地下空间与工程学报

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陶伟声, 阮孝平

地下空间与工程学报. 2018, 14(6): 1431-1436.

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地下人行通道总体布局规划是城市地下空间开发利用规划编制过程中重要分项环节,其规划内容分为两个层次,一是过街地下通道的总体布局,二是重点区域地下人行流线的组织引导。确定这两方面内容,需要先划定地下人行连通重点区域,并作为分析基础。按照这一思路,本文结合实际项目,从三个方面论述其编制方法:第一,通过价值分区评价法来划定地下人行连通重点区域;第二,通过需求分布评价法来确定过街地下通道建设布点;第三,以构建连续步行空间为导向,细化过街地下通道空间落实,统筹人行地下连接通道空间布局,形成完整的地下步行网络。

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基于AHP的历史街区地下空间开发价值评价

朱寅歌, 赵景伟, 黄子瑜

地下空间与工程学报. 2018, 14(6): 1437-1444.

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运用历史街区保护的基本理论,针对历史街区的保护与开发的研究现状进行了深入分析,通过对历史街区地下空间开发价值的自然条件、地面及地下空间条件、地理位置条件、历史研究条件、居民生活需求条件等影响因素的具体分析,建立历史街区的地下空间评价指标体系。通过运用专家调查法,对指标体系的各项指标进行初步打分,并借助统计分析方法得到权重咨询值。利用层次分析法确定各影响因素的权重,构建历史街区地下空间评价模型。在此基础上,明确历史街区地下空间开发价值分级标准以及开发方式,并以青岛中山路历史街区为例进行了地下空间开发价值评估。

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基于BIM及物联网的城市地下综合管廊建设

陈苏

地下空间与工程学报. 2018, 14(6): 1445-1451.

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城市地下综合管廊建设对城市管线的建设、运行、维护及安全具有重要意义。本文以平潭市地下综合管廊建设为例,针对地下综合管廊传统施工技术存在的施工周期长、施工环境污染等缺点,提出采用刚柔复合防渗漏可回收支护技术及预制叠合装配式技术,实现了缩短施工周期、减少环境污染及节约资源的绿色建造理念。同时,基于BIM及物联网技术,通过地下综合管廊监控系统建立城市地下综合管廊数据平台,精准控制及管理,显著减少了人为操作误差,实现物物相连、信息共享和交换功能,解决了地下综合管廊项目生命周期全阶段数据链断链及管理低效的问题,降低了维护管理成本,实现了城市地下综合管廊智能化、信息化的智慧运维。

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弯曲试验确定岩石单轴抗拉强度的新方法

吕爱钟, 王浩宇, 蔡辉

地下空间与工程学报. 2018, 14(6): 1452-1457.

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岩石的单轴抗拉强度是岩石的一个重要力学参数。四点弯曲试验法是获取岩石单轴抗拉强度的一种间接方法,但四点弯曲试验的传统公式计算出来的单轴抗拉强度往往比实际的单轴抗拉强度大得多,有时甚至是直接拉伸试验抗拉强度的2~3倍。因此,需要对传统公式进行改进,得出新的抗拉强度计算公式,并在四点弯曲试验中获得与实际比较符合的单轴抗拉强度。在岩石拉压模量不同的基础上,考虑岩石破坏前的塑性变形行为,通过弹塑性力学的方法精确地推导出四点式弯曲试验的单轴抗拉强度计算公式,并分析了新的抗拉强度计算公式的结果,获得与实际情形比较符合的岩石单轴抗拉强度。

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隧道原位单侧扩挖围岩力学特性解析分析

杨宾, 林从谋, 张在晨, 殷榕鹏, 温智捷

地下空间与工程学报. 2018, 14(6): 1458-1465.

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为通过解析计算分析隧道单侧扩挖围岩力学特性的特点,考虑到围岩支护对隧道围岩的稳定起到重要作用,针对已有的隧道围岩力学解析解,在考虑支护反力作用的情况下,结合Schwarz交替法进行求解,提出了隧道原位扩挖围岩力学特性计算的解析算法。经大帽山隧道原位扩挖工程的围岩变形监测数据与abaqus数值模拟验证,结果表明:在考虑支护情况下隧道原位扩挖Schwarz交替法能得到较精确的围岩力学性质,该方法有较好的适用性。随着扩挖宽的的增加其围岩特性如下:(1)在相切处即原隧道在开挖施工部分应力值变化较大,扩挖部分的环向应力在拱顶处有拉应力产生。(2)原隧道竖向,水平位移值变化较小,较稳定。扩挖部分的竖向位移有增大趋势,水平位移有收敛趋势。(3)相较于无支护的情况,有支护力作用下,隧道扩挖水平位移变形趋向于稳定,竖向位移变化较小。

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损伤岩石受拉变形模量的理论计算方法

沈才华, 王浩越, 李雪松, 王媛

地下空间与工程学报. 2018, 14(6): 1466-1475.

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岩石受拉破坏过程本质是微裂纹扩展过程,假设均匀损伤的岩样由很多单裂纹岩石单元组成,受拉条件下含裂纹岩石单元的应变包括裂纹张开引起的岩石弹性应变,非弹性应变,岩石基质的弹性应变。采用COD理论计算裂纹尖端的最大张开位移,根据裂纹张开位移计算单裂纹单元的应变增量,计算出岩样受拉破坏时的应变与初始裂纹密度和裂纹最小间距的关系,最后建立了受拉条件下损伤岩样的体积变形模量计算方法。本方法能同时有效描述初始裂纹数量和裂纹长度对岩石变形的影响,更符合实际情况。结合算例分析显示:岩石裂纹张开引起的应变(包括弹性部分和塑性部分)是损伤岩石变形的重要组成部分,与初始损伤系数和内在抗拉强度成正比,与岩石基质弹性模量成反比。岩石的变形模量随着岩石的初始损伤增加而减小,随着裂纹长度损伤因子的增大而减小。并且初始损伤系数与初始裂纹密度以及裂纹最大半长的平方均成正比。

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非饱和土有效应力公式验证

邵龙潭, 覃亚龙, 郭晓霞, 郑国锋, 曾立峰

地下空间与工程学报. 2018, 14(6): 1476-1483.

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非饱和土有效应力原理对于非饱和土力学具有奠基性的意义。虽然现有的非饱和土有效应力公式种类很多,但是同时具有一定理论基础和明确物理意义的非饱和土力有效应力公式并不多,而且其适用性有待进一步的验证。为此,笔者首先简要概述了非饱和土有效应力公式的演化历程,并对几种典型的非饱和土有效应力公式的理论依据及物理意义进行了讨论,通过比较发现,邵龙潭采用连续介质力学理论推导得到的饱和与非饱和土统一的有效应力公式与1996年Vanapalli所提出的半经验公式在形式上相似,但是前者却阐明了非饱和土有效应力的物理意义即不包含孔隙流体压强作用的土骨架应力。将该公式与四参数Van Genuchten模型进行结合分别对膨胀土、粉质粘土、粘质砂土以及灰质粘土4种不同种类的非饱和土的抗剪强度进行了预测。结果表明,在试验精度范围内,理论预测值与试验值吻合较好,从而验证了该公式在试验和工程中具有良好的适用性。

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不同块度煤系软岩崩解性室内试验研究

郑明新, 张晗秋, 舒明峰, 范亚坤, 杨继凯

地下空间与工程学报. 2018, 14(6): 1484-1489.

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煤系软岩遇水易软化崩解,基于不同块度煤系软岩的崩解性室内试验,探讨了干湿循环作用下煤系软岩耐崩解性指数和崩解物粒径分布的变化规律,并分析了产生崩解的原因。试验结果表明:(1)随着干湿循环次数的增加,煤系软岩耐崩解性指数呈指数关系降低,且降幅主要发生于前3次循环,并以第一次干湿循环所致降幅最大;(2)不同块度煤系软岩的崩解物均可定名为级配不良砂,其中0.5~5 mm粒径的颗粒含量能较为清楚地反映煤系软岩崩解进程,故建议该粒径范围作为评定煤系软岩崩解稳定的标准之一。

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崩塌体失稳关键区岩石损伤特性试验研究

贺凯, 李滨, 朱赛楠, 高杨

地下空间与工程学报. 2018, 14(6): 1490-1497.

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针对导致大型高陡危岩失稳的底部关键区域损伤劣化问题,通过声发射试验以及数值模拟试验获取关键区岩石试样在三轴压缩过程中的应力应变及声发射特征参数,利用损伤理论对试样的损伤特性与演化规律进行分析。研究结果表明:试样呈现出典型的脆性岩石破坏特征,伴随能量集中释放,在主破裂出现时刻声发射计数骤增;随着围压升高,声发射活跃频度增大,沉寂期缩短;不同围压下累计声发射计数曲线均呈现出初期平缓—中期缓增—后期陡升的阶段性特点,并与应力应变曲线具有良好对应关系;数值模拟试验所得到的力学及声发射数据能够合理反映并补充声发射试验结果,两种试验方法获取的岩石损伤性质参数及其趋势规律基本一致;基于累计声发射计数构建损伤变量,据此可定量化分析试样及危岩失稳关键区的损伤演化状态。本研究对具有相同失稳模式的高陡危岩损伤特性分析具有重要参考。

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大理岩裂隙渗流的时间效应试验研究

王辰霖, 郭保华

地下空间与工程学报. 2018, 14(6): 1498-1504.

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应用自行研制的辐射型渗流试验装置对含单个张裂隙粗晶大理岩进行不同法向应力作用下的渗流试验,分析法向蠕变对渗流特征与法向应力和水头大小关系的影响。结果表明:在恒定法向应力作用下,裂隙蠕变闭合量与时间呈对数函数关系,随时间增加而增大,呈现出明显的初始蠕变阶段特征;降水头阶段和升水头阶段渗流量均与水头差呈线性关系,岩石裂隙法向蠕变导致恒定法向应力下岩石裂隙渗流能力随时间增加而降低,降水头阶段与升水头阶段相同水头差处流量差值随水头差的增加而增大;在相同水头差作用下,降水头阶段和升水头阶段渗流量均与法向应力呈负指数函数关系,降水头阶段与升水头阶段相同法向应力处渗流量差值随法向应力增加而降低,其原因为裂隙蠕变闭合量与法向应力呈正线性关系。研究结果对岩体裂隙渗流工程实践具有一定参考意义。

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高强砂浆材料爆炸作用下破坏分区试验研究

王启睿, 孔福利, 范俊奇, 贺永胜

地下空间与工程学报. 2018, 14(6): 1505-1511.

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选用高强砂浆材料模拟同等强度岩石介质,开展TNT炸药在内部不完全封闭爆炸条件下对模拟岩石介质破坏效果的研究,采用宏观现象分析、钻芯取样及理论计算的方法确定破坏分区范围。结果显示:配制的高强砂浆材料强度可达105.6 MPa,能够模拟中等强度以上岩石介质;TNT炸药爆炸作用下高强砂浆模拟岩石介质分为粉碎、压碎、裂隙和弹性等4个区域,其范围与钻孔装药的尺寸参数有关;粉碎区半径约为钻孔装药半径的2.2倍,压碎区半径约为5.2倍,裂隙区半径约为32倍;3种分析方式结果相当,试验能够较真实地反映高强砂浆模拟岩石介质钻孔装药爆炸后的破坏情况。

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地铁暗挖隧道无筋复合衬砌损伤加固试验研究

李宇杰, 徐会杰, 王梦恕, 宋国侠

地下空间与工程学报. 2018, 14(6): 1512-1518.

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以北京地铁某线路复合衬砌结构裂缝病害为研究背景,采用室内模型试验方法开展对衬砌结构破坏规律和补强效果的研究。通过试验得出主要结论如下:(1)试验梁裂缝发展分为4个阶段,以试验荷载90 kN、120 kN、180 kN和350 kN为分界点。(2)芳纶纤维布补强试验梁的破坏试验显示,黏贴在试验梁下部的芳纶纤维布提升了试验梁的抗弯性能,其挠度由13 cm增加至18 cm;3 m的补强范围保证了试验梁在破坏时,芳纶纤维布的两边始终粘贴在试验梁下部,未出现拱顶掉块和直梁实验中常见的纤维布断裂破坏形式。(3)通过对比试验可以得出,芳纶纤维布补强不同损伤程度的试验梁可使其屈服荷载提高17%～39%,极限荷载提高46%～71%,对试验梁承载力提高明显。本文的研究结论对下一阶段的隧道衬砌结构裂缝病害综合治理工作具有重要的理论指导意义。

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煤柱尺寸留设与巷道围岩稳定性关系实验研究

辛亚军, 李梦远, 安定超, 卜庆为, 郝海春

地下空间与工程学报. 2018, 14(6): 1519-1526.

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煤柱尺寸大小影响巷道围岩稳定性,通过不同煤柱尺寸软煤巷道围岩变形与应力分布相似模拟实验,研究了不同煤柱尺寸下巷道围岩裂隙、岩层移动的演化特征与巷道围岩应力、支架载荷的分布规律,确定了巷道围岩初始扰动与临界失稳的煤柱尺寸。结果表明:软煤平巷围岩裂隙演化特征表现为两帮煤体裂隙水平扩展后的顶板裂隙产生,围岩失稳诱发点为巷道两帮上角部;当煤柱尺寸小于300 mm后,巷道两帮表现为非对称塑性破坏后顶板裂隙扩展的加剧,顶板下沉量、两帮移近量与巷道围岩应力、支架载荷变化剧烈,围岩与支架最大应力集中系数分别为2.53和1.67;当煤柱尺寸为150 mm时,煤柱两侧的巷道围岩裂隙与采区煤壁裂隙贯通,煤柱呈屈服承载状态,巷道支架载荷右侧大于左侧,巷道围岩稳定性降低;对巷道围岩稳定性产生影响的煤柱尺寸为300 mm,保证巷道围岩稳定性的最小煤柱尺寸为150 mm。

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大气温度升高下冻土桩负摩阻力试验研究

唐丽云, 王鑫, 杨更社, 金龙, 王晓刚

地下空间与工程学报. 2018, 14(6): 1527-1535.

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全球气温变暖,冻土的上限下移使得桩周土体融沉量改变进而引起桩侧负摩阻力的变化,最终影响桩基长期服役性能。为了研究大气温度升高对冻土区桩侧负摩阻力的影响,基于查拉坪大桥16号桩实际地勘资料,考虑大气温度升高预测10、30、50、70年后桩侧土体温度场变化,并基于预测的温度场开展室内模型试验,研究当年、10、30、50、70年后冻土桩桩侧负摩阻力的变化规律。试验得到冻土桩桩侧负摩阻力在10年、30年、70年分别为5.2 kPa、2.4 kPa、2.0 kPa。分析认为,在当年工况到10年后工况过渡的阶段,由于桩体和大气温度的共同作用,桩侧冻结力明显减小,桩侧产生较大的负摩阻力;随着年份的增加,较深处地温的降低使得桩侧冻结力明显增加,因此桩侧负摩阻力逐渐减小。

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基于离心试验的环形加筋挡墙破坏形式试验研究

梁波, 汪滔, 赵宁雨, 厉彦君, 凌学鹏

地下空间与工程学报. 2018, 14(6): 1536-1541.

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环形加筋挡墙破坏形式的研究目前还处于相对空白阶段。笔者通过2组离心模拟实验,对环形加筋挡墙的破坏形式和变形特征进行了研究,初步判定了环形加筋挡墙的破裂面形状与“0.3H”破裂面相似,呈折线形。通过对挡墙破裂面附近监测点的位移对比分析研究表明:环形加筋形式对挡墙破裂面的开展有良好的限制作用,能使墙体的侧向位移变化更加均匀;环形加筋形式对约束挡墙侧向变形的能力较竖向变形能力强。

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地铁盾构管片接头抗弯刚度模型试验与数值分析

杨钊, 罗会武

地下空间与工程学报. 2018, 14(6): 1542-1548.

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为研究盾构管片接头抗弯刚度力学特性,采用缩尺模型试验与数值模拟的方法对其进行了研究,得到了如下结果:(1)当弯矩值小于拐点值(150 kN·m)时抗弯刚度曲线可近似为一条过原点的直线,当弯矩值超过拐点值(150 kN·m)时抗弯刚度的曲线斜率变化明显,且曲率随着偏心距e的增大而增大;(2)进行了管片纵缝接头精细有限元模拟,数值模拟获取的抗弯刚度与模型试验获取的抗弯刚度趋势一致,但前者比后者大10%~20%。经过分析得到如下结论:(1)管片抗弯刚度的曲线是高度非线性的非单调函数,其斜率较为复杂难以用方程表示;(2)弯矩越大抗弯刚度越小,正弯矩的抗弯刚度绝对值明显大于负弯矩的抗弯刚度绝对值,在偏心距e固定的情况下,随着偏心轴力N的增大,抗弯刚度先增大后减小;(3)本文数值模拟所采用的方法和选用的本构关系可用于指导计算管片结头抗弯刚度。

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地下工程口部防落石拖挂网的试验和数值分析

崔廉明, 石少卿, 王文康

地下空间与工程学报. 2018, 14(6): 1549-1557.

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地下工程的口部易受到崩塌、落石灾害威胁,一般可通过落石防护网进行防护。防落石拖挂网是一种新型的落石防护网,其“因势利导,以柔克刚”的结构形式可以有效降低结构内力峰值,减少建设和维护成本。为了探索防落石拖挂网在落石冲击下的变形模式和结构内的荷载传递规律,通过模型试验对防落石拖挂网的防护性能进行研究。研究发现,未布置拖挂网时落石直接飞跃到试验边坡底部,布置拖挂网后落石飞行高度明显降低,达到了控制落石运动轨迹的目的。根据模型试验构建了防落石拖挂网的数值计算模型,并从防护网形态、落石运动轨迹和落石出射速率等方面与试验进行了对比验证,为下一步防落石拖挂网的耗能机理和传载规律研究奠定了基础。

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孕镶齿切削效率数值模拟及实验研究孕镶齿切削效率数值模拟及实验研究

林敏, 李维均, 宋东东, 任海涛, 左龙

地下空间与工程学报. 2018, 14(6): 1558-1563.

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PDC钻头和牙轮钻头在深部难钻地层中钻进时出现钻头钻进效率低、磨损速度快、寿命短等现象,相对而言,孕镶金刚石钻头凭借其特殊的破岩机理和“自锐性”在此类地层中具有良好的钻进性能,已成为提高深部难钻地层破岩效率的重要手段之一。本文以金刚石浓度、粒度、钻压、转速与孕镶齿的切削效率内在影响规律研究为目的,利用离散元软件PFC3D建立孕镶齿磨削砂岩的物理模型来进行数值模拟,然后进行孕镶齿磨削实验,实验数据与模拟结果的对比,验证了孕镶齿选取平行黏结模型来进行模型建立及仿真的正确性,从而粒度、钻压、转速、浓度对切削效率的影响逐渐降低,同时为孕镶钻头工作性能分析、个性化设计、地层适应性评价及钻头选型提供了依据。

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不同含水率砂卵石围岩宏细观力学特性研究

路军富, 章春炜, 钟英哲, 刘大刚

地下空间与工程学报. 2018, 14(6): 1564-1570.

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含水率对具有颗粒物质性质的隧道砂卵石围岩稳定性有较大影响,通过室内大型三轴试验与颗粒离散元数值三轴试验相结合的方法,对中密状态下不同含水率砂卵石围岩在100、200、300 kPa三种围压下的宏细观力学特性展开研究,分析了含水率对隧道砂卵石围岩宏细观力学参数影响规律。研究结果表明:随着含水率的增加,砂卵石围岩的应力峰值、内摩擦角和粘聚力均随之减小;砂卵石围岩变形破坏时轴向应变约为4%,其应力峰值后仍可承受较大的应力特性;确定了中密状态时不同含水率砂卵石围岩的接触模量、摩擦系数、颗粒刚度比、法向接触强度等离散元细观参数。研究成果为砂卵石地层隧道围岩稳定性离散元精细化模拟提供理论依据。

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基于灰色关联理论的红层软岩尺寸效应研究

吕龙龙, 宋丽, 廖红建, 李杭州, 张天宇

地下空间与工程学报. 2018, 14(6): 1571-1576.

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为探究红层软岩岩体与小尺寸软岩试件实验强度的关系,对定西红层软岩的不同高径比试样进行单轴压缩试验,研究该类软岩的尺寸效应。考虑软岩力学性质复杂,弹性模量、泊松比、变形模量均为不确定值,引入灰色关联理论(比较了现有的4个灰色关联模型,表明相对关联模型更适合于软岩的尺寸效应研究)。计算和分析了软岩高径比、弹性模量、变形模量、泊松比与强度的相对关联度,结果表明:试样高径比≥1.2范围,泊松比对强度影响最大,高径比其次;试样高径比<1.2范围,高径比对强度影响最大,泊松比其次;变形模量对强度的影响大于弹性模量。对该类红层软岩进行尺寸效应研究,需要考虑高径比、泊松比、变形模量共同影响作用。定义了尺寸效应系数、变形模量兆帕像,采用简化维度的方法给出了尺寸效应系数的四维方程,拟合结果与试验结果具有良好的一致性。

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砂土导热性能测试与预测研究

甄作林, 朱江鸿, 张虎元, 马国梁, 盖玉玺

地下空间与工程学报. 2018, 14(6): 1577-1586.

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地层内砂土的导热性能是地下空间开发建设中暖通空调设计的重要参考指标。采用Hot Disk TPS2500s热常数分析仪测试,探讨了干密度和含水率对砂土导热性能的影响,分析了砂土的导热系数理论预测问题。结果表明:干密度相同时,重塑砂土的导热系数和体积比热随含水率的增大而增大;含水率低时重塑砂土的热扩散系数随含水率的增大而增大,达到一定含水率后重塑砂土的热扩散系数随含水率的增大趋于稳定或减小;含水率相同时,重塑砂土的导热系数、体积比热和热扩散系数随干密度的增大而增大;重塑砂土与原状砂土的热物理参数随含水率变化的趋势大致相同,后者偏大。讨论了土体导热系数预测理论的适用性,Cote and Konrad模型可以准确得到预测重塑砂土的导热系数。

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三点弯梁开裂过程及尺寸效应的连续-非连续方法模拟

王学滨, 郭翔, 芦伟男, 祝铭泽

地下空间与工程学报. 2018, 14(6): 1587-1593.

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本文利用自主开发的一种适于模拟准脆性材料(岩石、混凝土等)变形、开裂、接触、摩擦及转动的连续-非连续方法(该方法借鉴了拉格朗日元法、变形体离散元法及虚拟裂缝模型的有关原理),通过在梁跨中预设允许分离节点,开展了位移控制加载条件下三点弯梁开裂过程及尺寸效应的数值模拟研究。研究发现,随着加载点位移的增加,梁跨中的节点不断分离,裂缝不断发展,最大主应力始终集中于裂缝尖端附近;随着裂缝的张开,裂缝两侧发生卸载。梁的跨高比越大,梁的载荷峰值越小,梁的载荷-位移曲线的峰前和峰后部分越平缓。梁的高度越大,储存的应变能越高,梁的开裂越迅速,这可解释煤矿中采掘活动引起的巨厚砾岩层的开裂和运动诱发的冲击地压现象。

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基于鲁棒性的地基土承载力设计研究

张峰, 周峰, 王耀, 陈成, 李巧

地下空间与工程学报. 2018, 14(6): 1594-1602.

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地基土承载水平的确定至关重要,而岩土工程设计中仅考虑了地基土承载能力,忽略了设计的安全度稳定水平。针对岩土参数的不确定性对地基土承载力及计算模式的不同及对地基土极限承载力稳定水平的影响,提出基于鲁棒性的地基土承载力设计思路。首先将岩土参数作为不确定因素,利用平均值及标准差考虑参数的不确定性;其次设定基础几何尺寸作为设计参数,将承载力极限状态方程作为功能函数进行地基土承载力设计。鲁棒性设计避免了传统设计方法忽略岩土参数不确定性的不合理性,将鲁棒性作为地基土承载力的安全性评价标准,并结合经济性对基础进行多目标优化设计。通过与传统设计对比分析,证明了基于鲁棒性的地基土承载力设计方法的合理性与重要性。

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盾构隧道穿上软下硬地层掌子面顶推力优化研究

何祥凡, 高锋, 申兴柱, 王帆

地下空间与工程学报. 2018, 14(6): 1603-1610.

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上软下硬复合地层是盾构施工中经常遇到的一类地质状况,在这种特殊地层条件下进行盾构施工有很多难点,结合深圳地铁7号线穿越上软下硬交界地层的工程实例,采用数值模拟的计算方法,对盾构隧道穿上软下硬复合地层(“由软入硬”及“由硬入软”)掌子面各分区内顶推力进行优化分析,结果表明:在盾构掘进穿越上软下硬地层的过程中,适当减小上部分区内千斤顶推力并增大下部分区顶推力的措施可以有效减小“由软入硬”段管片应力(S1减小2.76%~3.1%、S3减小3.39%~3.46%),并得出掌子面上中下分区内千斤顶推力的比例在8∶13∶18~10∶13∶16范围内较为合理。但这种调整盾构姿态的措施会使地表沉降出现增大趋势,而在实际工程中则可以适当增大土仓压力来抑制地表沉降的增大。

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基于Markov过程与信息熵法的长隧道勘探位置优化

徐琛, 胡程科, 刘晓丽, 王思敬, 朱瑜劼

地下空间与工程学报. 2018, 14(6): 1611-1617.

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基于Markov方法和信息熵的基本理论,提出了通过优化勘探点位置以获取更为精确的地质信息的方法。根据已有的勘探点数据,提出了基于Markov理论的隧道地质岩性风险分析与分类方法,预测和判识隧道沿线的岩性分布概率;基于信息熵的评价分析方法,计算了隧道洞轴沿线各处的信息熵值,信息熵值越大,勘探信息的不确定性就越大;以信息熵最大值所对应位置为新增勘探点位置,以降低预测不确定性,获取勘探信息最大化;最后以新疆八十一大阪引水隧道工程的新增23个勘探点数据为例,利用提出的勘探点位置优化方法证明了该方法的准确性。本文研究方法和结果可以为隧道等地下工程勘探规划或补充勘探点的优化布置提供重要依据,也为基于已知勘探资料预测工程地质信息提供了一种可行的手段。

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施工顺序影响沉管隧道基础灌砂模型试验

万超, 周恩先, 吴刚, 沈永芳, 吕振纲

地下空间与工程学报. 2018, 14(6): 1618-1624.

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基础灌砂是沉管隧道工程施工中常用的基础处理方法。为了解决沉管隧道基础灌砂施工顺序的问题,通过对等比例灌砂模型灌砂实时观测试验,探讨了不同灌砂施工顺序对底板压力及砂积盘扩散的影响。研究表明:不同的灌砂顺序,对于灌砂效果有着明显的影响。先灌砂对后灌砂在特定方向上具有影响;后灌砂时,灌砂效果受先灌砂的影响,灌砂时间大大缩短,后灌砂会造成已灌砂完成的区域底板压力增大。

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新型混凝土-碎石串联组合桩承载力计算

郭尤林, 赵明华, 付贵海, 余鹏飞

地下空间与工程学报. 2018, 14(6): 1625-1633.

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针对碎石桩容易在桩顶1～3倍桩径高度范围内发生鼓胀破坏现象,提出一种新型碎石桩复合地基:混凝土-碎石散体材料串联组合桩复合地基,并阐述了该新型复合地基的施工工艺。基于计算深基础承载力Meyerhof法,采用多滑块破坏模型,建立了混凝土-碎石散体材料串联组合桩深层鼓胀破坏计算模型,通过随机优化算法寻找临界滑动面,计算得到其单桩极限承载力。将该新型组合桩的承载力理论计算值与数值仿真计算结果、传统碎石桩承载力试验结果进行对比分析,结果表明:提出的多滑块解析计算方法准确性较好;新型桩的承载力比传统碎石桩承载力有了明显提高,相较于传统碎石桩,新型组合桩在混凝土桩段长度1 m时承载力计算值提高了32.76%,在混凝土桩段长度2 m时,承载力计算值提高了54.74%。

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基于土拱耦合效应的合理桩间距分析

王培勇, 董彤, 李秀地

地下空间与工程学报. 2018, 14(6): 1634-1638.

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桩间距是抗滑桩设计的重要参数之一,目前都是在土拱效应的基础上建立的,但由于对土拱内力特征以及土拱的相互作用机理认识不清,在确定最不利截面和控制条件时不严格,所得桩间距不准确。在相邻土拱耦合机理分析的基础上,根据材料力学得到拱脚三角形受压区的应力状态;以三角形受压区强度作为控制条件,利用摩尔-库伦强度准则建立桩间距下限的表达式;以土拱效应消失确定桩间距的上限值,继而探讨了桩间距的合理取值。最后以工程实例对桩间距进行了计算,并得到了较为合理的计算结果。桩间距计算公式能正确反映岩土体和抗滑桩设计参数的影响,与实际情况比较吻合,可直接应用于抗滑桩工程的设计。

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软土层对地铁狭长深基坑地表沉降的影响研究

张艳书, 薛栩超, 庄海洋, 刘雪珠

地下空间与工程学报. 2018, 14(6): 1639-1651.

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随着我国城市轨道交通的快速发展,地铁地下车站狭长深基坑工程越来越多,尤其是长江中下游和沿海地区城市的狭长深基坑大多开挖于深厚软土场地,对该类深基坑的施工安全造成了严重的威胁和工程事故。鉴于此,本文基于Midas商用软件,建立了土体-围护结构相互作用体系的三维有限元分析模型,通过现场实测与数值计算结果的对比分析,验证了数值分析模型的可行性。通过改变软土层厚度、埋深和开挖深度等不同组合的108个计算工况,系统分析了软土层厚度和埋深变化对地铁狭长深基坑周围地表沉降的影响规律。结果表明:当软土层主要位于基坑底面以上侧向地基中时,软土层厚度变化对基坑周围地表沉降影响较大;地铁狭长深基坑侧向地基中软土层埋深增大时基坑周围地表沉降先变大后变小,且变化转折点为软土层顶层埋深高于基坑底面以上的一定范围内;当软土层埋深较大且较厚时,开挖深度对地表沉降的影响有增速的趋势,即当基坑开挖深度较深时软土层的影响更为明显。同时,根据数值计算结果,给出了软土层厚度和埋深等与地表沉降的统计关系。

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DP与EDP模型及其在隧道稳定分析中的应用

张辛, 宋宏伟, 闫晓

地下空间与工程学报. 2018, 14(6): 1652-1657.

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Drucker-Prager模型(DP)是隧道工程数值模拟中常用材料模型,随着计算方法的进步,很多有限元软件都开发了Extended Drucker-Prager模型(EDP),以弥补经典模型的不足。本文针对ANSYS中EDP模型的参数不直观的问题进行了系统深入研究,通过对各屈服函数比较,阐述了经典模型与扩展模型中参数的参数意义并指出它们相互转换关系。通过对平面应变条件下的深埋隧道有限元模拟和理论计算,对比了解析解、DP模型和EDP模型数值解。研究表明:EDP模型作为DP模型的改进模型,考虑材料的硬化特性,更符合岩土材料的实际情况;EDP模型中的参数可以通过粘聚力和内摩擦角求得;在弹塑性分析中,解析解与利用EDP和DP模型求得应力基本一致;但是,解析解求得到的塑性区半径小于数值模型求得的值。

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深井煤层底板卸荷扰动应力场展布形态研究

李家卓, 李传磊, 李杨, 袁安营, 刘万荣

地下空间与工程学报. 2018, 14(6): 1658-1666.

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采用综合研究方法分析了煤层回采后底板岩层应力场变化特征和空间分布规律,结果表明:工作面回采初期,煤壁前方及开切眼附近最大主应力近似等于垂直应力,似“球根”状向底板岩层传播,高剪应力斜向采空区两侧未采煤层底板传播,并迅速衰减,水平应力集中程度微弱;工作面继续回采,围岩最大主应力场急剧偏转,底板岩层存在高应力束组成的主应力拱,垂直应力峰值线是深入煤体斜向工作面底板岩层按负指数规律衰减的曲线,采场附近垂直应力等值线升高区呈“耳”型分布,工作面后方采空区底板岩层出现滞后卸压现象,垂直应力等值线最终趋于“平底型”分布,卸压范围呈现倒“八”字型;煤层底板应力场具有继承相关性,且煤层底板方向应力场衰减速率远大于煤层顶板岩层。附加水平应力和剪应力沿采空区边缘在浅部岩层出现高度集中现象,之后急剧耗散。力学场偏转伴生出的拉应力、膨胀应力、挤压应力联合作用是底板岩层运动(底臌)的本质力源,煤壁前方底板岩层存在微弱的扰动变形,底板岩层裂纹势必超前起裂。

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叶巴滩高拱坝抗震安全分析与评价

陈林, 潘燕芳, 刘小强

地下空间与工程学报. 2018, 14(6): 1667-1675.

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叶巴滩高拱坝是《水电工程水工建筑物抗震设计规范》(NB 35047-2015)在2015年9月1日正式颁布实施后,水电水利规划设计总院审查批复同意的第一座高坝水电站工程。新规范在地震输入、材料参数取值、设防等级、评价方法等多个方面进行了修订,本文介绍了按照新规范要求进行的叶巴滩拱坝动力分析与抗震安全评价的研究成果,以及采取的相应抗震措施。根据分析成果综合评判可知,叶巴滩拱坝基础约束区、上游坝踵区域、下游面坝体中部以及左右岸拱座抗力体是分析得出的拱坝抗震关键部位,在设计地震作用下大坝是安全可靠的,在最大可信地震作用下大坝也能够保持稳定。

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西安地铁沿线地面沉降活动趋势及危险性评价

王震, 黄强兵, 孙晓涵, 张宁, 杨成生

地下空间与工程学报. 2018, 14(6): 1676-1683.

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地面沉降是西安市典型城市地质灾害之一,严重制约了西安城市地下空间的开发和利用,尤其是严重阻碍了城市轨道交通的发展。地层不均匀沉降变形增大,使地铁隧道衬砌结构产生纵向开裂破坏和隧道渗漏水等病害,这给西安地铁的建设及运营留下安全隐患。本文基于2007—2012年间120个地面沉降监测点的监测数据,根据等速率外推法预测了地铁沿线未来的地面沉降活动速率,运用单位变形量法计算出了地铁沿线地面沉降最大沉降量,其中胡家庙地面沉降中心最大沉降量为1 960 mm,小寨、大雁塔、沙坡及西工大等地面沉降中心为400～700 mm,而辛家庙、含元殿地面沉降中心为200～300 mm。结合地铁工程自身的特点和重要性,对地铁沿线各区域地面沉降的危险性进行了评价,认为区域地面沉降对地铁线路的影响主要集中在地面沉降中心范围内,整体上线路南段危险性明显大于中段和北段。研究结果可为西安地铁工程规划设计、施工建设及安全运营提供重要依据。

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高放废物地质处置地下实验室施工风险评价

张强勇, 郑阳, 吴冬, 李兴军, 张志浩

地下空间与工程学报. 2018, 14(6): 1684-1691.

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高放废物地质处置地下实验室作为开发和验证高放废物地质处置技术、评价场址适宜性的地下研究设施,在高放废物地质处置中起着至关重要的作用。为保证地下实验室施工安全,对其施工风险进行分析评价具有十分重要的理论意义和工程应用价值。故障树分析和层次分析是工程风险评估中重要的分析方法,本文将故障树的结构重要度与层次分析法中的权重相结合,首先辨识出地下实验室施工风险因子,然后建立故障树模型,再将故障树的结构重要度计算结果引入层次分析法判断矩阵的构建中,最后提出基于故障树模型的层次分析法。将该方法应用于评价甘肃北山我国首座高放废物地质处置地下实验室的施工风险,获得了地下实验室施工期风险的权重分布玫瑰云图,提出了对保证地下实验室施工安全具有指导性的建议和结论。

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下沉式建筑底层自然通风与采光优化方法研究

翟颖妮, 王怡, 黄艳秋, 肖勇强

地下空间与工程学报. 2018, 14(6): 1692-1700.

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下沉式建筑能够有效利用地下空间提升土地利用率,同时规避地下建筑通风不良、采光不足等问题,具有重要的开发意义和应用价值。本文提出一种基于正交试验优化下沉式建筑底层通风和采光的方法。该方法运用数值模拟工具计算下沉式庭院的通风、采光指标值,针对下沉式建筑的设计要素(如:下沉深度、下沉宽度、底层窗台高度、楼层数),基于正交试验方法,分析各要素影响下沉式建筑底层风环境、光环境的主次顺序和规律,并对各设计要素的取值进行优化决策,得到使下沉式建筑底层通风、采光综合最优的方案。该方法可以为下沉式建筑的初期方案设计提供参考。

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大型水下隧道实验技术与系统研发

吴梦军, 李科

地下空间与工程学报. 2018, 14(6): 1701-1708.

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针对国内水下隧道建设数量日益增多与技术难度越来越大的现状,在对国内外文献、实验水池及相关实验研究广泛调研的基础上,提出了水下隧道实验系统的功能要求,并对大型水下隧道实验技术与系统进行了全面的研究与设计。利用该实验系统,沉管、盾构、钻爆、悬浮等各种工法水下隧道模型实验均可开展,填补了目前国内实验水池只能进行沉管、悬浮工法模型实验的不足,可为解决国家重大、难点水下隧道工程的建设和行业内的主要技术瓶颈提供技术支撑和服务。

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富水卵石土地层盾构隧道运营对环境影响分析

杨文波, 李林桂, 戴志仁, 徐朝阳

地下空间与工程学报. 2018, 14(6): 1709-1716.

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针对富水卵石土地层颗粒分布不均、卵石含量高等特点,以成都某地铁区间隧道工程为背景,采用FLAC3D软件分析了列车振动荷载作用下地表及建筑物的竖向动力响应特性。结果表明:随着距轨道水平距离的增大,地表竖向动力响应逐渐减弱,且在距隧道较近处衰减缓慢,在较远处衰减明显;整体上建筑物的动力响应随楼层升高有缓慢增大的趋势;随着水平距离的增加,同一楼层处的动力响应有显著的衰减现象,且距离越远衰减幅度越大;地表和建筑物的动力响应均集中在0~12 Hz和20~25 Hz两个频率带内,属于低频振动。研究结果可为进一步完善城市振动控制标准提供参考。

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