以作为综合管廊是否分舱室布置的参考依据,以达到优化综合管廊截面形式的目的。
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城市地下综合管廊定价模型及实证研究

张子钰

地下空间与工程学报. 2018, 14(2): 299-305.

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在分析我国已建成的部分城市地下综合管廊没有充分发挥预期效果的原因的基础上,为了吸引投资和促进综合管廊的发展,笔者首先针对已有定价模型的不足,根据“谁受益,谁付费”的原则,通过专家调查和文献分析,确定了管线横截面积、管线年度经营收益、节约的管线建设成本、节约的管线维护成本和管理难度5个分摊因素。进而根据入廊费和年运营维护费确定各因素的重要程度,区分入廊费用分摊因子和年运营维护费用分摊因子,构建了一个更公平合理的定价模型。最后通过实证分析,得出各入廊管线单位负担费用均低于传统直埋方式产生费用的结论,且费用分摊更为合理,说明模型的实用性较强,对我国城市地下综合管廊的建设和发展有一定的参考价值。
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综合管廊有偿使用的收费定价研究

乔柱, 刘伊生, 张宏, 崔启明

地下空间与工程学报. 2018, 14(2): 306-314.

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随着一系列综合管廊建设政策的出台,以及综合管廊试点城市名单的公布,我国综合管廊的建设迎来了高速发展时期。但是综合管廊前期投入大、短期内经济效益低,国家需要对综合管廊实行有偿使用制度以弥补政府建设资金的不足,然而我国尚未建立统一完善的综合管廊收费定价机制,这严重影响了综合管廊的发展。本文在分析国内外综合管廊建设运营收费经验的基础上,根据“受益者付费”原则,提出了政府和管线单位的费用分摊方法;依据“使用者付费”原则,构建了向各管线单位收费定价的模型;并采用实证分析验证了该方案的适用性。最后,提出了促进我国综合管廊发展的建议。
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城市地下综合管廊PPP模式融资风险管理研究

赵佳, 覃英豪, 王建波, 牛发阳

地下空间与工程学报. 2018, 14(2): 315-322.

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在我国城市地下综合管廊发展探索阶段引入PPP模式融资,能够有效激发综合管廊快速发展的内在动力和外在市场。通过系统总结分析国内外综合管廊和PPP模式的发展经验和研究动态,指出风险管理是制约综合管廊PPP模式发展的关键因素,为进行有效的风险管理,文中采用HHM法识别出综合管廊PPP模式融资的八大主要风险因素,并利用RFRM法结合改进层析分析法、熵权法和贝叶斯决策对风险因素进行初步过滤、多视角过滤和量化过滤。根据风险因素的定性和定量过滤的结果,提出了有关完善法律政策体系、规范合同条款、重视运营管理和构建风险分担机制的风险防范和风险规避的相关建议,以期为综合管廊PPP模式的风险管理提供有益的参考。

理论与试验研究

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含水砂层的剪切流变力学特性试验分析

王芳, 刘晓丽, 王恩志, 刘中港, 魏天清

地下空间与工程学报. 2018, 14(2): 323-331.

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通过十字板剪切流变仪试验,得到了剪切阻力、含水量、孔隙水压力与应变速率的变化曲线。试验表明,含水砂层的流变曲线呈现稳态流变阶段和加速流变阶段。稳态流变阶段又可分为弹性变形、初始流变和非加速流变过程。初始流变过程含水量和孔隙水压力上升,后保持稳定;经过较长时间的流变后,进入非加速流变阶段,剪切阻力呈现波动下降趋势;达到屈服抗剪强度时,进入加速流变阶段,应变速率迅速增大。通过对加速流变过程曲线进行拟合,得出加载剪应力、屈服抗剪强度和应变速率的关系。分析表明,干燥细砂的抗剪强度主要来自颗粒间的摩擦力,当含水量增加时,颗粒被水分子包围,削弱了颗粒间的作用力,其流变特性就发生了明显的变化;反映这一变化过程的主要参数是屈服抗剪强度,其与加载剪应力和含水量有关。
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重塑粉质黏土的剪切蠕变特性及本构模型研究

胡敏云, 肖斌, 吴书崇, 周培娇

地下空间与工程学报. 2018, 14(2): 332-340.

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通过室内三轴试验,对重塑粉质黏土的剪切蠕变特性进行研究,分析了粉质黏土在不同偏应力水平下和不同偏应力分级方式下的蠕变变形特性。试验表明,粉质黏土的偏应变蠕变变形与对数时间关系具有明显的非线性;在同样的剪切应力水平下,不同的加载分级方式对试样的最终偏应变量有明显的影响,加载分级越多,最终的偏应变量越小。基于试验数据,建立了适合描述重塑粉质黏土蠕变特性的双曲线模型,并对模型参数的物理意义和取值方法进行了讨论。分析表明,模型参数的取值与应力水平及试样的初始孔隙比有关;结合试验结果,给出了粉质黏土剪切蠕变双曲线模型参数取值建议。
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高温作用对3种砂岩物理参数特征的影响分析

苏承东, 韦四江, 秦本东, 杨玉顺

地下空间与工程学报. 2018, 14(2): 341-348.

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基于3种煤层顶底板砂岩经历400～1 000 ℃高温前、后进行了X射线衍射和物理参数测试,分析高温作用对3种砂岩试样矿物成分及物理参数的影响。试验结果表明:高温后3种砂岩矿物晶体发生了相变,矿物成分发生较大变化;经历400 ℃高温对3种砂岩试样物理参数的影响甚微,超过400 ℃高温后试样视密度、波速与温度呈负相关,体膨胀率和烧失率与温度呈正相关。高温后3种砂岩试样视密度与纵波波速呈正相关,烧失率、体膨胀率与纵波波速呈负相关,高温后3种砂岩的物理参数之间具有一定关联性,岩石物理参数是对岩性特征宏观表述。研究结果可为局部区域煤层自燃对隧道围岩稳定性、安全性评价以及支护设计提供一定的参考。
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西安地裂缝带土体动强度特性试验研究

慕焕东, 邓亚虹, 李荣建, 崔中兴

地下空间与工程学报. 2018, 14(2): 349-354.

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地裂缝场地动力响应一直以来是地裂缝灾害研究涉及的薄弱环节。由于地裂缝的存在,场地变得不完整和不连续,进而场地动强度参数将发生变化,而场地动强度参数的变化又直接影响地裂缝场地动力响应。针对临潼—长安断裂带内最北侧的f_c1地裂缝,开展了裂缝带两侧土体动强度特性试验,获得了动应力应变时程曲线及不同围压下动强度与破坏振次关系曲线,从而得到了不同破坏振次下地裂缝带两侧土体的动强度参数。试验结果表明:地裂缝带两侧土体的动应变随着围压的增大越容易达到破坏,而对于同一围压不同动应力幅值的土样,其土样所受的动应力幅值越大,越容易达到破坏;地裂缝带两侧土体的动强度随固结围压的增大而增大,动内黏聚力c_d及动内摩擦角φ_d随着破坏振次的增大而减小;不同类型土体动强度表现出差异性,其中Q₃(L₁)黄土动强度略大于Q₂(L₂)黄土,Q₃(S₁)古土壤动强度最小。

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软土地区小型预制桩承载特性模型试验研究

孙雅珍, 刘畅, 卞荣, 王金昌

地下空间与工程学报. 2018, 14(2): 355-361.

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通过模拟软土地区小型预制桩原型桩基础的受荷情况,利用相似原理,自主设计一套室内管桩模型试验方案,包括单桩和群桩的水平静载试验、竖向抗拔静载试验以及竖向受压静载试验,对不同荷载下小型预制管桩的水平及竖向承载力特性进行缩尺模型试验研究。结果表明:2×2群桩水平效率系数为0.75,抗拔效率系数为0.66,抗压效率系数为1.12,3×3群桩水平效率系数为0.52,抗拔效率系数为0.62,抗压效率系数为1.06。试验所得群桩效率系数与按照规范计算所得理论值大体一致但都略大于理论值,说明现行桩基规范的群桩效应综合系数法计算群桩效率系数是可行的,但若采用规范表取值则较为保守。该模型试验研究对软土地区小型预制管桩工程设计和应用提供了一定的参考依据。

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考虑围压效应的深埋大理岩强度变形特性研究

肖桃李, 黄梅, 李新平

地下空间与工程学报. 2018, 14(2): 362-368.

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高地应力是深部岩体的重要特性之一,是岩体强度和变形特性的重要影响因素。针对锦屏Ⅱ级水电站深部大理岩的高地应力特点,利用MTS伺服机开展三轴压缩试验,研究不同围压下深部大理岩强度变形特性,结果表明:深部岩体的强度、弹性模量、变形模量均具有明显的围压效应,随着围压的增加,大理岩模量及各特征点强度增加;岩体赋存的初始地应力影响着岩体的变形规律,围压低于初始地应力时,深部大理岩以弹性变形为主,破坏模式主要为脆性破坏,围压高于初始地应力时,大理岩延性特征明显,扩容点前移,大理岩从脆性破坏向延性转化;基于三轴压缩试验数据求解出的深部大理岩黏聚力为54.53 MPa,内摩擦角为38.06°。这些研究成果揭示了高地应力环境下深部岩体的强度变形特性,可为深埋工程的开挖、支护设计提供理论参考。

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隧道排水系统非对称堵塞对衬砌外水压力的影响

刘坤, 刘新荣, 钟祖良, 易立, 王森

地下空间与工程学报. 2018, 14(2): 369-378.

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基于目前未见对隧道排水系统非对称堵塞后的衬砌外水压力的变化规律的研究,以重庆中梁山某隧道为研究背景,建立了隧道及其排水系统的简化模型,通过模拟不同长度的排水系统非对称堵塞,研究了隧道衬砌结构受到的水压力的变化规律,并且在隧道工程中进行了现场模拟排水系统堵塞的试验,试验结果与数值模拟可相互印证。研究结果表明:(1) 隧道排水系统单侧堵塞后,堵塞侧二次衬砌背后的水压力在短时间内将上升,然后逐渐下降至稳定,但高于排水系统正常时的水压;(2) 隧道排水系统非对称堵塞长度不断增加时,堵塞侧二次衬砌背后受到的外水压力峰值和稳定值也不断增加;(3) 隧道排水系统非对称堵塞长度不断增加时,注浆加固圈承受的最大水压力绝对值不断在增加,但注浆加固圈分担水压力的能力将逐渐减小。

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基于改进双剪统一强度理论的围岩松动圈分析

余敏, 林从谋, 殷榕鹏

地下空间与工程学报. 2018, 14(2): 379-386.

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为了研究岩石应变软化、剪胀性质、中间主应力和拉压不等特性对围岩松动圈的影响,基于改进双剪统一强度理论,得到了隧道围岩松动圈半径、围岩应力及洞壁位移的解析表达式。通过与已有方法计算结果的对比,验证了该方法的可行性,并进一步分析了中间主应力大小以及软化程度对结果的影响。研究结果表明:(1)随着软化模量的降低,隧道围岩塑性区、松动区(圈)半径以及洞壁位移均逐渐减小;(2)中间主应力大小对隧道围岩弹塑性行为具有一定的影响,随着中间主应力系数b的增大,围岩的切向应力在塑性软化区、破碎区内变大,而在弹性区内减小,围岩的径向应力在3个区域内均增大;(3)隧道洞壁位移随着中间主应力系数b的增大而减小;(4)考虑中间主应力的影响以及围岩软化的程度,能够充分发挥围岩的强度潜能,合理指导隧道布置、支护设计与施工。该结果为隧道围岩松动破裂分析提供了理论依据,具有一定的工程参考价值。

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基于统计和塑性区的隧道深浅埋划分方法研究

涂鹏, 陈寿根

地下空间与工程学报. 2018, 14(2): 387-394.

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我国现行公路、铁路隧道规范中隧道深浅埋分界深度公式是基于小跨度隧道的统计资料得出的回归公式,该公式对于跨度较大的隧道的适用性存在明显的不足。笔者通过对隧道规范建议的深浅埋分界深度与对应深度的塑性区半径进行回归分析,拟合出了两者之间的关系式;将拟合出来的关系式带入圆形隧道的塑性区理论式中,获得了隧道深浅埋划分深度的新的计算公式。将本文方法计算结果与现场实测资料和模型试验进行对比,验证本文公式的科学合理性。对比结果表明:(1)在大跨度时本文计算结果与统计结果和模型试验结果十分吻合;(2)在小跨度时本文计算结果与规范计算结果十分吻合。因此,本文方法为在围岩等级较低情况下的深浅埋分界深度计算提供了新的思路和计算方法。

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基于Mohr-Coulomb准则寒区隧道围岩应力弹塑性解析

覃爱民, 骆汉宾

地下空间与工程学报. 2018, 14(2): 395-402.

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随着西部开发建设速度的急剧增长,寒区隧道工程建设逐渐增多,冻胀力及围岩应力大小对寒区隧道结构产生的影响越来越突出。针对这一突出问题,基于弹性理论拉密解及复变理论,结合Mohr-Coulomb屈服准则,确定了围岩塑性区范围,并推导了冻胀力及围岩应力的弹塑性显式解析解。通过算例分析得到:当0°≤θ≤45°时,冻胀力的存在致使围岩塑性区迅速扩展;而当45°≤θ≤90°时,冻胀力的存在却限制了围岩塑性区的发展。其研究成果对寒区隧道工程建设具有良好的参考价值。

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平行双孔水工隧道相互作用的时效解答

王华宁, 吴磊, 蒋明镜

地下空间与工程学报. 2018, 14(2): 403-411.

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地下工程中常遇到流变岩体中双线近距离隧道施工问题。隧道施工位移的预测和控制,特别是新建隧道的施工对既有隧道产生的影响,是工程中面临的重要问题。针对流变岩体中深埋双圆形水工隧道的问题,笔者采用复变函数方法和Laplace变换技术建立了考虑施工过程时黏弹性应力、位移与弹性复位势之间的关系,然后运用黏弹性叠加原理得到了整个施工过程各个阶段围岩应力和位移全量和增量理论解答,并据此进行新建隧道对既有隧道的影响分析。为验证解答的正确性,对一算例进行了有限元解答和理论解答的比对,两者吻合很好。与数值与实验方法相比,本文解答可以较为便利地对岩体应力、位移进行参数分析,进一步可以指导工程的初步设计。

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复合地基垫层刺入量模型试验与计算方法研究

朱小军, 孔伟阳, 费康, 许朝阳, 李文帅

地下空间与工程学报. 2018, 14(2): 412-419.

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为了研究复合地基垫层刺入量有关因素,通过可视化模型箱对不同垫层厚度、密实度、桩径以及桩帽的刚性桩复合地基进行室内模型试验。利用数字图像无标点量测技术,对在加载过程中垫层土体颗粒的位移场进行观测与分析,研究了复合地基垫层的位移场与变形模式,得到了垫层的刺入量、变形范围以及滑动面位置与形状。根据球孔扩张理论推导出垫层刺入量的求解公式,并与模型试验数据进行了对比分析,验证了理论方法的合理性,且理论计算结果与试验数据吻合较好。垫层刺入量的研究对复合地基垫层厚度、桩径等设计具有一定参考价值,垫层刺入量可协调桩土的荷载分担,使桩土共同承担上部结构荷载,为复合地基沉降研究提供了理论依据和数据支持。

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基于SVR方法的注浆试验效果评价研究

雷进生, 李美云, 程爽, 鲁文浩, 刘琼

地下空间与工程学报. 2018, 14(2): 420-429.

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注浆工程属于隐蔽工程,注浆效果也不可能直观、直接检测和评价。注浆后结石体强度和浆液扩散半径是评价注浆效果的重要指标,而注浆效果又受到水泥浆液粘度、注浆压力和渗透系数等因素的影响,各因素间往往存在着复杂的关联性和非线性关系。利用水泥基注浆材料对三峡库区取样碎石土体进行注浆处理,应用支持向量回归机(SVR)方法从试验所得注浆结石体强度和扩散半径数据中随机选取若干试验样本进行训练,剩余数据进行预测,建立了注浆后结石体强度和浆液扩散半径的回归模型,提出了影响注浆效果的各因素敏感性指标排序,预测和分析了多因素影响下注浆效果的变化规律。研究结果表明:基于支持向量机的预测模型可以作为预测注浆效果的有效依据。

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K_o固结饱和土沉桩引起的超静孔隙水压力

刘时鹏, 李建勇, 张兴胜, 何志宇

地下空间与工程学报. 2018, 14(2): 430-435.

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根据饱和粘土中沉桩特点,用柱孔扩张理论模拟其贯入过程,将扩张后周围土体分为塑性区和弹性区,由柱孔扩张基本平衡方程和边界条件,采用能够考虑天然状态土体实际固结性状的K_o固结土体本构模型的屈服面方程为屈服准则,以对数应变考虑桩周土体发生的大变形,结合Henkel孔压公式,推导出沉桩后桩周超静孔隙水压力的理论表达式。通过算例分析了土体剪切模量、临界状态应力比、超固结比和静止侧压力系数对超静孔隙水压力的影响。同时,与基于修正剑桥模型解答和工程实例进行对比分析,理论计算值和现场实测值吻合较好,表明理论结果的合理性与实用性。

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氢氧根离子在膨润土中的弥散规律及其溶蚀作用

陈宝, 毛耀建, 张会新

地下空间与工程学报. 2018, 14(2): 436-443.

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高放废物地质处置库中可能出现的碱性孔隙水,会对膨润土的缓冲封闭性能产生不良影响,尤其是碱性孔隙水中的OH^-离子。本文用NaOH溶液模拟碱性孔隙水,用蒸馏水模拟处置库现场的地下水,对初始干密度为1.70 g/cm³的高庙子(GMZ)膨润土试样开展弥散试验,研究OH^-离子在高压实GMZ膨润土中的弥散规律;用pH值为13和13.8的NaOH溶液模拟孔隙水侵蚀GMZ膨润土试样,研究碱性孔隙水侵蚀,GMZ膨润土的溶解规律。结果表明,非稳态条件下,OH^-离子在GMZ膨润土中的弥散系数为1.49×10^-11~1.89×10^-10 m²/s,且弥散系数随着试样两侧溶液浓度差的减小而降低;高pH值碱性孔隙水侵蚀,首先会造成膨润土中含Si和Al矿物的迅速溶解,溶解速率与时间呈近似线性增长关系,且溶液的pH值越高,溶解速率越快。

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切削和侵入作用下层理岩层破碎机理浅析

祝效华, 刘伟吉, 贾彦杰

地下空间与工程学报. 2018, 14(2): 444-451.

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层理岩层是石油钻井中经常遇到的一类地层,特别是在页岩气开采过程中,所钻页岩属于典型的层理岩层。研究层理岩层在钻齿作用下的破碎机理对于控制井眼轨迹、优化钻进参数、提高钻进效率都有很大指导作用。在以往岩石破碎机理研究中,一般多假设岩石介质为各向同性;但是对于层理岩层,由于其表现出强烈的强度各向异性特征,各项同性假设不再适用。本文利用离散单元方法(PFC2D)建立了钻齿与层理岩层相互作用模型。研究了层理岩层在钻齿切削和侵入过程中的破碎情况、裂纹的扩展情况以及钻齿受力情况。研究表明:切削力根据层理倾角分为高切削力区和低切削力区;液柱压力的存在对裂纹扩展有抑制作用,增大切削力;在岩石侵入过程中,层理的存在改变了裂纹的走向,当主裂纹扩展至层理处时,裂纹不再向岩石内部扩展,而是朝着层理的方向扩展。

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江苏泗阳城区浅层粉土工程地质特性分析

汪名鹏

地下空间与工程学报. 2018, 14(2): 452-460.

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根据研究区158个场地近千个浅层钻孔的试验成果,从沉积特性入手分析了研究区浅层粉土的成因类型与典型沉积组合剖面。通过室内试验成果的统计分析,研究了浅层粉土颗粒组成特征、化学矿物成份及其基本物理力学性质,同时,结合静探试验与荷载试验成果,分别建立了与主要物理力学性质指标的相关性经验方程。采用变水头试验与典型工程抽水试验、取土坑击实试验以及标准贯入试验分别对研究区浅层粉土的渗透性、击实性和振动液化性进行了分析,结果表明:研究区浅层粉土通过室内变水头试验与现场抽水试验得出的渗透性指标相差1~2个数量级,现场抽水试验更接近粉土的实际渗透性指标;研究区浅层粉土具有水稳定性差、不易压实的特点;研究区浅层粉土多为可液化土层,液化等级从轻微液化至严重液化,地域性特征明显。研究成果给泗阳城市规划建设提供了一定的借鉴作用,也为进一步深入研究本地区浅层粉土提供基础资料。

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含两条节理岩样压缩破坏行为的颗粒流模拟

范祥, 谢永利, 来弘鹏, 陶建军

地下空间与工程学报. 2018, 14(2): 461-469.

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利用颗粒流软件中平行粘结方式建立数值计算模型,通过校核室内试验数据确定数值模型的细观参数值,并采用smooth-joint在模型中设置两条断续节理,通过改变岩桥倾角和节理倾角,建立不同节理布置数值模型。从细观和宏观两方面,研究单轴压缩荷载下节理试样内接触力、微裂隙数量和节理岩体的破坏行为发现,峰值轴向应力之前,微裂隙数量增加缓慢,峰值轴向应力之后,微裂隙数量迅速增加;颗粒接触力易在节理端部和岩桥处聚集,在节理中间段附近分布较为稀疏,接触力较大的位置易产生裂纹;峰值轴向应力时刻,岩桥倾角为15°时,岩桥均未贯通,岩桥倾角为45°和75°时,绝大部分试样的岩桥贯通了,节理倾角为90°时,岩桥全部没有贯通。

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基于Burgers模型的软土桩基长期沉降计算方法

冯胜洋, 李向阳, 王淑云, 胡萍, 陈祉

地下空间与工程学报. 2018, 14(2): 470-476.

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软土桩基础的沉降可能会持续几十年,其长期沉降计算一直困扰着广大岩土工程技术人员。笔者基于Burgers模型,建立了桩身和桩端的黏-弹性荷载传递模型,并以此为基础,考虑群桩效应,建立了桩-土-承台变形耦合的软土桩基长期沉降计算模型,并编制了计算程序CLPS。该计算方法能够计算多层软土桩基的长期沉降,而且适用于刚性承台和柔性承台桩基的长期沉降。使用该方法对2处软土桩基进行了长期沉降计算。结果表明该方法计算结果与实测值较为接近,两者最大相差不超过18.8%,最小仅为4.6%;与三维有限元计算结果非常接近,两者最大相差不超过6.7%,且该方法计算效率远高于有限元分析方法。

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水平定向穿越扩孔孔形沉降量预测

艾志久, 秦浩, 舒建华, 刘旭

地下空间与工程学报. 2018, 14(2): 477-482.

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在非开挖水平定向穿越的扩孔过程中,由于扩孔器自身重量,扩孔孔眼的剖面通常不是理论上的圆形,而是水滴形、梨形、葫芦形等多种形状,这容易导致定向钻的实际轨迹与设计轨迹存在偏差,出现孔眼垮塌和卡钻等现象,严重影响正常的管道回拖。该文采用有限元方法对扩孔过程进行了数值模拟,利用单齿正交切削岩土的解析解验证了模型的可靠性,得到了扩孔器钻进速度,旋转速度与其下沉量之间的关系,结果表明扩孔器在扩孔施工中,扩孔器会随着扩孔位移的增大而出现下沉现象,钻头的钻进速度增大,扩孔器的下沉量会增加,在一定范围内,扩孔器旋转速度增大,扩孔器的下沉量将会减小。针对扩孔器不同的钻进速度与旋转速度,合理选择两者之间的匹配关系,可以使孔形得到优化。

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基于LMD-PSO-LSSVM组合模型的深基坑变形预测

李思慧, 刘海卿

地下空间与工程学报. 2018, 14(2): 483-489.

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变形是造成基坑安全隐患的重要因素。为准确预测基坑变形趋势,提出一种将局部均值分解(LMD)、粒子群优化算法(PSO)与最小二乘支持向量机(LSSVM)组合的深基坑变形预测模型。通过 LMD 将时序样本分解为多个分量,利用PSO优化后的LSSVM模型对各分量建立非线性基坑变形预测模型,最后采用滚动预测的方法对各分量进行预测并将结果叠加得到时序样本的预测值。通过实际工程进行模型预测与分析。结果表明:该模型不仅反映出基坑变形本质特征,而且预测精度明显提高,将其运用于基坑变形预测研究中具有较好的应用性和可靠性。

设计、施工、监测

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天津市承压含水层条件下地下连续墙深度优化

哈达, 朱敢平, 李竹, 曾超峰, 郑刚

地下空间与工程学报. 2018, 14(2): 490-499.

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对天津地区多个建筑基坑及地铁基坑观测发现,长时间大深度降水时,在较大的深度范围的土层内都存在越流现象,并且出现较大的地表沉降。基于对天津市市区各处基坑勘察报告的对比分析,利用天津市区典型工程地质条件,采用考虑降水井瞬态降水的三维有限差分数值模型进一步研究,根据突涌计算得到基坑底部水位降深,对不同地连墙深度条件下的5~25 m深基坑进行减压降水,得到渗流场结果后采用分层总和法计算基坑周边变形场。计算结果表明,降水开始后3~10 d内,水位趋于稳定,基坑外沉降在10~20 d发展较快;并且随着地连墙入土深度的增加,基坑外沉降减少;基于计算结果,提出针对不同环境安全等级条件下的地下连续墙深度优化方案。

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地铁基坑与托换桩相互影响的数值分析与监测

卢慈荣, 许原骑, 范礼彬, 赵元保

地下空间与工程学报. 2018, 14(2): 500-506.

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地铁深基坑工程在城市中周边环境条件复杂,基坑开挖过程中对变形控制标准高,当深基坑临近既有建(构)筑物时尤其严格。本文以深圳地铁7号线某地下三层站下穿既有立交桥为工程背景,采用三维数值模拟分析、信息化施工和现场监控量测信息反馈相结合的方法,对既有立交桥桩基托换及深基坑开挖对立交桥的叠加影响进行分析,保证立交桥在桥桩基托换和深基坑开挖过程中的安全。从安全可靠、经济合理的方面进行总结,提出了针对措施及建议,供类似工程参考。采用桩基托换、盖挖逆作法,并通过合理的施工组织安排,将基坑施工对周边环境的影响控制在安全范围内,是安全可行的。

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基于间距折减法浅埋小净距交叉隧道安全性分析

贾宝新, 贾志波, 陈扬

地下空间与工程学报. 2018, 14(2): 507-513.

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为解决交叉隧道的安全性评定问题,类比边坡工程中的强度折减法,以既有隧道允许的最大沉降值为判据提出交叉间距折减法。应用FLAC^3D软件模拟探究了不同覆土厚度、交叉角度对上部既有隧道的影响规律。当交叉角度为90°,覆土厚度分别为15、20、24、30 m时的临界交叉间距为3、4.5、7、11 m。当覆土厚度为26 m,交叉角度分别为0°、30°、45°、60°、90°时的安全净间距为6.8、7.6、8.9、8.1、7.4 m。结果表明,新建隧道对既有隧道的影响随覆土厚度增加而增大,随交叉角度增大呈现先增大后减小的趋势。为验证方法的合理性,以盘道岭隧道为背景对3种支护方案进行了交叉间距折减检验进行安全性评估。现场监测表明,开挖前进行的管棚支护较好地控制了对上部公路隧道的影响。

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基于FBG的深海海床超孔压观测设备适用性研究

刘涛, 张美鑫, 崔逢, 李洪利

地下空间与工程学报. 2018, 14(2): 514-522.

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海床超孔压能够有效地反映海底动力地质过程,其原位观测对于地质灾害的预测与防治起到重要的作用。普通传感技术受限于精度、抗干扰能力、耐腐蚀性、稳定性等深海观测要求,往往无法用于深海原位长期观测,基于光纤布拉格光栅(FBG)压差式传感器研制的海床沉积物超孔压观测设备在海洋领域有极大的发展空间。笔者对FBG传感器的耐压性、耐腐蚀性进行为期3个月的测试,结果表明,20 MPa压力下的海水环境中,FBG传感器有着极高的稳定性,且涂覆光纤比裸露光纤稳定性更高;随后使用涂覆光纤研制了用于室内试验的超孔压观测设备,通过室内模拟试验得出,搭载着FBG压差式传感器的探杆整体性能良好,对超孔压表现出良好的监测能力和灵敏度;且利用压差原理对超孔压直接观测,减小了外界因素的影响。

防灾与环境

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盾构隧道下穿高速铁路站场安全风险评估管理方法

郑余朝, 周贤舜, 李俊松

地下空间与工程学报. 2018, 14(2): 523-529.

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为提高风险评估对工程设计的指导性,本文结合某地铁区间盾构隧道下穿高速铁路站场工程实例,尝试将风险评估、数值模拟和工程设计结合起来形成反馈机制。首先采用安全风险层次-模糊综合评价法(AHP-FE)对工程进行了初步评估,得到了初步的设计阶段风险等级“高度”和主要风险源及排序;然后采用数值模拟方法对盾构下穿铁路站场进行了施工模拟,得到了主要风险源相关指标的预测值,并提出了系列控制措施;在此基础上,再一次采用安全风险模糊评估理论对工程进行风险分析,最后得到设计阶段允许的“中度”风险等级和相应的风险源排序。本文所遵循的风险评估方法和流程可以提高风险评估的准确性和合理性。

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交通隧道CO动态浓度控制指标研究

邢荣军, 徐湃, 蒋树屏, 郑友成

地下空间与工程学报. 2018, 14(2): 530-535.

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合理的交通隧道通风控制浓度目标限值,不仅能够为司乘人员提供健康良好的行车环境,而且能够节约大量的电能。本文从纵向通风方式的污染物浓度分布趋势入手,分析了车辆通过隧道时人体受到污染物的暴露当量的表达式。进而研究了CO与人体的相互作用机理,应用初始条件得到了CFK方程的解析解及数值解。将3%作为人体血液中COHb浓度的最大允许值,并且综合考虑污染物浓度c和通过时间t两个指标,提出了一种基于动态浓度控制方式的污染物负载指标表达式。通过实例计算对所提出的控制指标进行验证,结果显示,本文提出的方法能够适应交通流不断变化的特点,对通风控制更具有合理性和可靠性。

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预应力锚索桩板墙的地震响应及影响参数研究

曲宏略, 李瑞峰, 张建经, 胡焕国

地下空间与工程学报. 2018, 14(2): 536-545.

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汶川地震震害调查表明,使用预应力锚索的桩板墙变形协调性更好,抗震性能提高,但目前在预应力锚索桩板墙的抗震设计理论研究方面仍比较落后。本文利用FLAC³^D对预应力锚索桩板墙的地震响应特征进行了研究,包括桩身土压力分布、桩身变位及锚索内锚段应力的动力响应特性等,并通过改变地震动参数、材料参数和结构设计参数,进行了多种工况的分析,系统研究了影响参数对桩-土-锚动力耦合相互作用规律的影响。通过对FLAC³^D的数据分析,其研究结果表明:锚索限制了桩板墙结构的运动,墙后土压力在锚索附近显著增大;桩前基础表面的土体易损坏,因此,应高度重视桩前位置,这对抗震设计有积极影响;随着内聚力和内摩擦角的增大,桩的位移、应力和锚固轴力等减小;锚索存在临界有效锚固长度,在临界范围内,通过减小桩间距来提高加固效果并不明显。研究成果加强了对预应力锚索桩板墙抗震表现的认识,也为深化抗震机理研究提供了可靠的依据。

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某煤矿岩巷不同爆破方式振动特性研究

汪海波, 彭恒, 宗琦

地下空间与工程学报. 2018, 14(2): 546-551.

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通过对煤矿坚硬岩石巷道爆破振动监测,基于萨道夫斯基公式,回归得到巷道掘进爆破和深孔松动爆破振动速度衰减规律,并采用小波包变换和HHT变换对两种爆破方式的地震波能量分布特征进行了对比分析。研究结果表明:在试验煤矿深部地层中,采用浅孔和分散装药的巷道掘进爆破地震波主振频率高,主要集中在150~250 Hz;集中装药的深孔松动爆破地震波主振频率低,集中在40~80 Hz;硬岩中巷道掘进爆破振动速度衰减规律符合软岩特征,而深孔松动爆破与硬岩一致,深孔爆破试验起爆药量没有超出允许单段最大装药量;低频区爆破地震波能量少,巷道掘进爆破地震波能量主要集中在128~277 Hz,深孔松动爆破地震波能量主要集中在32~64 Hz;深孔松动爆破地震波主振频率峰值能量大,是巷道掘进爆破的320倍。

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基于突变理论的矿山转采隔离顶柱稳定性分析

杜逢彬, 郭微

地下空间与工程学报. 2018, 14(2): 552-557.

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以高陡边坡下露天转地下开采过程中隔离顶柱安全厚度的留设为背景,建立了基于突变理论的隔离顶柱稳定性强度折减法,通过FLAC^3D有限差分软件不断折减隔离顶柱强度参数,得到不同折减系数下隔离顶柱的最大竖向位移,建立其竖向位移与折减系数的尖点突变模型,并以此作为隔离顶柱是否失稳的判据,得到了隔离顶柱安全系数与其厚度之间的对数拟合函数,发现隔离顶柱的安全系数随厚度的减小而降低,且在顶柱厚度较小时,隔离顶柱的安全系数劣化加剧。

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路基边坡冲刷特性的颗粒流模拟

冯兴波, 宋丹青, 徐永福

地下空间与工程学报. 2018, 14(2): 558-564.

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利用离散元软件PFC^2D(Particle Flow Code)模拟边坡冲刷的特点,考虑坡度、径流流速、粒径、粘土c值、砂土摩擦角φ值等影响因素,模拟粘土和砂土两种边坡。粘土边坡模型的建立采用BPM(Bonded Particle Model)模型,即通过在颗粒之间设置粘聚力,将不同的颗粒粘结在一起。主要研究基于PFC^2D的边坡冲刷特性,得出边坡冲刷破坏的形态规律,并通过设定冲刷准则以考虑临界冲刷速度,通过Fish语言编程记录颗粒的位移大小。由模拟得出粘土路基边坡由于颗粒之间的粘结作用会呈现团粒、块状冲起或片状剥落;砂土边坡呈现出平行于边坡表面的颗粒层状冲刷剥落,即形成冲刷沟。并得出临界冲刷速度与粒径、坡度等的大致关系,并与实际的物理模型实验结果进行对比,结果一致,可为路基边坡的防护措施提供参考意见。

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蓄能反光材料漫反射率对隧道照明质量影响研究

梁波, 李翔, 魏清华, 凌超, 张扬帆

地下空间与工程学报. 2018, 14(2): 565-572.

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基于视觉功效法,针对公路隧道中的安全问题,开展小目标可见度和反应时间室内模型试验,研究蓄能反光材料漫反射率对隧道照明质量的影响,研究表明:(1)路面照度、亮度和纵向均匀度随着蓄能反光材料漫反射率的增大而增大;(2)小目标可见度随着涂刷有蓄能反光材料侧壁板的漫反射率的增大而增大;(3)小目标识别反应时间随着蓄能反光材料侧壁板漫反射率的增大而减小;(4)漫反射率大的蓄能反光材料在隧道中应用能够提高驾驶员的视觉功效,提高隧道照明安全性,提升隧道环境照明质量。

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