地下空间与工程学报

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蒋旭, 王婷婷, 穆静

地下空间与工程学报. 2018, 14(5): 1145-1153.

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以天津市中心城区为例,从地形地貌、水文、构造地质、工程地质、水文地质、不良地质作用和地质灾害、活动断裂和地震效应等角度,建立了地下空间资源开发利用地质条件适宜性评估指标体系,运用Arcgis地理信息系统软件,有针对性地分析评价综合地质条件对地下空间资源分布及其开发利用适宜性的影响,并结合已开发利用的地下空间资源现状,估算中心城区可开发利用的地下空间资源量,得到了较为准确的天津市中心城区地下空间开发利用适宜性和资源量评价结果。该成果成功指导了最新的《天津市城市地下空间开发利用总体规划》编制工作,并纳入了相关章节。

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城市地下空间开发强度预测模型研究

曾灿军, 陈卫忠

地下空间与工程学报. 2018, 14(5): 1154-1160.

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城市地下空间属于城市空间资源的一个重要组成部分,伴随城市人口密度的不断增长和社会经济水平的逐渐提高,为了拓展城市空间以改善城市生活环境,开发利用地下空间成为城市发展的必然趋势。笔者以国内10个城市(北京、上海、武汉、南京等)的地下空间开发作为研究对象,分析了地下空间开发强度和表征城市地下空间需求的人口密度及表征地下空间开发能力的地均GDP之间的相关性,并在此基础上提出了城市地下空间开发强度预测模型,揭示了不同条件下影响城市地下空间开发强度的决定性因素。本研究有助于不同城市根据自身的发展情况因地制宜,确定合理的地下空间开发强度和地下空间利用规划。

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小区防空地下室产权与维护管理模式比较分析

徐生钰, 陈璐, 朱宪辰

地下空间与工程学报. 2018, 14(5): 1161-1169.

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由于在平时具有停车等多种用途,加上权责不明,围绕小区防空地下室的收益和维护管理责任一直存在矛盾纠纷,影响了其防空效能。为了寻求一种有效的产权与维护管理模式,以避免各种纠纷,确保其防空效能,通过对全国36个重点城市调查分析发现,目前小区防空地下室的产权和维护管理存在3种模式:产权私有模式、产权未定模式和产权国有模式。以上海、南京、北京作为3种模式的典型代表,沿着产权归属影响和决定维护管理,维护管理影响防空效能的思路进行比较分析发现,产权国有模式相对于其他两种模式,更有利于其防空效能维护。因此,产权国有模式应该作为未来小区防空地下室维护和管理改革的方向。

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沉管隧道基础灌砂的实时无损检测试验研究

王海龙, 吴刚, 沈永芳, 车爱兰, 王兆卫

地下空间与工程学报. 2018, 14(5): 1170-1178.

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灌砂法已成为沉管隧道基础处理的主要施工方法,在灌砂过程中实施监测并对灌砂效果进行评价对确保基础灌砂施工质量显得尤为必要。本文依托南昌红谷隧道工程等比例基础灌砂模型试验,采用冲击映像法和全波场法相结合的无损检测方法,对灌砂前、灌砂后以及灌砂过程中砂积盘的扩散状况进行了监测。通过在不同灌砂工况下波形、时频以及成像剖面的分析,比较平均冲击响应强度的变化,建立起沉管隧道基础灌砂施工的实时无损检测方法。通过定义充盈率指标,实现对灌砂施工效果的定量评价。本试验研究成果将为实际沉管隧道基础灌砂施工的监测提供依据与技术支撑。

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虎跳峡金沙江大桥隧道锚现场模型试验研究

王中豪, 马健, 武文祥, 郭喜峰

地下空间与工程学报. 2018, 14(5): 1179-1184.

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香丽高速虎跳峡金沙江大桥香格里拉岸采用隧道式锚碇,为了全面认识隧道锚的受力变形特性及安全稳定性,本文依据相似原理开展了与隧道锚实际受力状态相适应的缩尺模型试验,研究了现场试验加载及测试方法,获得了各级加载荷载下的位移、应力和应变结果,试验成果表明:在9.5P荷载下,模型锚基本处于线弹性阶段,锚体和围岩变形均较小,锚体的变形以夹持围岩一起变形为主,而锚/岩接触面的错动变形很小。受夹持效应的影响,锚体后部1/3范围的围岩承受了约一半荷载,是受力的关键部位。综合承载力、变形和应力状态分析结果可知,该隧道锚稳定性较好。

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静压桩沉桩对既有桩桩周土影响的PIV试验研究

姜彤, 李博, 杨晓燕, 张俊然

地下空间与工程学报. 2018, 14(5): 1185-1194.

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基于粒子图像测速(PIV)技术,用自行设计的静压桩自动沉桩模型试验系统,针对单桩和既有桩桩侧新桩沉桩过程中桩周土体的形变场进行一系列对比试验研究。在沉桩过程中用高速工业相机和Davis8.0采集软件连续拍摄观测面上的图像,同时用PIVview2C图像处理软件得到位移场云图。试验结果表明:(1)单桩、既有桩侧新桩的压桩力P与沉桩深度H的关系曲线具有相似的形态特征;既有桩桩侧(桩间距为2d和4d,d为桩径)新桩的P-H曲线比单桩的高;由于受既有桩体限制的影响较大,新桩(2d)的P-H曲线比新桩(4d)的更高些。(2)单桩和新桩(4d)沉桩时,总位移场在桩端两侧呈对称椭圆环形分布;剪切应变场沿桩两侧基本呈对称蝶型分布。而新桩(2d)沉桩时,总位移场和剪切应变场在桩端两侧不对称分布显著,沉桩左侧位移场影响范围较大。(3)单桩和新桩(4d)沉桩时,总位移场的横、竖向最大影响范围基本一致;而新桩(2d)沉桩时,由于受到已有桩体限制影响较大,导致总位移场的横、竖向最大影响范围有所减小。单桩和新桩(2d)沉桩时,剪切应变场的横、竖向最大影响范围基本一致;而新桩(4d)沉桩时,剪切应变场的横、竖向最大影响范围有所增加。研究成果对于进一步明确沉桩挤土效应内在机理和解决相关的岩土工程问题均具有重要的意义。

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白云岩动力学特性及破坏模式试验研究

张智宇, 王建国, 黄永辉, 李祥龙, 赵文

地下空间与工程学报. 2018, 14(5): 1195-1201.

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为分析矿山深部岩石动力学特性及细观裂纹萌生、扩展以及相互贯通的破坏机制,使用改进的霍普金森试验设备,对白云岩进行常规单轴冲击试验,从应力-应变、强度、能量分布方面探讨了矿岩的动态力学性质,并借助高速摄影设备对白云岩试件的冲击破坏形态及模式进行细观描述。试验得到:白云岩试件动态强度随加载应变率从41.5 s^-1增大到112.5 s^-1,动态抗压强度峰值从104.53 MPa提高到208.6 MPa,且强度峰值出现的时间越来越早;单位体积吸收能随应变率提高呈线性增加关系,破碎块体尺寸随单位体积吸收能的增大而减小;高速摄影细观分析显示,冲击应变率越大,试件完全破坏的发生时间越早,破坏越严重,试件主要破裂面的形成方向与冲击方向一致,属于沿轴方向冲击荷载作用下的拉伸破坏。

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红黏土在不同应力路径下的力学特性试验研究

高彬, 陈筠, 杨恒, 程旭波, 邬忠虎

地下空间与工程学报. 2018, 14(5): 1202-1212.

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采用应力-应变控制式三轴仪对贵阳市某基坑内的原状和重塑红黏土进行了等压固结和K₀固结条件下的增p剪切、减p剪切、等p剪切应力路径室内试验,以研究在不同应力路径下红黏土的力学特性。研究结果表明,不同应力路径下红黏土的力学特性有较大的差异,红黏土对应力路径的敏感性与其自身的结构性有很大关系,初始固结条件和应力路径对红黏土抗剪强度指标的影响主要表现在对粘聚力的影响上,而对内摩擦角的影响较小。应力路径是孔隙水压力变化特征的决定因素之一。排水条件对红黏土的变形影响较小,对其强度值影响明显。对等压固结和K₀固结剪切结果进行比较,认为其在两种固结条件下的变形和强度上均存在较大差异。

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碎石改良膨胀土膨胀特性实验研究

董柏林, 黄华慧, 裴沛雯, 许英姿

地下空间与工程学报. 2018, 14(5): 1213-1217.

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掺碎石改良膨胀土在实际工程中已有应用,但常规固结仪尺寸有限,少有定量的研究。本文采用自制大型固结仪对碎石改良膨胀土进行实验研究,研究不同初始含水率和不同碎石掺量下,膨胀土的无荷膨胀率和膨胀力的变化。实验结果表明:初始含水率与碎石掺量都对改良膨胀土的效果有明显影响;碎石掺量一定的情况下,最优含水率时改良膨胀土的膨胀力、无荷膨胀率最小;初始含水率一定的情况下,随掺入碎石量的增加,膨胀力、无荷膨胀率逐渐减小,当碎石掺量超过25%时,膨胀力与膨胀率下降趋势减弱。中等强度膨胀土建议在最优含水率条件下掺碎石25%以达到较好优改良效果。

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PDC齿破岩仿真模型与全钻头实验研究

况雨春, 张明明, 冯明, 郭灿, 张毅

地下空间与工程学报. 2018, 14(5): 1218-1225.

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针对PDC全钻头设计方法单一和实验工作量大的问题,提出了一种PDC单齿切削力学计算模型,并通过有限元数值模拟对计算模型的结果进行对比,讨论了PDC切削齿前倾角、侧倾角、齿径及切深与切削力的关系。结果表明:PDC单齿力学计算模型与有限元模拟结果比较接近,验证了该模型的正确性。在单齿力学计算模型的基础上建立全钻头力学计算模型,并对PDC全钻头扭矩和钻压进行计算,结合有限元仿真和全钻头实验结果,将3种计算结果进行对比分析,结果显示当PDC全钻头破碎砂岩时,力学模型计算出的扭矩值与实验测试的误差为2.11%,与有限元模拟结果的误差为1.51%;而计算的钻压值与实验结果的误差为1.25%,与有限元模拟结果的误差为6.79%,同时,该钻头计算模型的计算效率也大大提高,说明了PDC全钻头力学计算模型的准确性和可行性,为PDC钻头的评价与设计提供了技术支持。

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红粘土地质开口管桩上浮特性的模型试验

王家全, 叶斌, 黄柳云, 张昊

地下空间与工程学报. 2018, 14(5): 1226-1233.

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针对红粘土上硬下软地层中开口管桩上浮问题,分别进行了三类不同桩径的开口管桩室内沉桩模型试验,研究单桩和群桩静压沉桩试验中上浮量变化规律和土塞效应对开口管桩上浮的影响。结果表明:单桩上浮量主要由静压沉桩引起的管桩弹性压缩经卸荷回弹产生的变形提供;群桩静压上浮与施工顺序、桩间距以及位置有关,先压入的管桩上浮量大于后压入的管桩上浮量,且先压入桩的上浮速度随着后压入桩的桩间距减小而增加;桩位对桩上浮的影响强度顺序由高到低依次是中心桩位、边桩位、角桩位;当开口管桩从硬塑层压入至可塑层一定深度后,由于土塞完全闭塞的影响,导致挤土效应增强,有别于闭口管桩静压至在软硬交界面处出现的短暂上浮量增长休止的状况,开口管桩群桩挤土上浮量表现出显著上升趋势。

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珊瑚砂微生物固化体单轴损伤本构模型

方祥位, 李晶鑫, 李捷, 陈适, 姚志华

地下空间与工程学报. 2018, 14(5): 1234-1239.

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利用MICP技术固化南海某岛礁吹填珊瑚砂,对固化体试样进行了单轴抗压强度试验,基于损伤力学理论建立了单轴压缩条件下的固化体损伤本构模型。结果表明:利用MICP技术得到的珊瑚砂微生物固化体无侧限抗压强度均大于5 MPa,固化体单轴受压应力-应变曲线可大致分为压密阶段、弹性阶段、塑性阶段与破坏软化阶段。基于连续介质损伤力学理论,假定固化体微元强度服从双参数的Weibull分布,考虑应力-应变曲线特征进行参数简化后建立了单轴压缩条件下的损伤本构模型;模型采用经验拟合方程与损伤本构方程结合的分段函数形式,用试验资料初步验证了模型的合理性。

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岩石单轴压缩PFC^2D模型细观参数标定研究

陈鹏宇, 孔莹, 余宏明

地下空间与工程学报. 2018, 14(5): 1240-1249.

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为了研究单轴压缩PFC^2D模型宏细观参数之间的关系及对其细观参数进行标定,以平直节理接触模型作为颗粒接触本构模型,对PFC^2D模型细观参数进行正交设计,以多因素方差分析、量纲分析研究宏细观参数之间的关系,在此基础上,提出了试错法标定细观参数的具体流程,将其用于灰岩单轴压缩PFC^2D模型细观参数的标定中,数值模拟所得宏观参数、应力-应变曲线和破坏特征与室内试验结果相近,验证了本文方法的可行性。分析结果显示,如果要建立双轴压缩PFC^2D模型,还需进一步标定细观参数tanφ_b和μ_b。研究成果可为岩石力学试验的颗粒流模拟提供一定参考。

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高寒峡谷地区碎裂松动岩体工程特性研究

吴述彧, 李鹏飞, 陈占恒

地下空间与工程学报. 2018, 14(5): 1250-1257.

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受青藏高原持续隆升的影响,在西藏地区的澜沧江河谷一带形成了复杂的地质环境,工程地质问题极为复杂,河谷岸坡山脊部位多分布有一个个“碎裂松动岩体”。本文综合运用三维激光扫描、无人机影像测量、工程地质测绘、平硐勘探、室内点荷载试验和原位剪切试验等手段,系统地研究了碎裂松动岩体的分布特征、变形特征、成因机理和物理力学参数。结合碎裂松动岩体的变形程度,将碎裂松动岩体划分为强、弱变形两区,提出了碎裂松动岩体的成因是卸荷、倾倒变形及冻融等综合作用所致的观点。并在前述研究的基础上给出了碎裂松动岩体的处理建议,为坝基岩体利用或是边坡稳定性分析及处理奠定了一定的基础。

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贵阳红黏土的应力-应变软化模型及参数研究

赵蕊, 左双英, 孙志强

地下空间与工程学报. 2018, 14(5): 1258-1265.

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通过对不同含水量和不同围压下的贵阳红黏土进行三轴固结不排水试验,系统地研究了贵阳红黏土的软化特性及孔隙水压力的变化规律。试验结果表明:贵阳红黏土破坏形态具有明显的剪切带;应力-应变曲线出现了带有驼峰的应变软化现象,固结过程中孔隙水压力与时间呈指数函数关系,剪切过程中孔隙水压力与轴向应变呈双曲线型。研究认为,土体的结构屈服应力和固结不排水试验中产生的孔隙水压力是造成贵阳红黏土软化的主要因素。根据沈珠江、张尔齐等人的软化模型,对贵阳红黏土进行拟合,求解模型参数及置信区间,为贵阳红黏土进一步的数学模型建立提供理论基础。

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基于HHT和AE主频统计的岩石破坏进程分析

王燕升, 邓建辉

地下空间与工程学报. 2018, 14(5): 1266-1275.

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岩石的AE波形主频已被证明与内部微破裂模式有着紧密的联系。目前对于岩石声发射波形的主要频谱分析方法以快速傅里叶变换(FFT)和小波变换为主,两者都存在时-频测不准和针对非平稳信号的自适应性不强的问题。目前对于岩石内部破坏过程的研究缺乏宏观定量化的分析工具。本文以自适应性强,可以直接求得时-频分布的希尔伯特-黄变换(HHT)及其边际谱为基础,提出了一套新的波形频谱处理和主频统计方法。利用岩石直接拉伸试验的声发射信号验证,本文方法的统计结果与FFT方法统计得到的主频成分分布特征基本相同,但更加稳定。结合主频统计结果,本文对试件全试验过程的微破裂成分与岩石破坏进程的快慢之间的关系进行了定量的统计分析。通过对定量分析结果的讨论,笔者认为直接拉伸加载模式下微观剪破坏对受力方向上摩擦阻力的破坏效应不可忽略,其会造成强度的大幅下降。

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碎粒型结构面特征及物理力学参数优化分析

刘云鹏, 李辉, 李崇标, 李华

地下空间与工程学报. 2018, 14(5): 1276-1283.

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某水电站坝区两岸的勘探平洞揭示了百余条挤压破碎带,兼具挤压错动和风化蚀变双重特征,其组成以碎粒岩为主,空间分布不均。作为一种软弱结构面,其工程地质特征及物理力学参数对坝区岩体利用和枢纽建筑物布置具有重要影响。通过现场调查及物理试验,分析统计了其发育分布特征、物理性质;结合现场碎粒型结构面的抗剪强度试验,获得了抗剪强度参数,根据点群趋势,分别按优定斜率法和最小二乘法取值。为避免因某些薄弱单元的累进性破坏而危及工程岩体的整体安全,建议使用优定斜率法成果的下限值作为试验成果标准值。

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考虑应力路径与累积变形影响吹填土力学特性

杨爱武, 赵梦生, 刘琦

地下空间与工程学报. 2018, 14(5): 1284-1291.

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应力路径与累积变形量影响土体的力学特性。本文以天津滨海新区有一定结构强度的吹填土为研究对象,采用WF应力路径试验仪对土体施加不同的应力路径,再控制土体的不同的累积变形量,在此基础上,进行三轴不固结不排水试验,探讨不同应力路径及初始累积变形对吹填土变形特性、强度特性以及孔隙水压力变化规律。试验结果表明,土体三轴剪切应力-应变关系曲线形状与应力路径阶段累积变形量密切相关,应力路径对土体抗剪强度大小以及抗剪强度包线形状有明显影响,抗剪强度指标粘聚力受应力路径的影响比内摩擦角大。土体孔压变化不仅与应力路径有关,还与土体结构屈服有关。3种不同应力路径下,有效应力路径在土体结构屈服前后都出现明显的偏转,呈现为“S”型。土体的结构屈服应力并不是一个定值,随着应力状态的变化而变化。

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饱水冻结花岗岩动态力学性状的应变率效应

王建国, 雷振, 杨阳, 李祥龙, 郭延辉

地下空间与工程学报. 2018, 14(5): 1292-1297.

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从某场地钻取典型花岗岩岩芯试样,借助75 mm直径SHPB装置和低温冻结设备,分别对-15 ℃和25 ℃饱水花岗岩试件施加应变率大小近乎相等的4种冲击荷载,以探究饱水冻结花岗岩动力学特性的应变率效应。试验结果表明:同等应变率冲击加载下,饱水冻结花岗岩的峰值强度更高,抗剪切强度增加,动态弹性模量变为近似直线型增长;相比25 ℃饱水花岗岩,-15 ℃饱水冻结花岗岩破坏需要更高的冲击应变率,破坏时的峰值应变减小。饱水冻结花岗岩内部复合结构裂纹的形成与耗散能紧密相关,耗散能越大,裂纹越多,用耗散能表征的损伤变量值可以判断岩石的破碎程度,-15 ℃冻结饱水花岗岩破坏时的损伤变量值为0.22。研究方法为确定高寒地区冻结岩体的动力学参数提供依据。

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节理岩体强度参数损伤张量模型多维估算

黄金城, 唐丽云

地下空间与工程学报. 2018, 14(5): 1298-1304.

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Hoek-Brown强度准则因可较好实现对节理岩体稳定性分析及参数估算,正逐渐被广泛应用于岩体工程评价中。在对其进行力学参数估算时,采用一维损伤因子D将岩体视为各向同性损伤材料进行分析,而实际上,节理岩体损伤呈现为多维度特征,对其整体损伤效应予以准确把握有赖于建立多维度损伤表示方法。本文基于Hoek-Brown强度准则实现对岩体强度参数估算,充分考虑损伤效应的多维度特征,建立损伤张量表示模型,并结合节理裂隙空间分布参数,实现对损伤张量因子确定化表示;基于节理岩体损伤张量表示结果,结合某露天铜矿边坡节理岩体统计窗测试结果,实现了对强度参数系统估算。损伤张量模型具有表示节理岩体空间损伤特征,可较好用于对节理岩体强度参数的多维度估算。

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基于塑性铰理论的导水裂隙带发育高度预判

周泽, 赵维生, 朱川曲, 张开智, 段瑜

地下空间与工程学报. 2018, 14(5): 1305-1312.

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为更客观和准确地对导水裂隙带发育高度进行预判提供理论支撑。以塑性铰理论为基础结合关键层对岩层移动的控制作用,从理论上阐述了导水裂隙带的形成本质是岩层竖向破断裂隙导气导水能力的形成,并通过数值模拟和工程算例对覆岩结构对导水裂隙带发育的影响进行了分析和验证。研究结果表明:覆岩结构对导水裂隙带的形成和发育有较大影响,处于垮落带范围的关键层破断后若能形成稳定的承载结构,则能有效阻止垮落带向上发展,此时应以关键层所在层位作为垮落带的发育高度;同时,由于导水裂隙带上部岩层下沉空间有限,处于导水裂隙带中上部的关键层在弯曲下沉过程中往往不会发生弯曲破断,从而形成塑性铰结构。此时,可采用塑性铰理论对其竖向贯通裂隙进行分析,确定其导气导水能力,从而对其是否为导水裂隙带的上边界进行判断,进而确定导水裂隙带的发育范围。

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坝基岩体开挖卸荷松弛效应工程特性研究坝

蔡斌, 徐敬武, 朱可俊

地下空间与工程学报. 2018, 14(5): 1313-1321.

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大岗山水电站位于大渡河中游,为混凝土双曲拱坝,坝高210m。由于河谷狭窄,谷坡高陡,地应力较高,坝基岩体开挖过程中产生了强烈的卸荷松弛。本文基于现场地质环境调查、声波检测,结合声波孔波速值和声波衰减率,分析了开挖卸荷松弛的典型特征及其松弛机理,归纳了卸荷松弛类型。通过分析岩体质量与检测成果在时间、空间上的关系得出了坝基岩体开挖卸荷松弛的时间、空间效应,并对坝基岩体开挖卸荷松弛时空效应与其建造、蚀变及构造的关系进行了地质分析研究。深入研究高拱坝建基岩体开挖松弛工程特性,可为高坝建基面的合理选择、松弛岩体工程处理提供科学依据。

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不同岩溶形态场地抗浮水位取值研究

胡政, 田茂中, 陈再谦, 王平易, 汪东

地下空间与工程学报. 2018, 14(5): 1322-1330.

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本文针对贵州岩溶场地,对4类不同岩溶形态下抗浮水位取值进行了研究,得到如下结论:①当场地潜水含水层厚度大于地基基础设置深度时,场地的最高地下水位与抗浮水位相同,当场区处于四周高、中间低的低洼地带及承压含水层分布区时地下水位低于抗浮水位;②抗浮水位取值可通过勘察期间场区地下水最高水位(H_kmax)、可能的意外补给造成该层地下水位的变幅值(ΔH₀)和该层地下水相对勘察时的最大变幅值(ΔH_e)三者之和进行求得;③大型岩溶洼地场区对有地下工程分布的建筑物应重点考虑抗浮影响,这与场区的历史水位、将来环境条件改变后可能存在的最高水位密切相关;基础下部发育大型空腔溶洞场地需要认真分析溶洞水环境特征;浅埋型岩溶暗河管道发育场地地下建筑物底板基础可能存在置于暗河顶部附近或穿过暗河管道两种情况,两者对抗浮水位取值均有不同程度的影响;承压含水层场地应通过水位变化线性图确定场地抗浮水位变化范围,整体地下建筑物按高值确定抗浮水位,分段地下建筑物区间高值确定。本文研究对岩溶地区工程建设有一定的指导意义。

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旁孔透射波法确定桩底深度方法对比研究

张敬一, 陈智芳

地下空间与工程学报. 2018, 14(5): 1331-1337.

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针对既有工程桩检测难题而提出的旁孔透射波法被认为最有应用前景的方法之一。现有关于旁孔透射波法的研究以桩顶裸露自由桩为对象尚难以考察其对既有工程桩的测试效果。现有旁孔透射波法确定桩底深度的3种方法,交点法、平移法、校正法,是否存在理论误差未知,加之在实际桩底深度确定方法的选择上没有具体原则,导致在结果可靠性评估上存在不确定性。笔者采用基于射线理论的桩-土简化理论模型分析了以上3种桩底深度确定方法的理论基础和分析误差,并通过旁孔透射波法现场试验对结果正确性进行了验证。通过有限元参数分析探讨了不同桩底深度确定方法的误差随激振点距地高度、测孔-桩侧距、桩土波速比的影响,得到了3种旁孔透射波法桩底深度确定方法的适用性及适用条件。研究结果对具体条件下选择合适的旁孔透射波法桩底深度确定方法有重要意义。

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高应力破碎巷道仿根系固土支护与控制对策

苏华友, 蒋滨, 张康宁, 骆循

地下空间与工程学报. 2018, 14(5): 1338-1344.

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针对深部高应力破碎巷道支护难度大、维护费用高的问题,以金川镍矿为工程背景,通过理论分析、室内实验和井下试验等手段,借鉴植物根系固土力学机制,深入探讨高应力破碎围岩巷道支护方法,得出如下结论:(1)仿根系固土力学原理设计巷道支护,视金属网的作用类似于植物浅根的作用,将锚杆视为植物的深根,而随机分布的注浆则相当于根系中密布的侧根与支根,因锚网注而增加了巷道围岩的抗剪强度,其增量部分主要取决于根粘聚力c_R。(2) 预应力锚杆、TECCO网、注浆等与围岩有机结合,形成了能承受高应力的围岩复合体。 (3) 试验巷道支护20天后,围岩变形速率小于0.05 mm/d,表明该支护方法能有效控制巷道变形。(4) 巷道支护后19个月里,巷道完好无损,无需任何返修,返修周期提高了近3倍。

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高地应力硬脆性围岩隧道失稳机理及处置措施

李建兴, 张睿, 黄磊, 邹逸伦, 方勇

地下空间与工程学报. 2018, 14(5): 1345-1351.

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为探究高地应力硬脆性裂隙围岩区隧道失稳及结构破坏机理,并提出系统的处置措施,笔者通过对在建米仓山隧道进行现场调查,分析了高地应力破碎围岩区隧道开挖引发的围岩失稳破坏的特点,并结合特定的地质条件,利用能量理论对隧道施工过程进行数值模拟,分析模拟结果得到:米仓山隧道掌子面失稳主要原因是高地应力引起的能量超过岩体的最大承受能力,而岩体破碎是导致支护破坏的直接因素。基于此,文中提出了以下处置措施:(1)降低隧道围岩体内的能量;(2)采用“短进尺、弱爆破”的方式掘进;(3)初期支护结构采用双重支护,并加强监控量测;(4)将径向锚杆更换成兼起应力释放、锚杆、注浆填充作用的径向小导管。

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双护盾TBM施工隧洞岩爆特征微震监测研究

姚林林, 赵明, 钟果

地下空间与工程学报. 2018, 14(5): 1352-1358.

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为了研究深埋隧洞在双护盾TBM施工环境下的岩爆特征,以某公路隧道为例对微震监测成果进行了统计整理,并在此基础上分析了微震事件与掌子面位置、岩体完整性以及隧洞埋深等之间的相关关系,获取了该工程岩爆事件发生的规律。成果表明,在隧洞采用双护盾TBM开挖过程中岩爆事件并非主要集中在掌子面附近,岩爆存在一定的延迟性和超前性,岩爆发生与开挖过程的时间效应及距离范围存在一定规律。同时,岩爆的能量等级和发生频次与岩体结构及隧道埋深也存在关联性。深埋隧洞在双护盾TBM施工环境下的岩爆规律的研究对类似工程具有一定的借鉴意义。

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露天转地下采场围岩及覆岩变形破坏特征研究

李小双, 赵奎, 张东明, 支学艺

地下空间与工程学报. 2018, 14(5): 1359-1371.

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以云南磷化集团有限公司晋宁磷矿为依托背景,借助数字照相量测技术,通过相似材料模拟试验,对20°、50°两种不同倾角条件下,露天转地下开采后,地下采场围岩与覆岩的变形破坏特征及动态演化过程进行了系统研究。结果表明:①地下采场围岩及覆岩的变形演化过程可划分为局部小范围微动、线性持续增大以及整体非线性剧烈垮塌3个阶段;②矿体倾角由20°增至50°后,边坡与地下采场围岩及覆岩的变形整体趋缓,采动影响范围小幅度缩减,沉降曲线则由非对称槽型变为碗型;③采场矿柱回收过程中,地下采场围岩及覆岩发生突发性失稳,呈现出明显的“多米诺骨牌效应”。

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基于三维地应力实测的巷道稳定性优化研究

刘畅, 李宇星, 覃敏

地下空间与工程学报. 2018, 14(5): 1372-1380.

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地应力对巷道稳定性的影响是多方面的,断面形式和布置方式是影响巷道稳定性的决定因素。根据地应力分布特征,选取合理的巷道断面和布置方式是解决巷道变形与失稳问题的关键所在。研究采用目前技术上最先进的CSIRO套孔应力解除法分别对某矿地应力进行实测,分析总结了矿区的地应力分布规律。以此为基础应用三维数值模拟,设计不同方案研究巷道围岩应力和位移特征、塑性区分布情况,分别计算分析了不同走向巷道和不同断面巷道的稳定性状况。通过分析和对比,确定了维持巷道最小变形的优化设计方案:半圆拱或三心拱断面巷道稳定性优于梯形巷道,当走向与最大主应力方向平行时巷道稳定性最好。以研究结果为依据,建议矿山深部巷道采用拱形断面,布置在与最大水平主应力方向平行的岩层中,以减小地应力对巷道的不利影响,提高巷道的服务年限和使用效率。

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基于溶洞随机模型的岩质边坡稳定性评估研究

张科, 杨红宣, 范文臣

地下空间与工程学报. 2018, 14(5): 1381-1386.

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以城门山铜矿为例,提出了一种溶洞随机模型并将其应用于评估岩溶地区岩质边坡稳定性。钻孔数据统计表明溶洞长度分布服从负指数规律,而石灰岩长度分布是无规则的。基于钻孔数据,分别采用逆变换法和舍选法生成溶洞和石灰岩长度;同时,借鉴极限平衡法中竖直条分思路,将岩溶区域离散为有限数量的竖直条块;在此基础上,开发了溶洞随机模型生成软件。将溶洞随机模型导入极限平衡法,提出了一种岩溶地区岩质边坡稳定性评估方法。研究发现,溶洞随机模型模拟所得的溶洞特征参数与钻孔统计结果非常接近。考虑溶洞影响效应,城门山铜矿典型边坡的安全系数明显降低。该方法对于类似岩溶地区的溶洞分布模型构建以及岩质边坡稳定性评估具有重要的指导和推广意义。

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基于JC法的多支撑桩墙支护基坑变形可靠性分析

廖成鑫, 程云, 孙东

地下空间与工程学报. 2018, 14(5): 1387-1392.

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基坑围护结构的设计与评价方法一般采用安全系数法,但该方法不能考虑参数随机性和变异性,而可靠性分析方法可以充分考虑基坑支护体系参数的随机性和变异性,能更为客观地反映基坑的安全性。本文针对多支撑桩墙支护深基坑,建立了关于多支撑桩墙支护深基坑的变形计算模型,在该模型的基础上,应用JC法分析基坑的变形可靠性,并对某工程实例现场实测数据与可靠性分析结果对比分析。通过对比分析得出,可靠性分析能大体反应围护结构可能存在风险的区域及其失效概率,是一种有效的基坑设计和评价的手段。

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溪洛渡库区典型滑坡堆积体变形与防灾探讨

刘仕勇, 李攀峰

地下空间与工程学报. 2018, 14(5): 1393-1399.

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水库运行过程中,库岸滑坡堆积体表现出不同的变形、破坏特征及其演化规律。根据溪洛渡库区滑坡堆积体的地质调查、变形监测资料,选择了干海子、雨林二组2个滑坡堆积体作为典型实例,分析了水库运行期2个滑坡堆积体的变形破坏现象及其演化特征,探讨了不同滑坡堆积体的变形破坏特征及其与剖面形态之间的关系;依据剖面形态,将滑坡堆积体划分为躺椅型和座椅型两类,进一步分析了躺椅型、座椅型滑坡堆积体的剖面形态特征、势能特点、变形破坏特征以及可能的灾害效应,并提出了针对性的防灾减灾对策。

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盐穴储气库建腔期浓度场分布规律研究

邱华富, 姜德义, 陈结

地下空间与工程学报. 2018, 14(5): 1400-1409.

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以盐岩能源地下储库群建造工程为背景,用相似理论中的量纲分析法建立了建腔期腔内浓度场相似模型实验平台,对盐岩建腔期腔体内浓度场分布规律进行了系统分析,研究发现:建腔期腔体内卤水浓度在同一水平面上除边界层外是均匀分布的,边界层浓度高于同一水平面上其他位置;在竖直方向上,注水流量、套管位置、循环方式都会影响卤水浓度的分布;反循环造腔时,卤水浓度在竖直方向上呈现梯度分布,且随深度增加而增加,而且在竖直方向上的分布的浓度梯度受到造腔工艺的影响。在反循环建腔时,根据腔体卤水浓度在纵向上的分布特征,可以将其分为4个区域,饱和沉淀区,缓冲扩散区,对流扩散区和自由扩散区。获得了反循环建腔时卤水浓度分布函数,分析了造腔工艺相关参数对卤水浓度分布的影响规律,为盐穴储气库建腔提供指导意义。

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一种运营地铁盾构隧道结构健康状况评价方法

黄震, 傅鹤林, 黄宏伟, 张加兵

地下空间与工程学报. 2018, 14(5): 1410-1418.

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为解决多指标对盾构隧道结构健康状况的综合影响以及人的有限理性对评价结果的不精确性问题,提出一种基于可能性理论及前景理论的地铁运营盾构隧道结构健康状况评价方法。首先在已确定盾构隧道结构健康状况等级的基础上,构造各健康状况等级可能性分布;然后基于专家期望值得到各监测指标的参考分布函数;基于可能性理论,得到指标监测结果的可能性分布,构造出监测指标与健康状况等级可能性分布函数之间的映射关系;最后,基于前景理论对盾构隧道结构健康状况进行评价。该方法运用于软土盾构隧道结构健康状况的评价,验证了其有效性及实用性,为运营盾构隧道结构健康评价提供了新方法。

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公路隧道纵向通风对火灾烟气分层影响研究

刘帅, 陈建忠, 王芳其

地下空间与工程学报. 2018, 14(5): 1419-1423.

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纵向通风目前是我国长隧道使用最多的通风排烟方式。通过1∶ 10隧道模型火灾排烟试验,利用激光片光观测火灾烟气分层结构,分析了纵向通风对火灾烟气分层结构的影响;通过数值模拟,研究了隧道采用纵向通风排烟的效果。结果表明:在无风情况下,火灾初期烟气能够较好地维持在隧道顶部,与空气分层界限明显;开启纵向排烟后,能够有效抑制火灾烟气向火源上游蔓延,但烟气分层结构遭到破坏并随着风速增加逐渐消失,火源下游区域能见度下降;纵向排烟风速维持在临界风速及以下,可降低纵向风对烟气分层的影响。

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考虑运行风险的某岩质边坡坡比优选分析

杨超, 王乐华, 陈再谦, 程瑞新

地下空间与工程学报. 2018, 14(5): 1424-1430.

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为了研究某水电站岩质边坡在运行期内不同坡比下的抗风险能力并优化坡比,设计了不同工况(暴雨、地震)和不同坡比下的数值模拟分析。结果表明:(1)坡比一定时,随着降雨强度增加,位移逐渐增大,拉应力则变化较小;随着地震烈度增加,位移和拉应力均逐渐增大,且趋势愈明显。(2)断层区域对坡体位移场有着明显的分割作用,顺向断层则会使应力沿断层方向发生突变。(3)暴雨和地震分别作用下,边坡越陡最大位移均出现了不同程度的减小,且地震强度越大,最大位移对坡比越敏感。(4)在考虑边坡稳定性与工程造价的前提下,对开挖坡比进行组合优化设计后在各工况下为最优选择。研究成果对该工程边坡开挖施工具有较大的参考价值。

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