苏州地下空间开发地质环境因素的分析评价

城市地质环境的诸多脆弱敏感因素成为地下空间开发的关键制约条件。对苏州地下空间开发的关键地质环境要素进行评价,对于指导城市地质调查及地下工程建设具有重要的现实价值。以地形地貌、建筑场地类别、不良岩土体条件、水文地质特征、地震地质灾害等5个方面为评价的主题层,运用层次分析法(AHP)、专家调查法确定各指标因素的权重,基于目标线性加权函数建立评估模型,并对评估结果进行分级统计。由于地质环境要素具有空间变异性,故本研究对苏州地下空间开发深度的浅层(0～15m)、次浅层(15～30m)分别进行评价。结果表明:西部基岩山区(除去地质灾害发育区)地下空间开发的地质环境状况最好;东部平原区湖泊水系发育,软土层分布较厚,水文地质条件复杂,地下空间开发的地质环境状况相对较差。

南京河西地区软土地层特征及工程特性研究

南京河西地区软弱土层性质复杂。为对工程建设提出针对性的设计和治理措施,有必要对该地区软弱土层成因及工程特性进行全面、系统的研究。本文主要针对河西地区地层结构及沉积演化特点,对软弱土层的物质成分、微结构特征以及土的渗透、压缩、强度、灵敏度和蠕变特性进行了分析。结果表明河西地区软弱土层属于河漫滩沉积,其沉积过程与河道变迁密切相关,具有沉积年代新、结构成熟度低、厚度变化大、土层分布不均并夹有砂透镜的特点。软弱土层属于欠固结土,粘土矿物以伊利石为主,具有中等—高灵敏性和低—中等次固结特性。

南京河西淤泥质粉质粘土卸荷回弹变形研究

通过大量室内固结回弹试验,研究了南京河西地区淤泥质粉质粘土的卸荷回弹变形规律。固结-回弹-再压缩曲线表明该地区淤泥质粉质粘土的弹性变形要比其塑性变形量小得多,卸荷再压缩后,土体的压缩性也明显降低;通过分析卸荷比和回弹率、回弹应变以及回弹模量的关系曲线,确定了该地区淤泥质粉质粘土的临界卸荷比和极限卸荷比指标,从而可以确定开挖卸荷的影响深度范围。卸荷回弹变形随着卸荷滞留时间的增长,有先增大后减小的特点。试验结果表明,在卸荷与加荷作用下,土体的变形特性、变形模量有着明显差别。

不同阶段地下空间开发的功能配比研究

本文以中外10个城市的典型区域的地下空间开发作为研究案例,分析了地下空间开发和表征城市化的因素地均GDP的相关性,重点对比分析了不同研究区域的地下空间开发的各种功能的配比。基于之前两个方面的统计数据的分析,将地下空间的开发可以分为3个阶段,并分析了在不同的地下空间开发阶段,地下空间的交通、停车、商业和市政4种主要功能开发利用的规模和配比。重点分析了地下动态交通功能的趋势,对比分析了目前中国城市和国外城市地下交通发展的现状。其研究有助于不同城市在不同时期的地下空间开发时,决定优先开发的功能及合理的功能配比。

南京河西地区软土卸荷状态下的强度特性研究

以大量的室内抗剪强度试验为基础,分析了南京河西地区软土深基坑开挖时,坑底被动区土体在卸荷条件下的抗剪强度变化规律。通过研究分析表明:坑底被动区土体在卸荷状态下的抗剪强度指标和加荷状态下差别明显,有一定的残留强度;土体卸荷时抗剪强度受卸荷比的影响明显;随着卸荷滞留时间的延长,初期土体抗剪强度损失明显,后期逐渐不显著。最后通过基坑算例分析表明,加荷、卸荷条件下得到的土体强度指标的不同,将会对坑底被动土压力计算、基坑抗隆起稳定性和基底隆起量计算等方面产生显著影响,坑底不同深度土体受开挖卸荷影响的程度不同。所得结论对分析南京河西地区基坑工程的稳定性以及坑底被动区土体的加固设计等具有一定的参考价值。

地下空间开发与社会经济指标的相关性研究

地下空间是一种重要的资源。本文通过对比研究地下空间开发数据,将中国城市地下空间发展水平进行了分级,并分析不同等级下社会经济的特点,然后分别从不同角度对地下空间指标与人口密度、地均GDP、人均汽车保有量等指标进行了相关性分析。结果表明,不同城市的地下空间开发强度与其地均GDP、人口密度具有高度的线性相关性。以上海市为例研究发现,同一城市不同时期的地下空间开发强度与人口、GDP、汽车保有量等指标可能存在多元线性关系。研究结果一方面验证了地下空间开发对社会经济发展的依赖性,即较高的地均GDP是所须具备的外部条件,较高的人口密度则是内在驱动力。另一方面也表明某些社会经济指标对地下空间发展阶段具有重要的指示作用。

掘进机刀盘滚刀间距对北山花岗岩破岩效率的影响实验研究

掘进机(TBM)开挖隧道过程中,其刀盘上滚刀间距设计的合适与否关系着破岩效率的高低。由于岩石非均匀、非连续、各项异性的特性,使用数值模拟方法研究滚刀破岩过程存在局限性。现场掘进实验主要是针对特定的掘进机做出机械运行参数优化,无法研究不同刀间距对破岩的影响。全尺寸滚刀破岩实验可以人为调整刀间距,且实验中采用大体积岩石可以避免尺寸效应的影响,因此受到了广泛的关注。采用北京工业大学自制的机械破岩试验平台,安装17英寸(432 mm)盘形滚刀,选取尺寸为1000 mm×1000 mm×600 mm的北山完整花岗岩试样,进行了5组刀间距的线性切割试验。实验中采集滚刀三向力,分层收集岩片且对其进行称重。对不同刀间距作用下的平均法向力、平均滚动力和比能进行了分析研究。当贯入度较小时,刀间距对平均法向力和平均滚动力的影响都不明显,随着贯入度的增加,刀间距对平均法向力和平均滚动力的影响增加。对于所有的刀间距而言,增加贯入度会产生更多的岩片,但并不一定会提高破岩效率,对于北山花岗岩而言,当刀间距与贯入度的比值为30左右时,比能值最低,此时破岩效率最高。

裂隙岩体渗透系数确定方法研究

裂隙岩体渗透系数以及渗透主方向的确定对研究岩体渗透性大小及各向异性具有重要意义。高放废物地质处置库介质岩体的渗透性能将直接影响其使用安全性。本文运用离散裂隙网络模拟的方法对我国高放废物处置库甘肃北山预选区3#钻孔附近裂隙岩体进行了渗透性质分析。通过对3#钻孔171.5~178.0m段压水试验数据的反演,标定了离散裂隙网络渗流模型中的裂隙渗透参数（导水系数T）。利用标定的离散裂隙网络模型对场区裂隙岩体进行了渗流模拟,确定了该区域裂隙岩体的渗流表征单元体（REV）的尺寸大小以及渗透主值和主渗透方向。运用离散裂隙网络模型计算得出的渗透主值的几何均值与现场压水试验计算结果较接近,证明了计算结果的有效性。

岩体结构均质区划分法的适用性研究

岩体结构均质区划分是结构面统计与建模的基础。实践中以主控要素作指标、以最优划法为依据,更易获客观真实划分结果。针对国内核废料处置库北山预选区岩体结构面,开展了测窗范围截取、取样偏差及块网变异修正前处理,编程实现了多种方法下的均质区划分,初步探究各法在北山的判别力、适用性、局限性。结果表明:针对北山预选区而言,关联系数法和Mahtab法适用性较弱,Miller法最强;而Miller法中又以"34格大面积块"的划分效果最佳。将此最优划法应用至北山芨芨槽块段,希望能给结构面网络建模及后续渗流计算提供有益参考。

节理间距对滚刀破岩影响的线性破岩试验研究

掘进机(TBM)开挖过程中受到各种地质因素的影响,其中节理间距是影响TBM滚刀破岩的一个重要因素。设计节理间距为100mm和400mm两组试验方案。试样为甘肃北山花岗岩,应用北京工业大学自行研制的大型机械破岩实验平台,选用17英寸(432mm)的常截面盘形滚刀进行线性切割破岩试验。试验过程中记录滚刀三向力、滚刀下岩样裂纹扩展并收集了岩片。从三向力、裂纹的扩展模式和岩片等角度分析节理间距对滚刀破岩的影响。结果表明:节理间距100mm的岩体切入所需要的推力小于完整岩石的推力,节理间距400mm的岩体破岩过程中推力有一突变的过程。节理间距100mm岩体滚刀作用下存在两种破坏模式,节理间距400mm的岩体破岩过程则包括了正常破岩和节理面影响破岩两个过程,并且节理对竖向主裂纹向节理面扩展有加剧的作用。节理面下方岩石较完整,节理面阻碍裂纹朝节理面下方岩石传播。

基于数字图像的砂土压缩变形模式的试验研究

基于数字图像处理技术,利用图像分析程序包PhotoInfor分析了侧限压缩条件下砂土各加荷阶段土体位移的产生、发展与演化全过程,发现砂土的位移场类似于抛物线形状,位移等值线呈轴对称分布,位移量最大的区域总是发生在上透水石的下底面中心处。单调加荷条件下,位移增量主要集中在局部变形带附近,其范围有继续延展和贯通的趋势,顶部、中部测点的土体位移与整体压缩量基本呈同步增长;顶部的土体位移量始终大于中部,加荷的中后期差别更加明显。与粉质黏土位移场进行对比试验分析,砂土内部的应力传递、变形模式以及荷载的影响范围均表现出明显的差异。上述研究为深入探讨基底压力的分布规律,利用宏观试验现象研究砂土细观结构变化的定量模型提供了新的思路。

综合物探与摄影测量的预选场址断裂影响范围研究

对于高放废物地质处置,断裂构造影响范围的确定是处置库工程布局中需要谨慎考虑的关键问题。考虑到目前场址区断裂及其影响范围缺乏系统而高效的识别方法,提出了物探与摄影测量相结合的探测方法,对北山预选区内新场场址区某典型断裂影响范围进行综合探测,获取物探剖面以及摄影测量剖面,并依据获取的物探解译结果及摄影测量解译的结构面面密度参数可将断裂及其影响范围进一步划分为严重破坏区、影响区及轻微影响区。该法可供场址区断裂影响范围识别方法的建立与完善提供参考。

滚刀线性侵入试验中岩石破裂模式研究

采用北京工业大学自主研制的大型机械破岩试验平台,研究了北山花岗岩在单个滚刀单次及多次线性侵入试验中的岩石破裂情况。试验采用直径17英寸(432 mm)的常截面盘形滚刀,对尺寸1000 mm×1000 mm×600 mm的花岗岩试样进行了侵入试验。研究发现在滚刀切槽周边,随距离远近,岩石破裂程度不一。基于试验观察和裂纹数字化处理结果,将岩样分划为岩粉区、破裂区和原岩区3个区域,并对各区的尺寸和面积加以统计。同时对波速和回弹指标进行测试,发现各区内的指标存在明显差异。随着侵入次数增多,岩石中破裂各区的面积有明显增大,但相应区域内的指标变化并不显著。

软弱敏感结构面控制的隧道围岩变形失稳模式研究

软弱敏感结构面常常成为隧道围岩变形失稳的关键因素,特别是对于浅埋、硬质岩石隧道。仅仅进行围岩总体的质量评价是不够的,识别其中控稳结构面以及围岩变形失稳模式,对于选取有针对性的支护体系,进行合理的施工组织至关重要。文中结合某隧道工程,通过对隧道进行跟踪地质调查,研究隧道中软弱敏感结构面产状及工程性质,识别出典型的围岩失稳模式。对深入了解隧道围岩的变形规律,为隧道灾害防治、选择恰当的支护时机和支护方式很有意义。

TBM隧道围岩损伤区范围及渗透特性研究

开挖损伤区不仅对一般工程的稳定性具有重要影响,同时其渗透特性变化也是一些特殊工程(如高放废物地质处置工程)关心的重点。该文结合桓集隧道四标段工程,通过在隧道洞壁取样而后进行室内超声波波速和渗透试验测试的方法,研究了TBM开挖隧道围岩的损伤区范围和渗透特性变化,同时也对样品洞壁端面的粗糙程度进行了量测,结果表明:(1)该隧道围岩强度较高,且工程区地应力属于低—中等水平,围岩损伤主要由TBM开挖造成。(2)隧道围岩的原岩波速在4713~5376 m/s之间,损伤区波速在2943~4856 m/s之间,围岩质量较好处的原岩波速和损伤区波速均大于围岩质量较差处的对应值,而围岩质量较差处的最大波速降比比围岩质量较好处的数值略大;各样品的损伤区范围在11.0~52.0 mm之间,一般围岩质量越好,损伤范围越小。(3)围岩质量较好处的原岩和损伤样品渗透率均小于围岩质量较差处的对应样品值;同一岩芯的损伤样品渗透率大于原岩样品,本次研究的机械开挖损伤使围岩的渗透率提高1.94~3.75倍。(4)研究的隧道表面波谷和峰高范围在-5~4 mm之间,满足SKB对处置孔壁粗糙程度的要求。

苏州粉质粘土热物理试验及参数相关性研究

基于大量的原状土体物理力学指标和热物理特性的室内试验,利用统计回归分析,对苏州地铁粉质粘土热物理与其一般土工参数之间的相关关系进行了深入的研究,给出了相应的经验回归方程和相关系数。

超前地质预报在连云港后云台山隧道围岩分级中的应用

针对连云港后云台山隧道可能会出现的各种地质灾害,为了在施工前期探明掌子面前方的复杂地质情况并进行稳定性预测分析,提出应坚持从工程实际出发、合理选择、综合使用有效的方法和手段,制定背景项目的超前地质预报工作方案。其能充分发挥各种方法和手段的特长,对隧道围岩等级进行预测评定,为隧道围岩的稳定和施工安全提供有力保证。并经实践证明,采用综合超前地质预报方法预测围岩等级,总体预报准确率达到80%以上。

不同贯入度对掘进机滚刀破岩效率的影响

为了研究不同贯入度对破岩效率的影响,应用机械破岩试验平台,安装17英寸（432 mm）的常切面盘形滚刀,选取80 mm的滚刀间距,以0.5 mm为间隔,从0.5~3.5 mm分7个不同级次的贯入度对北山花岗岩进行线性切割试验,试样长×宽×高分别为1 000 mm×1 000 mm×600 mm。试验中记录滚刀的三向力并分层收集岩片,从平均法向力、平均滚动力、比能、岩片块度及形状的变化,分析了贯入度对滚刀破岩效率的影响,总结了滚刀在切割试验岩样时贯入度对滚刀力的影响规律。研究结果表明,当贯入度增加到一定的程度后单纯地增加贯入度并不能无限地提高破岩效率。

地铁隧道围岩传热规律的监测分析

地铁隧道,由于其封闭性,在使用过程中所产生的大量热量要靠环控系统来排除,而围岩传热量的准确估算对环控系统热负荷的确定以及热环境控制都有着重要作用。但是目前隧道围岩传热的规律尚不明确,缺乏科学可靠的预测评价,因此,本文对南京地铁1号线典型地铁隧道区段的隧道空气温度、壁面温度和壁面热流进行了现场实测。实测结果分析表明,隧道壁面温度与热流变化的主要诱因是运行车辆发热,地面气温的剧烈变化也是重要因素之一;同时也表明在典型条件下地铁隧道围岩壁面温度和热流随地表气温变化,壁面热流呈现日周期变化规律。最后,本文基于列车实际运行参数,初步估算了典型地铁隧道区段列车运行的总产热量,以及围岩传热量占总产热量的比例。

不同围压下岩石抗压强度与变形参数尺寸效应的数值模拟

岩石抗压强度和变形参数是岩石工程设计的重要指标。由于岩石是典型的非均质材料,其强度和变形特性随样品尺寸的变化而不同。本文采用PFC^(2D)程序模拟了不同围压下不同尺寸岩样的压缩试验。结果表明(1)岩样具有明显的尺寸效应。同一围压下,尺寸越大,岩石强度、峰值应变和压缩模量越小,尺寸的变化对岩样的破坏模式影响较小;(2)岩样具有明显的围压效应。同一尺寸的岩样,随着围压的增大,岩石强度、峰值应变和压缩模量均增加,其中强度和峰值应变随围压的增加呈线性增加。同时,随着围压的增大,岩石破裂模式由轴向劈裂破坏向剪切破坏变化;(3)围压的存在会影响岩样的尺寸效应。不同尺寸岩样的强度和峰值应变在相同围压区间内的增量基本相同,同时随着围压的增大,其强度和峰值应变增加,进而使岩石强度和峰值应变的尺寸效应弱化;而不同尺寸岩样的压缩模量在相同围压区间内的增长率大致相同,因而造成围压对压缩模量尺寸效应的影响较小。