时空效应

时空效应（精选六篇）

时空效应 篇1

一、揭示真相效应

在现实生活中一件事由头到尾缓缓发展, 沿着必需的时间线, 置身必需的空间, 不可改变, 但是在剪辑师的手里, 通过插叙, 倒叙, 闪回等手段, 之前一直给观众展现的一面在下一秒被彻底颠覆, 之前导演故意“撒谎”, 之后导演故意“揭穿”, 观众情绪也将在这一刻达到“恍然大悟”的高潮。

奈特·沙马兰的《第六感》, 主人公克洛维是一名医生, 故事中他竭尽所能帮助一个声称可以看到鬼魂的男孩科尔, 甚至因此与妻子陷入感情危机, 当他真正帮助了这个孩子回头去拯救爱情的时候, 才发现他对于妻子是隐形的, 这时他终于明白, 自己早已死去!之前的一切逻辑被推翻, 情节被重新注入了新的意义, 科尔所说的“鬼魂不知道自己已经死了, 鬼魂只能看到自己想要看到的东西。鬼魂相互之间看不到”给了合理的解释基础。它在1999年的美国影坛上见证了一个“谎言”的成功, 票房仅次于《星球大战前传》排第二, 并且持续十几周仍居高不下, 这全都归功于时空拼图带来的精巧结构。在克里斯托弗·诺兰的《记忆碎片》中, 碎片化的故事基本秉承“倒带”方式讲述, 碎片化的彩色画面中由黑白回忆画面隔断, 实际上, 黑白故事是彩色故事的前奏, 直至影片尾声才令黑白转换成彩色, 将整个故事捋顺。

二、回顾还原效应

在电影中闪回是常常出现的, 不同于现实中仅仅停留在思维里, 电影将回忆进行了还原, 并且将这些曾经的时空插到现在的时空中, 让故事通更具流畅性。

在《假如爱有天意》中, 主人公梓希的爱情和回顾妈妈的爱情作为两条主线索对影片进行的塑构。梓希自身的爱情是在现实, 而妈妈的爱情则是对过去的一种回顾。此片很巧妙地将妈妈的爱情与现实中梓希的爱情起伏通过时空切换紧密衔接在一起, 妈妈和俊河互相喜欢, 但是有父母之约的泰秀横在中间, 虽然泰秀愿意退出, 但是最后妈妈还是没能和俊河在一起;梓希与尚民相互有好感, 但是外向大胆的好友秀景一直横在中间。只是梓希比妈妈幸运, 最终和尚民幸福地在一起了。故事最后揭晓尚民是俊河的孩子, 点明了题目, 爱自有天意。影片中, 当梓希和尚民出现在曾经妈妈和俊河一起嬉戏的小河时, 他们重复着父母的样子抓着萤火虫, 嬉戏打闹, 女孩被温柔地背起, 这一切如果单独出现的话或许也仅仅是唯美而已, 而因为之前妈妈和俊河的幸福画面仍然记忆犹新在脑海里, 这一刻让人分外感动, 他们的爱情将父母的爱情重温并继续了, 弥补了曾经没有圆满结局的空白。同样的, 伯格曼的《野草莓》也展现了一个成功人士在年华老去后对过去的一种回顾, 并使用了梦境。费里尼在《八又二分之一》中使用了十一次闪回, 使我们更加深入地探析主人公的内心世界。

三、可能性效应

电影为满足受众“可能性”的理想世界提供了平台, “回到过去”在电影中轻而易举, 这种时空所带来的生命可能性表现了人们想弥补遗憾的美好心愿, 生命没有重来的可能, 而电影给了人们意识上的理想解脱。

《蝴蝶效应》的主人公埃文患有遗传性精神病, 会遗忘令他痛苦的经历, 所以从七岁开始就被医生要求记录下发生的每一件事, 上大学后, 埃文无意中发现通过阅读笔记他可以回到往事的情境中, 于是当他得知初恋女友自杀的消息后决定回到过去改变原来事态的发展。在《罗拉快跑》中, 主人公罗拉必须在二十分钟内将十万马克交给男友才能挽救男友的性命, 于是电影通过时空的穿梭出现了三个“可能性”剧情。

四、舞台触动效应

除了故事本身的打乱重组和重排情节, 还有一种电影割裂方法, 即注入一种性质迥异的新鲜因素, 穿插在故事叙述中, 以焕然一新的时空情境带给观众更强烈的感染和触动, 这其中最具表现力的方式便是歌舞秀。

在《如果爱》中涉及一个虚拟的时空——舞台剧的时空。导演聂文的戏在拍摄, 演员孙纳、林见东和聂文的三角纠葛也在上演, 与此同时, 孙纳和林见东的往事也在穿插播放。这就产生了现在时空、往日时空和戏中时空的交叉重叠。直到林见东和孙纳从北京回到上海, 往事的回忆已终结, 之前的恩恩怨怨已完完全全地让观众心知肚明, 剩下的便是现在时空和戏中时空的交错。三个时空呈现出真实与虚幻的重叠。例如, 在聂文的戏中戏的最后一场, 扮演班主的聂文对扮演小雨的孙纳说的那句话, 代表着班主的选择, 也代表着聂文的选择, 那就是放弃, 这便是舞台和现在时空的交叉。林见东和孙纳演戏时, 林见东经常轻声对孙纳说一些对往日的回忆和感慨, 这时就会切到回忆中的时空, 这便是舞台和往日时空的交叉。在《黑暗中的舞者》中一位移民到美国的贫穷善良的捷克难民酷爱唱歌跳舞, 每当她工作遇到困难或者是难过无助时她都会唱歌跳舞, 而这时身边的人也会被带动起来, 无论是工人、陌生人还是警察, 直到她行刑前她都是用唱和跳来给自己勇气。歌舞秀很好的呼应了电影情节, 让故事叙述中不能由演员之口说出来的话都通过歌词表达了出来。

五、结论

电影的时空拼图带来的震撼与美感源自巧妙富有创意的蒙太奇剪接, 闪回、倒叙、插叙等技巧在特定的使用中令情节叙述、人物刻画更加触动人心, 带给观众的不仅仅是一个故事, 更可能是可联想可回味的多个故事, 或者一份独到的惊喜感。

摘要：被称为“第七艺术”的电影是一门“时空艺术”, 在现实的时间空间中不可逆转的故事在电影里是可以被割裂的, 这种割裂的方式不尽相同, 割裂后所呈现的效应也十分迥异, 电影的故事如同艺术家手中的拼图给我们呈现出不同的视听盛宴。

关键词：电影,拼图,时空,效应

参考文献

时空效应 篇2

以中国西南纵向岭谷区整体为研究对象,基于研究区1980和两个时期的遥感影像与土地利用解译数据以及该区1:50000DEM数据,通过GIS地图代数手段,分析土地利用和海拔因子与水系因子之间的相互关系,以及人为干扰的空间格局,将人为干扰与纵向岭谷区通道的.空间分布相结合,进行综合分析得出如下结论:(1)在低海拔、水资源丰富的河谷内,各种土地利用类型的空间格局和时间动态具有以河流为中心规律性分布的特点,土地系统的活跃程度具有一定的空间递变性;(2)以海拔因子为基础,从土地利用动态和人为干扰强度变化的角度,将纵向岭谷区分为4个海拔层,不同海拔层内,土地利用和人为干扰作用存在差异;(3)纵向岭谷区人为干扰空间分布不均匀,会对河谷的通道效应产生阻隔作用,形成4个具有阻隔作用的潜在区段.

作 者：李政海 宋国宝 高吉喜 鲍雅静 彭华 王海梅 姜昀 吕海燕  作者单位：李政海(大连民族学院生命科学学院生物资源研究所,大连,116600;中国环境科学研究院生态研究所,北京,100012)

宋国宝(内蒙古大学生命科学学院,呼和浩特,010021;大连民族学院生命科学学院生物资源研究所,大连,116600)

高吉喜,姜昀(中国环境科学研究院生态研究所,北京,100012)

鲍雅静(大连民族学院生命科学学院生物资源研究所,大连,116600)

彭华(中国科学院昆明植物研究所,昆明,650204)

王海梅(内蒙古自治区气象台,呼和浩特,010051)

济南市城市热岛效应的时空分布特征 篇3

关键词：热岛效应 区域自动气象站 小波分析 时空分布特征

The Temporal and Spatial distributions of Urban Heat Island Effect in Jinan City

Ran Guiping Li Rui Ren Dan Zhang Ning Sun Changzheng

Jinan Meteorological Observatory, Jinan 250002

Abstract: Based on the hourly temperature observed by automatic weather stations during 2007-2008, the temporal and spatial distributions of urban heat island (UHI) in Jinan city were analyzed. The results showed that in four seasons ,the UHI intensity centered on the Spring square and city council and decreased around. The UHI intensity in winter was the strongest all the year round. Then, it was autumn and spring. The UHI intensity in summer was the weakest. The Morlet wavelet transform revealed that the UHI intensity had a temporal structure of diurnal (24h) and ten-day (270h) periods whether in summer or winter. The diurnal (Ten-day) periodic oscillation was weaker (stronger) in summer than winter. The UHI intensity was stronger in nighttime than daytime.

Key words: urban heat island automatic weather stations wavelet transform temporal and spatial distributions

引言

城市熱岛效应( Urban Heat Island Effects，UHI)是指由于人类活动造成的城市气温高于周围自然环境气温的现象[1]，温度较高的城市地区被温度较低的郊区所包围或部分包围，它是热量在城市空间范围内聚集的现象。

城市热岛效应是城市化气候效应的主要特征之一，是城市化对气候影响最典型的表现[2] 。在我国，周淑贞[3]、束炯[4]、张景哲[5]等对城市热岛效应及形成机制进行了多方面的研究。过去50多年来济南城市经历了快速发展，城市建筑、功能、综合实力、以及城市形态与环境面貌等都发生了巨大变化，城市发展导致城市下垫面状况发生极大改变，同时在某些方面影响了城市小气候[6-7]。

济南是山东的省会，通过对济南城市热岛效应的研究和分析，对了解气候演变特征和短期气候预测提供科学依据，并且对指导城市绿地规划与建设，改善城市生态环境和城市居民居住环境有重要的现实意义。

1. 研究资料和方法

济南市自动气象站网通过多年建设，到2006年11月，已完成51个区域自动气象站的建设并投入业务运行。该论文通过区域自动站资料研究济南市区及郊区热岛效应空间分布情况，即应用市区及近郊区区域自动气象站与郊区乡村站气温数据进行对比分析，即：QUHI=T市区-T郊区，温差越大热岛强度越强，反之则越弱[8]市区站选取城市建筑和人口较为密集的市中心区域，共16个站点，分别是：济南大学、泉城公园、泉城广场、市政府、百花公园、交通学院、热电公司、供销公司、山师北院、农科院、龟山、历城二中、外国语中学、高新区、河务局和天桥收费站。这些站点既包括人口较密的市中心点，也包括离市中心稍远的市区，还包括刚进入城市化进程的近郊，能够综合反映整个城市的热岛空间分布特征。考虑到城市区域的不规则性，城市的边缘地区有可能具有与城市相似的地表结构，又根据地区温度分布的自然特点，郊区参考站点选取市区北边的孙耿、崔寨、白云湖，市区东边的圣井、曹范，市区西南边的潘村、长清工会干部学院、张夏苗圃，取八个站点的平均温度作为背景温度，可以避免订正热岛效应时出现偶然因素，能够比较客观的反映城市热岛强度。

在采样时间上，区域自动气象站资料从2007～2008年的数据比较完整，为了能充分反映一年中热岛情况，按季节取2007、2008年2年的数据。春季：3～5月，夏季：6～8月，秋季：9～11月，冬季：12月，次年1～2月。从中选择代表性的月份2007～2008年的1月、4月、7月和10月份的数据来计算各个季节的热岛强度。

小波分析是继傅里叶变换之后兴起的中还可以看出，其波峰 (正中心)主要出现在变换对带有奇异性的信号不是很有效的弱点,具有多分辨率分析的特点;在低频部分具有较高的频率分辨率和较低的时间分辨率,在高频部分具有较高的时间分辨率和较低的频率分辨率[9]。小波分析已成功地应用于信号处理、图像处理、语音识别和机械故障诊断等各领域,在气候研究中也应用广泛。小波分析不仅可以给出某一时间序列变化的尺度,还可以显示出各频率随时间的变化以及不同频率之间的关系。本文采用标准Morlet小波来分析济南城市热岛效应的周期性特征,并利用小波方差来诊断各周期振荡的强度。Morlet小波[10]是复数形式的小波,其实部和虚部位相相差π/2,可以消除实数形式小波变换系数模的振荡,因而比实数形式的小波在应用上有更多的优点。

2. 济南市区热岛水平空间分布特征

该论文选取16个市区及近市区站点，选取八个郊区站点的平均温度作为背景温度，即T郊区=（T圣井+T曹范+T潘村+T长清工会干部学院+T张夏+T崔寨+T孙耿+T白云湖）/8，逐个计算16个市区站的QUHI值，得出济南市水平空间热岛强度的分布特征（图1-图2）。

从热岛强度分布图上可以看出，济南城市热岛与城市空间形态结构基本一致的，以泉城广场、市政府为中心呈环状放射发展。由于济南市区东部平坦开阔，发展很快，城市热岛逐步向东部发展，热岛中心有呈东西条状发展的趋势。到达天桥收费站、河务局等济南近郊区，城市热岛迅速降低，但因为在城乡交界带上，已有城市热岛特征体现。早期Oke[11]根据北美加拿大多次观测城市热岛的实例概括的城市热岛气温剖面图：从郊区到城郊结合部，气温陡升，被称为“陡崖”(cliff)；到了市区气温保持平缓一致，因下垫面不同有所起伏，该段称为“高原”(plateau)；在市中心人口密集人类活动最为集中的区域，气温达到最高点，称之为“高峰”(Peak)。济南城市热岛的空间分布也遵循了这一规律，泉城广场、市政府是济南的“高峰”，天桥收费站、河务局是“陡崖”区，而市区热岛分布并不平缓，由于城市发展不是很均衡，下垫面差异较大，热岛强度有所差别。

3. 济南市区热岛效应的时间分布特征

3.1 济南城市热岛的季节变化在时间域上的分布

为了分析济南市区热岛效应的时间分布特征，取2008年1月、7月每天24个热岛强度值作为研究对象，进行墨西哥帽小波变换。取1月代表冬季，7月代表夏季，画出相应的小波变换等值线图和曲线图(见图3和图4)。等值线图表示的是不同尺度下的小波变换；曲线图表示的是小波方差。

从小波波幅变化情况来看，小波中心形成正负振荡的形式，与城市热岛形成很好的一一对应关系。热岛越强,热岛变化越剧烈，则对应的波幅等值线越密集，波幅的绝对值越大；反之，波幅等值线越稀疏，表示热岛变化不明显，对应的热岛越弱， 即正的波幅对应强热岛，且热岛变化剧烈；反之则与弱热岛对应，热岛变化缓慢。

由图3a可见,济南冬季热岛变化存在准24 h和准270 h的主振荡周期,以及準90 h、准110 h 准170 h的次周期。分析它们存在的阶段可知，准24 h和准270 h的主振荡周期在整个时间序列中一直明显存在；准90 h的次周期在整个时间序列中也有所表现，准110 h的次周期主要存在于上旬和中旬；准170 h的次周期主要存在于下旬。

从小波方差(图3b)所反映的各周期对应的振荡强度来看,在整个周期域上，准24h所对应的日变化周期最显著,其反映的小波方差最大。其次是准270 h所代表的旬变化，其他尺度周期所反映的小波方差都相对较小，表明日变化和旬变化是济南冬季城市热岛的主要振荡周期。对于准270 h周期所代表的热岛强度的旬变化。从图3a中还可以看出，其波峰 (正中心)主要出现在1月4日、14日及25日前后。波谷(负中心)主要出现在1月9日、19日及30日前后。

在夏季(图4a) ，济南热岛变化存在准24h、220～300 h的主振荡周期，以及60～90h的次周期。准24h、220～300h的主振荡周期在整个时间序列内一直明显存在。准60～90h的次周期在整个时间序列中也有所表现。对于220～300h周期所代表的旬变化，从图3a7月5日、15日及25日前后。波谷(负中心)主要出现在7月10日、20日及30日前后。

各周期对应的小波方差(图4b)表明，准24h所对应的日变化最显著,其次是220～300h所代表的旬变化。其他尺度周期所反映的小波方差都相对较小，表明济南夏季城市热岛的主要振荡周期仍然是日变化和旬变化。比较夏季和冬季日变化和旬变化，小波方差可以发现，夏季日变化不如冬季明显，但旬变化略强于冬季。

3.2 济南城市热岛的日变化特征分析

小波正负振荡明显,小波波幅变化能较好地反映城市热岛强度的振荡变化情况。我们从24h尺度上来看，可以明显的看出无论冬季还是夏季，城市热岛以日为周期呈规律性变化。城市热岛强度表现为夜间强，白天弱，这是由于白天和夜间的能量平衡的差异、市区与郊区的下垫面性质、大气污染和人为热等不同。白天由于太阳辐射的作用，大气层结一般处于不稳定状况，风速较大，使得城郊近地层湍流加强，热量的垂直和水平交换比夜间强，城市、郊区温差迅速缩小，城市热岛较弱。夜晚的大气层结较为稳定，甚至出现低层逆温，不利于大气湍流的发展；而且城市下垫面多为水泥、柏油、混凝土等构成，颜色较深，它们具有热容量大，导热率高的特点，能吸收大量的太阳辐射。这些在白天吸收和贮存的热量，夜晚又会散发到大气之中，通过长波辐射提供给空气的热量比郊区多，再加上市区空气中大量的CO2等温室气体及颗粒污染物更多地吸收地面长波辐射，加热大气使空气中的热量不易很快散失，导致城市大气温度进一步上升，相对于快速降温的郊区来说，容易形成夜间城市热岛，因此夜间城市、郊区温差迅速增大，城市热岛较强。

4. 结论

（1） 在空间分布上，无论春、夏、秋、冬，济南城市热岛均以泉城广场、市政府为中心呈环状放射发展。

（2） 热岛强度以冬季最强，秋、春季次之，夏季最弱。

（3） 济南冬季和夏季城市热岛的主要振荡周期是以准24h为代表的日变化和准270h所代表的旬变化为主。夏季日变化不如冬季明显，夏季旬变化略强于冬季。

（4）城市热岛以日为周期呈规律性变化。城市热岛强度表现为夜间强，白天弱。

参考文献:

[1] 周淑贞.束炯.城市气候学[M]。北京：气象出版社，1994.

[2] 白虎志.任国玉.方锋.兰州城市热岛效应特征及其影响因子研究[J]。气象科技，2005，33（6）：492-495.

[3] 周淑贞.张超.上海城市热岛效应[J].地理学报，1982，37(4)：244-345.

[4] 束炯.江田汉.杨晓明.上海城市热岛效应的特征分析[J]。上海环境科学，2000，19(11)：532-534.

[5] 张景哲.刘启明.北京城市气温与下垫面结构关系的时相变化[J].地理学报，1988，43(2)：159-168.

[6] 林苗青.黄锦速.杜勤博.汕头市城市热岛效应特征分析[J].安徽农业科学,2010(27):15214-15217.

[7] 赵小艳.杨沈斌.申双和.等.基于遥感的南京市城市热岛效应时空演变分析[J].安徽农业科学,2009,37(22):10776-10778.

[8] 何萍.李宏波.云贵高原中小城市热岛效应分析[J].气象科技，2002，30（5），288-291.

[9] 彭玉华.小波变换与工程应用[M].北京:科学出版社,1999:13-21.

[10] 江田汉.束炯，邓莲堂.上海城市热岛的小波特征[J].热带气象学报，2004，20(5):515-522.

弱时空效应基坑设计理论验证 篇4

近年来的研究表明, 基坑工程除与土体以及围护体的力学特性有关外, 与时间以及空间有着非常密切的联系, 从这个角度出发, 可以将基坑工程分为强时空效应与弱时空效应两种形式, 对弱时空效应基坑的深入研究是研究各种类型基坑工程的基础。

本文通过一个典型的弱时空效应基坑的设计结论以及实测结果, 对这种形式的基坑工程进行设计方法上的探讨。

1、工程概况

该基坑宽28.4m, 长28.1m, 开挖深度2 4.9 5 m, 基坑围护采用1 0 0 0 m m厚地下连续墙, 采用6道钢筋混凝土支撑, 地下连续墙插入深度为17.05m, 坑底以下两米采用旋喷桩进行满堂加固。

本基坑深度虽然达到近25m, 但是平面布置简单且平面尺寸不大, 单层土体的开挖时间约3~5天, 支撑的施工包括养护时间约为15天, 单层施工时间累计20天左右, 施工组织有序, 中间没有出现任何中断, 基坑弱时空效应的不利影响相对较弱。

2、地质条件

基坑开挖主要影响地层的土体参数如下表所示:

基坑设计强度指标一览表

3、基坑设计参数选取

设计采用F R W S软件进行计算, 关键参数的选取方式以取规范规定选取范围的平均值为原则, 参数选取结果见下表:

坑内进行加固, 加固土层的计算参数见下表:

4、设计结果与实测数据见图 (1-6) 。

5、对比结果分析

1) 在前四层土体开挖过程中, 设计计算的数值明显大于实测结果, 而且设计最大变形点的位置较实测结果深5米左右。分析其原因, 应当是由于浅层土体开挖包括支撑施工的周期较短, 基本都能控制在20天以内, 土体的变形尚未完全发挥, 故地墙的变形较小。

2) 第五、六层土方开挖的过程中基坑变形的实测数值和设计结果逐渐接近, 最终达到比较吻合的状态, 无论是变形数值和最大位移点均能够一致, 该两层土体的开挖以及支撑的施工周期较长, 达到25天以上, 特别是第六层土体开挖涉及1.5m底板的制作, 周期达到30天以上, 基坑的变形的这一阶段发展速度较快, 但是最终没有超出设计值过多。

3) 地墙墙底变形以及墙顶变形在各个阶段和设计结果均一致, 这一点保证了基坑最终变形能够与设计结果比较吻合。

4) 基坑各道支撑点处的变形普遍比设计结果大, 考虑到基坑的施工过程中气候条件属于一个降温的过程, 各种因素导致的混凝土收缩对基坑变形产生了不利的影响。

6、结论

(1) 基坑的时空效应是始终存在的, 只是强弱程度不同, 对于本案例而言, 在基坑的初始阶段和最终阶段均体现出时空效应的不同影响, 因此在施工组织方面始终要强化对基坑时空效应的控制。

(2) 土体参数的选取应当根据时空效应的不同进行不同方式的选取, 本工程的时空效应相对较弱, 设计参数的选取方式虽然不能完全反应基坑各阶段的变形, 但是能够满足工程设计的要求, 确保基坑设计的安全与经济。

(3) 混凝土支撑刚度的选取应当考虑混凝土收缩以及混凝土开裂的不利影响, 可以考虑对支撑刚度进行折减。

参考文献

[1]上海市标准.基坑工程设计规程 (DBJ08-61-97) .1997

[2]刘建航, 侯学渊, 主编.基坑工程手册.北京:中国建筑工业出版社.1997

时空效应 篇5

随着上海城市化进程的不断推进, 市区用地日益紧张, 位于城市中心区域的深基坑工程必然会出现大量相邻建 (构) 筑物保护的岩土工程问题。大量的学者研究发现[1,2,3,4], 基坑的开挖尺寸及施工耗时对基坑支护体系的变形和稳定性会产生极大的影响。针对基坑变形的这一特性, 刘建航[5,6]结合上海地区的基坑工程的案例, 提出了考虑时空效应预测基坑围护结构内力计算的理论, 并把时空效应理论引入基坑施工过程, 将施工参数作为必须的设计依据, 从而最大程度地减小基坑开挖对周边环境的影响, 为软土基坑工程面向信息化施工的动态设计奠定了理论基础。

然而, 由于土力学和土体工程的复杂性, 加之现阶段基坑规模不断加大加深, 周边环境条件越来越苛刻, 所以有必要对当前典型基坑工程的时空效应规律进行总结分析, 更深层次地掌握上海市软土地层特性和基坑围护结构的变形规律, 为深基坑设计及施工的优化调整提供依据。本文结合上海市区某深基坑工程, 在现场实测数据的基础上对基坑开挖过程中围护墙的侧向变形情况进行时空效应分析, 以期为上海市区同类工程提供一定参考。

1 工程简介

1.1 工程概况

上海市区某扩建工程, 基坑总面积约3 100 m2, 基坑周长约260 m, 拟建场地建筑范围内设有3层地下室, 主楼区开挖深度为15.1 m, 裙楼区开挖深度为17 m。本工程场地属于上海地区“滨海平原”地貌类型, 详细勘察报告资料如表1所示。基坑场地浅部地下水属于潜水类型, 地下水位平均埋深0.5 m。

1.2 基坑开挖围护方案

结合地下连续墙设置三道混凝土支撑。考虑到基坑周围为历史保护建筑、居民住宅以及市区重要道路, 根据现有施工工艺, 围护结构在一般区域选用地下连续墙。基坑围护平面布置及监测点布置情况如图1所示。

2 开挖与监测方案

2.1 开挖方案

在基坑开挖时, 按照时空效应原理控制地下连续墙及坑外土体的位移, 如图1所示, 将基坑分为Ⅰ区、Ⅱ区和Ⅲ区, 采取分区、分层、对称均衡的土方开挖方案。

具体施工工况信息见表2。

2.2 监测方案

本项目实施信息化施工, 监测单位在基坑四面共埋置了14个地连墙和坑外土体测斜点。测点具体位置见图1, 图中CX和WC分别为地连墙测斜和地表沉降的测点编号。

3 地连墙侧移的空间效应

3.1 地连墙侧移的平面分布

图2为各测点在不同工况下的最大侧移。从地连墙侧斜点的空间分布来看, 可以得出:

1) 基坑东侧地连墙的侧移值普遍小于其他部位地连墙的侧移值。

东侧最小测斜为CX8点 (47.53 mm) , 而在相同工况下的CX13点的测斜值为77.25 mm, 两者相差62.5%。这是因为东侧环境等级要求高, 故设计时将地连墙的厚度提高到1.2 m, 其他一般区域的地连墙则为1.0 m。加大地连墙厚度, 对增强地连墙刚度, 减小地连墙的测斜有很大的作用。

2) 侧移最大的点位于基坑西侧, 在CX14位置, 高达77.25 mm, 其次才是位于长边中点的CX10测点 (72.14 mm) 。

基坑南侧的开挖宽度与基坑西侧的开挖宽度相差不大, 两测点均受长边效应的影响, 但是CX14处地连墙无对撑作用, 与之相近的测斜点CX13处的测移由于受对撑栈桥的约束作用, 其围护墙变形值则大大减小 (56.34 mm) , 且基坑南侧坑内采用了一排搅拌桩加固, 有效的控制了地连墙的测移。故在设置对撑栈桥减小基坑长边跨中位置的围护墙变形的同时, 也要考虑跨中对撑附近墙体的变形, 应采取相应的加固等措施。

3.2 地连墙侧移的竖向分布

如图3所示为各典型测斜点在各工况下的变形情况。由于在开挖前先采用高强度现浇混凝土支撑, 故各测点的地连墙侧向变形整体都呈现向坑内的“鼓肚形”的变形模式, 墙顶和墙底侧向变形相对较小, 坑底附近地连墙的变形较大。

位于基坑裙楼区的测点CX1和CX13中围护墙的最大侧移发生位置的深度均不大于裙楼区的开挖深度17 m;而位于主楼区的测点CX7和CX10最大侧移深度都约等于基坑开挖深度15.1 m。徐中华[7]统计分析了上海地区部分基坑最大侧移深度与开挖深度之间的关系, 发现当开挖深度小于16 m时, 墙体最大侧移位置位于开挖面附近, 而当开挖深度大于16 m, 最大侧移位置都位于开挖面之上, 本文的规律与其研究结论相符。

4 地连墙侧移的时间效应

地连墙测移随时间的变化规律。

从图3中可以看出, 在工况2时墙顶的变形受首层支撑的约束变形作用, 所以变化很小, 墙体的变形向下部发展, 各测点的变形分布及其最大变形数值都比较接近, 且最大变形地深度也都大致位于开挖面附近, 其中最大变形为22.02 mm, 在CX13测点处。工况3时地连墙的最大变形为38.02 mm, 位于CX10测点, 较上一工况的最大位移增长了约72.6%。工况4时基坑开挖至坑底, 围护墙各测点变形增长速度最快, 基坑Ⅰ区附近围护墙的最大侧移位于开挖面以上的位置, 基坑Ⅱ区及Ⅲ区的围护墙最大侧移则一般位于开挖面附近。工况5与工况6时坑底已经浇筑底板, 此时地连墙测点变形增长很小。最后在工况7时拆除支撑, 使得地连墙的变形有所增长。

5 结语

对上海软弱地层深基坑工程的地连墙侧移情况进行时空效应分析, 得到以下结论:

1) 地连墙的侧移具有明显的空间效应。

跨中位置地连墙的侧移最大, 长边效应明显。然而在基坑长边跨中采用对撑栈桥约束地连墙的侧移时, 栈桥两侧地连墙的侧移反而会比跨中的侧移大。

2) 围护墙最大侧移深度与开挖面以下土层的物理力学性质有关, 直观的表现与基坑开挖深度存在一定的关系。在上海地区, 基坑开挖深度小于16 m时墙体最大侧移位置位于开挖面附近, 而当开挖深度大于16 m时, 最大侧移位置都位于开挖面之上。

3) 基坑开挖的时间效应明显。地连墙的变形随着基坑土方的不断开挖而逐渐增长, 且增长速率不断增大。地连墙的主要侧移量发生在开挖到坑底时, 此阶段地连墙的侧移值增长速率达到最大。

参考文献

[1]Clough, G Wayne, Tsui, Yuet.Performance of tied-back walls in clay[J].Journal of the Geotechnical Engineering Division, 1974, 100 (12) :1259-1273.

[2]Bjerrum, L, Eide, O.Stability of strutted excavations in clay[J].Journal of the Geotechnical Engineering, 1973, 100 (12) :1259-1273.

[3]Clough, G Wayne, Tan, David Y, Kuck, William M, et al.Development of designprocedures for stabilized soil support systems for soft ground tunneling volume II preliminary results[J].United States Department of Transportation, 1977, (Report) DOT/TST:77-74.

[4]Moormann, Christian.Analysis of wall and ground movements due to deep excavations in soft soil based on a new worldwide database[J].Soils and Foundations, 2004, 44 (1) :87-98.

[5]刘建航, 刘国彬, 范益群.软土基坑工程中时空效应理论与实践 (上) [J].地下工程与隧道, 1999 (3) :7-12.

[6]刘建航, 刘国彬, 范益群.软土基坑工程中时空效应理论与实践 (下) [J].地下工程与隧道, 1999 (4) :10-14.

时空效应 篇6

青岛地处胶东半岛西南部，沉积相为海相沉积。自中生代燕山晚期以来，区域性构造活动强烈，发生大规模、区域性酸性岩浆侵入，形成稳固的花岗岩岩基。在漫长的地壳抬升、风化、剥蚀、夷平作用的反复改造下，使燕山晚期稳固的花岗岩体，以岩基形式分布于地表或地下一定深度内，并在长期风化作用下形成了一定厚度的风化带，其上沉积了厚度不一的第四纪松散堆积物，而第四系沉积层为Ⅴ级软土，强风化花岗岩为Ⅴ级软岩，而中风化岩层按强度可分为Ⅲ～Ⅳ级硬岩，所以，青岛地区“上软下硬”的地质特点鲜明，为典型的“土岩组合”地层，经统计，上层覆土厚5～8m，强风化岩层厚8～13m，中风化岩层顶面埋深约13～20m。而青岛地铁暗挖车站为满足运营和功能性的要求，并合理利用地层性质，车站拱顶通常位于强风化岩层中，拱脚通常位于中风化岩层中，青岛暗挖车站与地层相对位置关系如图1所示。

青岛地铁暗挖车站具有穿越土岩交界面，覆土薄（在5.1m～15.63m之间），跨度大，覆跨比小（在0.26～0.65之间）的特点。暗挖车站施工中，上层覆土性质和埋置深度共同影响地表沉降影响范围，隧道上方沉降槽宽度主要取决于最接近隧道拱顶的土层的状况。而围岩性质则对洞内收敛变形影响较大，所以土岩组合地层中围岩时空效应特点鲜明。爆破振动为土岩复合地层中暗挖车站特有的开挖形式，在山体隧道中应用广泛，但在城市暗挖工程中应用不多，而且从实测数据中可以很好的反映出爆破振动的影响。

土岩组合地层对地铁暗挖的建设的影响主要有以下几个方面：(1)“上软”部分对车站拱顶和地表的变形影响较大，影响范围和作用时间受上部围岩的影响大；(2)“下硬”部分使得支护手段多样，安全性较高，应合理利用围岩性质进行暗挖车站设计和采取不同的断面开挖方式；(3)应考虑爆破特殊施工方式的影响，考虑爆破震动对围岩稳定性的影响。

1 基于围岩分级的暗挖车站施工时空效应分析

1.1 围岩分级标准

围岩的分级基本上由岩石的坚硬程度和岩体的完整程度两个因素决定，另外，还要兼顾地下水状态、初始应力等因素。目前按《铁路隧道设计规范》（TB10003-2005）中的规定执行。

大跨暗挖车站开挖过程，围岩质量是地层变形和影响周边环境的主要因素之一，同时围岩质量也是确定辅助工法的基础，如中山公园站，其原勘察报告中拱盖拱脚下底纵梁基底基本位于中风化岩层，局部位于微风化岩层，但监测过程中，发现各量测项目的变化趋势与理论计算及经验预测均有较大出入，且开挖过程发现实际围岩质量较差，级别较低，进行补充勘察后认为，车站纵梁位于强风化岩下亚带，已不再是硬质的中微风化岩，承载力和稳定性均满足不了设计要求。由此可见，围岩级别是暗挖车站的地层变形的主要影响因素。

1.2 不同级别围岩的时空效应分析

目前青岛地铁暗探车站隧道所处地层基本为Ⅲ～Ⅴ级围岩，其中江西路站和清江路站围岩级别较差，江西路站开挖范围内存在一条派生断裂，断裂范围内主要为碎裂岩，岩体破碎，是整个岩体的薄弱带，而且由于其破碎特点造成地下水的渗透性较大，可能会形成地下水的排水通道，开挖过程中尤其需要注意加强支护和支护措施，保证围岩稳定。而清江路站车站顶围岩级别为Ⅵ级和Ⅴ级，但埋深较浅为6.3～8.3m，且在实际开挖过程中发现围岩中存在大量裂缝、夹泥带和滑移面，围岩完整性较差。围岩级别较好的车站有延安三路站和君峰路站，延安三路站和君峰路站车站隧道基本处于中～微风化岩层中，地表和洞内变形明显较小。以下分别选取Ⅲ、Ⅵ和Ⅴ级围岩车站的典型断面进行地表最大累计沉降对比，以分别说明不同级别围岩的时空效应。

以上车站的地表沉降和拱顶沉降累计最大值统计如表1所示。

由各暗挖车站不同围岩级别的地表最大累计沉降曲线图和数据对比表可知，对于青岛地铁一期的暗挖车站来说，Ⅴ级围岩的地表最大累计沉降在-15.0mm～-56.4mm之间，拱顶沉降值小于-18.6mm；Ⅵ级围岩的地表最大累计沉降在-14.9mm～-25.7mm之间；Ⅲ级围岩的地表最大累计沉降在-7.8mm～-13.3mm之间，拱顶沉降值小于-10.0mm。

2 基于埋深的暗挖车站施工围岩时空效应分析

2.1 暗挖车站埋置深度与围岩稳定性的关系

暗挖车站地表变形受上部岩层性质和埋置深度共同控制，而青岛7座暗挖车站的拱顶大部分位于强风化岩层以下，埋置深度越深，所处的围岩性质越好。暗挖车站的埋置深度与围岩的稳定性主要有以下几种关系：(1)车站埋深增加会增大地面沉降槽的影响范围，但是实际上在埋深逐渐增加的过程中，地表沉降最大值的减少速率是快于埋深增加速率的，埋深的增加可以有效的减少工程开挖对地面的影响；(2)车站埋深增加，所处的围岩性质变好，在初期支护达到最终强度之前，围岩的变形速率较小，才能有效的利用初支，从而起到减小收敛与拱顶变形的效果。

选取清江路站（拱顶埋深6.3m～8.3m）、江西路站（拱顶埋深8.90m～10.5m）、中山公园站（拱顶埋深10m～12m）三个车站的数据进行对比。三个车站所选监测断面的埋深、导洞洞泾、车站跨度、覆跨比、岩跨比如表2所示。

2.2 车站埋深对地表沉降时空效应的影响分析

比较前期沉降微小变形阶段的历时、快速沉降阶段历时和缓慢沉降阶段的历时，以分析埋深对累计沉降的影响。总结埋深与沉降阶段划分及影响时间的关系见表3。

由中山公园站和清江路站的对比可知，埋深增加。可以有效减小沉降并减小沉降历时。

江西路站快速沉降期历时最长，这与除与埋深有关，还与支护时间、周边环境等因素有关。

综合分析图2与图3，得到埋深与影响范围/洞径（L/D）的关系，如表4。

2.3 车站埋深对地表横向沉降规律的影响分析（图4、表5)

车站埋深增加会增大地面沉降槽的影响范围，但这是与支护能否即时起到良好支护效果相对而言的，同时还受上覆土层性质的影响。

2.4 车站埋深对围岩收敛的影响（图5、表6)

埋深与收敛变形的关系也受到支护效果的作用，深度增加，围岩性质变好，可以有效的减小收敛变形。

清江路站与中山公园站收敛变形都为向洞内收，而江西路站则为向洞外扩，这与采取的断面形式有很大的关系。

3 结论

3.1 大跨暗挖车站开挖过程，围岩质量是地层变形和影响周边环境的主要因素之一，其它主要变形因素包括埋深、工法和辅助施工措施等，所以在各暗挖车站为超浅埋、施工工法基本一致的情况下分析围岩级别对车站主体的影响仍具有一定的指导意义。对于青岛地铁一期的暗挖车站来说，Ⅴ级围岩的地表最大累计沉降在-15.0mm～-56.4mm之间，拱顶沉降值小于-18.6mm；Ⅵ级围岩的地表最大累计沉降在-14.9mm～-25.7mm之间；Ⅲ级围岩的地表最大累计沉降在-7.8mm～-13.3mm之间，拱顶沉降值小于-10.0mm，差别特征明显。

3.2 理论上，车站埋深增加会增大地面沉降槽的影响范围，同时减小地表沉降量。实际中，车站埋深增加，所处的围岩性质变好，在初期支护达到最终强度之前，围岩的变形速率较小，有效的利用初支，从而起到减小收敛与拱顶变形和控制地表变形的效果。

摘要：本文以青岛地铁一期工程暗挖车站为背景,阐述了土岩结合地层下,浅埋暗挖工程在施工过程中基于埋深及围岩等级,围岩的变形规律及时空效应。

关键词：土岩结合,浅埋暗挖,时空效应

参考文献

[1]王梦恕.地下工程浅埋暗挖技术通论[M].合肥:安徽教育出版社,2004.

[2]张奉春.土岩结合地区暗挖地铁车站埋深研究[J].科技风,2011,03.