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基于改进溶质吸力方程的含盐土毛细水迁移规律研究

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铁道学报 2024年第7期46卷 135-142页

作者：沈宇鹏曹权李丹李子政李志强北京交通大学土木建筑工程学院北京100044 中铁第四勘察设计院集团有限公司工程经济设计研究院湖北武汉430063 辽宁有色勘察研究院有限责任公司辽宁沈阳110013 交通运输部科学研究院交通运输安全研究中心北京100029

在特殊土地区,毛细水和盐的共同作用极易导致冻胀、盐胀等路基病害。含盐量较高的土壤中,溶质吸力作为重要驱动因素影响毛细水上升。在分析现有溶质吸力计算不足的基础上,提出适用于含有单价离子电解质溶液的溶质吸力系数确定方法,并验... 详细信息

在特殊土地区,毛细水和盐的共同作用极易导致冻胀、盐胀等路基病害。含盐量较高的土壤中,溶质吸力作为重要驱动因素影响毛细水上升。在分析现有溶质吸力计算不足的基础上,提出适用于含有单价离子电解质溶液的溶质吸力系数确定方法,并验证其精度和适用性;基于毛细孔径分布模型理论,提出能体现盐分作用的毛细最大上升高度预测方法并验证其适宜性。研究结果表明,针对含NaCl和Na_(2)SO_(4)土壤的溶质吸力计算公式相较于经典公式具有更高的准确性,NaCl和Na_(2)SO_(4)的存在对基质吸力会产生影响,吸力曲线随着盐含量的增加有增大的趋势,其对溶质吸力的影响更大;该预测方法能够较好体现盐分在毛细上升高度的贡献。

关键词：毛细水含盐土毛细上升高度溶质吸力土水势

渗流地层地铁联络通道冻结壁形成过程及其影响因素分析

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中南大学学报（自然科学版） 2024年第4期55卷 1463-1476页

作者：刘欣冯利华任全军沈宇鹏韩昀希刘越韩风雷北京交通大学土木工程学院北京100044 重庆交通大学未来土木科技研究院重庆400074 重庆交通大学土木工程学院重庆400074 中铁一局集团第二工程有限公司河北唐山063000

冻结法凭借封水性好、适应性强和环境影响小等优势成为地铁联络通道施工的主要工法之一,而地下水渗流易引起冻结壁交圈时间延后、厚度和平均温度不及预期,对冻结工程的推进具有不利影响。本文采用频域反射法获取饱和砂砾石未冻水体积分... 详细信息

冻结法凭借封水性好、适应性强和环境影响小等优势成为地铁联络通道施工的主要工法之一,而地下水渗流易引起冻结壁交圈时间延后、厚度和平均温度不及预期,对冻结工程的推进具有不利影响。本文采用频域反射法获取饱和砂砾石未冻水体积分数和温度的函数关系式,基于多孔介质传热和渗流理论,建立考虑相变的饱和地层渗流冻结流热耦合数学模型,利用联络通道冻结模型试验结果验证流热耦合模型的有效性。在此基础上,研究渗流速度、冷媒温度、冻结管直径和渗流温度对联络通道冻结壁形成过程和交圈时间的影响规律。最后,采用正交试验方法对冻结壁形成过程影响因素的显著性进行分析,提出考虑多因素影响的冻结壁交圈时间和标厚时间预测方法。研究结果表明:无渗流时,联络通道冻结温度场呈W型对称分布;当渗流速度为51.2 m/d时,地层温度场不再呈对称分布,上游区域温度高于下游区域温度。渗流速度是影响联络通道冻结壁形成的首要因素,冻结管直径和冷媒温度次之,渗流温度对交圈时间的影响较小。上游侧墙是渗流地层冻结壁扩展的薄弱环节,应加强该区域温度场的监测,跟踪冻结壁的形成过程。

关键词：联络通道人工地层冻结冻结壁渗流温度场

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渗流条件下地铁联络通道冻结温度场扩展规律分析

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铁道标准设计 2024年

作者：韩昀希冯利华任全军沈宇鹏刘欣张莹晨中国中铁一局集团第二工程有限公司北京交通大学土木建筑工程学院

地层人工冻结法是地铁联络通道开挖施工中常用的一种能够隔绝地下水并提高地层强度的工法，现场监测数据分析表明地下水渗流是影响地层冻结效果的重要因素。为进一步探究渗流条件下地铁联络通道冻结温度场的发展规律，并优化冻结设计方... 详细信息

地层人工冻结法是地铁联络通道开挖施工中常用的一种能够隔绝地下水并提高地层强度的工法，现场监测数据分析表明地下水渗流是影响地层冻结效果的重要因素。为进一步探究渗流条件下地铁联络通道冻结温度场的发展规律，并优化冻结设计方案，依托实际工程现场监测数据，分析渗流对地层温度分布的影响，通过理论推导建立流-热耦合分析方法并与特征断面的监测数据进行对比验证，借助数值仿真预测不同渗流速度、盐水温度、季节进行冻结施工的效果，最后对冻结管布设位置进行优化设计。结果表明：所建立的计算分析模型与监测数据相比，地层的温度变化趋势相同，降温曲线数值接近，最终误差在2℃以内，能够较准确地预测渗流作用下冻结温度场分布。当地层渗流速度大于13.5 m/d时，按照现有设备的工作效率及冻结管布置方案，冻结壁将无法完全交圈。降低盐水温度以及选择冬季施工能够有效提高冻结壁的发展速度，对于冻结壁迎水面，盐水温度为-36℃和冬季施工最多可将冻结锋面的扩展速度分别提高3倍和1.5倍，冻结壁背水面也可分别提高96.4%和41.5%。在不改变冻结管总数的原则下，将背水面外侧冻结管移动至迎水面外侧，加强上游的冻结，仅21 d冻结壁厚度便达到设计要求，此冻结管布置优化方案能够大大提高面对高流速渗流时的冻结效率。

关键词：地铁联络通道人工地层冻结法渗流地层流-热耦合冻结壁厚度冻结管布置优化

高流速卵石地层地铁联络通道人工冻结温度场研究

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科学技术与工程 2024年第12期24卷 5134-5142页

作者：韩昀希冯利华任全军沈宇鹏刘欣北京交通大学土木建筑工程学院北京100044 中铁一局集团第二工程有限公司唐山063000

地铁联络通道的开挖经常受到地下水干扰,人工地层冻结法凭借其优秀的封水性和适应性成为富水地层联络通道施工的首选工法。依托北京地铁12号线苏州桥站~人民大学站区间1#联络通道冻结工程,通过现场实测研究地层温度场和泄压孔压力的发... 详细信息

地铁联络通道的开挖经常受到地下水干扰,人工地层冻结法凭借其优秀的封水性和适应性成为富水地层联络通道施工的首选工法。依托北京地铁12号线苏州桥站~人民大学站区间1#联络通道冻结工程,通过现场实测研究地层温度场和泄压孔压力的发展规律,分析冻结帷幕的交圈特征,确定高流速地层冻结壁薄弱位置。结果表明:盐水去回路温度在冻结初期迅速下降,而后降速减缓并最终稳定在-28℃以下;测温孔中土体与管片交界处的温度高于土体内部,渗流上游冻结壁温度高于下游,这些区域应当重点监测;冻结至59 d时,利用基于实际降温速率的分阶段冻结壁厚度计算方法求得不同截面位置处的冻结壁最小厚度为2495.2 mm,同时泄压孔压力已全部释放并保持稳定,冻结壁不再发展,满足联络通道开挖要求。研究成果能为高流速地层的人工冻结参数选取和监测提供理论支持。

关键词：联络通道人工地层冻结法温度场冻结壁厚度冻胀力

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水毁条件下盐渍土强度水敏性演化规律研究

公路 2024年第4期69卷 17-27页

作者：徐杰梁杨舒月刘昂沈宇鹏陈启刚中交基础设施养护集团有限公司北京市100011 北京交通大学土木建筑工程学院北京市100044

近年来由于洪水水流不断浸润、冲刷盐渍土地区路基边坡,在水和盐的共同作用下,柴达木盆地内公路受水毁威胁日益严峻。针对盐渍土路基边坡土质条件开展了直剪试验,研究了盐渍土在浸泡条件下的强度水敏性演化规律;基于泥砂起动理论分析了... 详细信息

近年来由于洪水水流不断浸润、冲刷盐渍土地区路基边坡,在水和盐的共同作用下,柴达木盆地内公路受水毁威胁日益严峻。针对盐渍土路基边坡土质条件开展了直剪试验,研究了盐渍土在浸泡条件下的强度水敏性演化规律;基于泥砂起动理论分析了盐渍土颗粒运动受力特征,提出了格(尔木)茫(崖)公路盐渍土临界起动切应力公式,分析了盐渍土起动切应力变化规律。结果表明:在饱水浸泡条件下,不同浸泡时间盐渍土抗剪强度差异明显;随着浸泡时间的增加,盐渍土抗剪强度及参数降低显著。另外:饱水浸泡条件下,随干密度增大,抗剪强度增大;随NaCl的掺入土颗粒周遭的水膜厚度被改变,抗剪强度降低;随Na_(2)SO_(4)的掺入,土体吸水后生成芒硝、填充土体孔隙,自由水转化为芒硝结晶水、土体中含水率降低,均使抗剪强度增大。该研究成果可为盐渍土路基边坡冲刷水毁防治和修复提供理论依据。

关键词：路基工程水毁防治盐渍土抗剪强度直剪试验含盐量饱水浸泡

近距离侧邻既有结构砂层隧道开挖面失稳极限平衡分析

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市政技术 2024年第11期 135-142+155页

作者：蔡志勇张旺吕金彪刘腾张亮沈宇鹏北京市政建设集团有限责任公司中交公路规划设计研究院有限公司北京交通大学土木建筑工程学院

随着城市化进程的推进，地下空间的开发利用是缓解交通拥堵、拓展城市空间的有效途径。地下空间中侧邻既有结构的施工具有高风险性，施工过程中带来的开挖面稳定性问题不容忽视。因此，以北京地铁3号线朝石联络线隧道暗挖工程为背景，... 详细信息

随着城市化进程的推进，地下空间的开发利用是缓解交通拥堵、拓展城市空间的有效途径。地下空间中侧邻既有结构的施工具有高风险性，施工过程中带来的开挖面稳定性问题不容忽视。因此，以北京地铁3号线朝石联络线隧道暗挖工程为背景，采取数值模拟与相似模型试验的方式，探究了侧邻既有结构条件下砂层隧道开挖面失稳破坏特征。考虑不对称破裂角的隧道开挖面破坏特点，基于太沙基松动土理论，改进了传统模型中侧土压力系数和上部剪切带破裂角，提出了不对称开挖面失稳极限平衡分析模型，并推导出了上覆松动土压力与假想支护力计算公式。该研究成果和方法可为同等条件下侧邻既有结构暗挖隧道开挖面土体稳定性分析与加固设计提供参考。

关键词：地铁既有结构砂层隧道开挖面失稳极限平衡分析数值模拟

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桩端采空区对嵌岩桩承载力的影响

科学技术与工程 2024年第18期24卷 7821-7832页

作者：王开源孙增奎沈宇鹏赵晓林徐金翠中交公路规划设计院有限公司北京100010 北京交通大学土木建筑工程学院北京100044

针对桩端采空区对嵌岩桩的设计(如承载性能和长期服役性能)提出的挑战,以杜家山特大桥采空区嵌岩桩为原型,进行缩尺模型试验,研究采空区到桩端不同距离以及采空区是否注浆的单桩承载力。计算比例参数,并选择合适的试验材料进行模型构建... 详细信息

针对桩端采空区对嵌岩桩的设计(如承载性能和长期服役性能)提出的挑战,以杜家山特大桥采空区嵌岩桩为原型,进行缩尺模型试验,研究采空区到桩端不同距离以及采空区是否注浆的单桩承载力。计算比例参数,并选择合适的试验材料进行模型构建;通过多级荷载试验,获得采空区到桩端不同距离以及注浆后桩顶沉降、桩基础轴力、桩端阻力和桩侧摩阻力的变化特征;并对比分析了无采空区嵌岩桩的承载特征。结果表明,随着采空区到桩端距离的减小,桩端持力层的承载能力减小,不利于模型桩的承载力;注浆后,桩端持力层的承载能力明显增加,导致模型桩的桩顶沉降显著减少,承载能力显著提高。

关键词：嵌岩桩采空区模型试验桩顶沉降桩基础轴力桩端阻力桩侧摩阻力

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不同有机质含量泥炭土的固结特性研究

路基工程 2024年

作者：程宁张莹晨王艳萍李康沈宇鹏中国港湾工程有限责任公司北京交通大学土木建筑工程学院中交公路规划设计院有限公司

选取马来西亚东海岸的三类泥炭质土和一类泥炭土作为研究对象，开展一维固结试验，对比分析采取英国标准（英标）和中国标准（中标）试验处理结果的差异性。结果表明：中标的主次固结系数计算值更高，在工程上将偏于安全；在分级加载下... 详细信息

选取马来西亚东海岸的三类泥炭质土和一类泥炭土作为研究对象，开展一维固结试验，对比分析采取英国标准（英标）和中国标准（中标）试验处理结果的差异性。结果表明：中标的主次固结系数计算值更高，在工程上将偏于安全；在分级加载下，有机质含量越高，泥炭土的次固结系数越高，呈现出更明显的次固结变形特征，而主固结系数随荷载增加而下降趋势越平缓，即主固结过程受荷载变化影响程度降低；泥炭土试样的e-lgt曲线呈现反“S”形，当荷载处于0～100.0 kPa时，次固结系数C a随荷载增加而不断上升，即C a的峰值处于荷载100.0～200.0 kPa。有机质含量的增加会导致泥炭土的固结特性发生显著变化。

关键词：泥炭土有机质含量主固结次固结固结试验

2006—2021年地铁施工诱发道路塌陷事故统计分析与研究

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铁道勘察 2024年第3期50卷 7-14页

作者：施烨辉高兴沈宇鹏江苏南京地质工程勘察院南京210041 北京交通大学土木建筑工程学院北京100044

近年来地铁施工诱发道路塌陷事故频频发生,造成严重经济损失和恶劣社会影响。为了研究地铁施工诱发道路塌陷事故的发生特点,采用网络调查法,收集2006—2021年我国地铁施工诱发道路塌陷事故数据资料,对事故发生的年份、月份、城市、施工... 详细信息

近年来地铁施工诱发道路塌陷事故频频发生,造成严重经济损失和恶劣社会影响。为了研究地铁施工诱发道路塌陷事故的发生特点,采用网络调查法,收集2006—2021年我国地铁施工诱发道路塌陷事故数据资料,对事故发生的年份、月份、城市、施工工法、塌陷地点、塌陷深度、塌陷面积、塌陷体积等多种影响因素进行统计,对比分析事故发生的特征,并从每年度事故次数及死亡人数来研究事故的发展趋势。结果表明,地铁施工诱发道路塌陷事故易发生在大型城市地铁建设中,常出现于春节后复工复产及夏季多雨时节,盾构法施工、管线渗漏和不良地质条件最易导致塌陷事故发生,地铁隧道区间上方为塌陷多发位置,塌陷深度多为0~6 m。基于分析提出6种技术和管理方面的建议,可为理解和预防地铁施工中路面塌陷事故提供有价值的参考。

关键词：地铁施工道路塌陷统计分析施工建议