基于块体离散单元法的走滑型活动断裂错动作用下隧道结构响应

以某穿越走滑型活动断裂带隧道为工程背景,采用离散单元法建立“围岩-衬砌-断裂带”三维块体离散单元模型,分析不同错动量作用下隧道衬砌整体位移响应;明确统一的隧道复合式衬砌结构位移及类圆形断面变形损伤控制标准,分析走滑型活动断裂错动作用下沿隧道纵向位移变化和横断面上径向变形损伤规律,并对比3种断面预留位错空间方案下的衬砌响应规律。结果表明;隧道衬砌的显著性位移和径向变形率最凸出区间均主要集中在断裂带及其两侧附近,拱顶竖向位移向下呈“V”形,仰拱底部竖向位移向上呈倒“V”形,左右拱脚水平位移方向均与断裂错动方向一致,呈“S”形;随着错动量的增加,衬砌节段间差异位移不断增大,断面上拱顶和仰拱底部变形最为严重;随着断面预留位错空间的增加,衬砌位移极值不断增大,但断裂带两侧隧道衬砌影响范围基本不变,断面上部分关键部位之间损伤破坏临界错动量减少,不利于隧道结构抗错。

基于BIM+GIS的运营重载铁路隧道快速建模与信息集成技术

目前各类BIM(建筑信息模型)建模软件中隧道构件库仅具有存储和展示管理功能,无法与实际构件后期应用进行信息交互,极大影响了构件库的应用价值。本文首先确定了隧道构件的编码方式,然后探讨了运营重载铁路隧道BIM快速构建技术和基于BIM+GIS(地理信息系统)的隧道设备服役状态信息集成方法,构建了隧道构件库,建立了典型隧道地质模型和结构模型,开发了隧道地质模型、结构模型、倾斜摄影模型与GIS图像的融合技术;最后根据朔黄铁路现场实测数据开发了重载铁路隧道设备BIM+GIS展示平台。研究成果可为重载铁路隧道设备智能管理提供借鉴。

新近系富水砂岩隧道注浆加固圈厚度研究

新近系富水弱胶结砂岩地层隧道在施工过程会破坏围岩稳定,进而出现突水和涌沙病害,在砂岩地层进行注浆加固是保障隧道安全的关键。以宁夏中卫某富水砂岩隧道为依托,采用FLAC3D建立计算模型,探明不同注浆圈厚度对围岩的影响。结果表明:隧道注浆圈厚度为3m时,围岩累计周边收敛值和拱顶沉降值分别为35.3cm和30.9cm,满足设计允许变形值。随着注浆圈厚度的增加,注浆加固效率先增大后减小,但施工难度及工程投资显著增大。综合考虑隧道施工的安全性、简便性及经济性,当围岩含水率为塑限范围及以下时,建议注浆圈厚度为3m;当围岩含水率为塑限及液限范围之间时,建议注浆圈厚度为4m。研究结果可为富水砂岩隧道的结构设计和施工提供借鉴。

岩体破裂矩张量反演方法及其应用

地震及岩体失稳破裂过程中,破裂机制、震源参数及破裂能量等信息均可通过矩张量方法求解,文中详细介绍了矩张量基本理论,对比分析了绝对矩张量反演法、相对矩张量反演法、混合型矩张量反演法等3种常用方法的优缺点。在详细归纳、总结国内外相关文献的基础上,就水压致裂、采矿及深埋隧道等工程领域综述了矩张量反演理论在岩体工程中的应用现状,并结合其在德国黑林根矿区微震事件震源机制分析中的应用实例,表明通过矩张量反演获取的震源机制解及震源参数等信息,在岩体工程灾害预警及防治、水压致裂过程监测和控制等领域具有重要作用。最后分析了影响矩张量反演精度的因素及应用于岩体工程领域时存在的不足,包括定位精度低、波形识别及处理困难等问题,并对其在采矿、石油等岩体工程领域的应用前景、改进措施及需进一步研究的问题等进行了探讨,为矩张量反演方法的推广应用提供重要的参考。

基于SA-PSO混合算法的微震定位研究

在综合分析模拟退火法和粒子群算法各自搜寻能力和特点的基础上,结合模拟退火法具有较强跳出局部最优的特性和粒子群算法的全局寻优能力,得到一种搜寻能力更强的SA-PSO混合算法,并将该混合算法应用于微震定位领域。研究结果表明,SA-PSO混合算法比SA和PSO算法的定位误差小。在模型计算中采用SA-PSO混合算法,不论波速已知或未知,在非检波器阵列对称面上震源的空间定位误差均在1 m以内;当波速以±1%,±3%,±5%随机浮动时,除距离较远的震源点M6外,定位误差均在50 m以内。最后以建有微震监测系统的冬瓜山铜矿进行工程验证,定位精度约为30 m,满足工程需求。

瓦日铁路湿陷性黄土路基隐伏病害检测及整治技术

针对瓦日铁路(瓦塘—日照)湿陷性黄土路基隐伏病害进行了现场踏勘,并应用地质雷达探测、地质钻探、孔内视频探测等方法进行综合检测。检测结果表明:K132+776.79—K132+841.53段地基存在较大范围的松散脱空区和多处人工坑洞。在该区段实施了"高压旋喷桩止水帷幕+双浆液深部挤密注浆"的综合整治方案。整治后检测结果表明人工坑洞及松散脱空区已被充填密实,加固效果良好,线路限速得以解除。

白云鄂博东矿微震监测系统及应用

白云鄂博铁矿是包钢的主要原料基地,是举世闻名的稀土之乡,其采场边坡监测对矿山生产及安全而言极为重要。介绍了白云鄂博东矿的微震监测系统,通过各平台检波器的布置、主分站的安装、无线设备的安装,实现了对A,B,D区域的边坡微震监测。微震监测系统采集分析监测数据,能在边坡内部精确定位,并通过三维展示软件,直观地呈现岩体破裂点的位置、能量大小,实现采场边坡的实时监测。应用结果表明:目前监测时间内,边坡B,D区与C区相邻的范围较其它区域事件个数较多,微震事件较为活跃,为相对危险区域,应重点采取防止措施。微震监测系统实现了对采场边坡的实时监测,该系统对指导安全生产和边坡加固具有极其重要的意义。

基于DIC技术的隧底补强变形监测与控制

北方某货运铁路隧道整体道床由于受冻胀作用和地下水冲蚀出现裂缝,造成轨道整体下沉,对列车的行车安全造成了一定的安全隐患。采用"锚注一体化"的快速修复方法填充整体道床底部缝隙,可有效加固整体道床,但注胶过程中会引起轨道竖向变形。为防止轨道变形过大,需对轨道变形进行实时监测。采用DIC实时变形监测系统对轨道竖向变形进行实时监测,监测结果表明:在注胶过程中,当整体道床底部存在非贯通裂隙时,轨道在注胶压力的作用下抬升,当达到1mm的警戒位移时,停止注胶,轨道缓慢下降;当整体道床底部存在贯通裂隙时,出现渗水现象,轨道在注胶压力作用下缓慢且均匀地抬升;当达到1mm的警戒位移时,停止注胶,轨道缓慢下降。通过DIC实时变形监测系统捕捉了轨道在注胶过程中的竖向变形规律,为后续的工程实施提供有力保障。

寒区铁路隧道衬砌电热导流板研发及应用

寒区铁路隧道衬砌冬季易出现冻害。对冻害现状及其形成原因进行了分析,提出安装电热导流板的措施来预防衬砌冻害,并在扎尔斯台隧道进行安装和试用。结果表明:电热导流板的安装能有效地防止衬砌渗漏水,进而避免了隧道衬砌冻害的发生,整治效果良好,可为类似的寒区铁路隧道衬砌冻害整治工程提供借鉴。

隧道超前地质预报快速响应机制研究与应用

对预报信息延误原因进行了分析,提出了隧道超前地质预报快速响应机制,结合信息化技术开发了配套系统。通过该系统将信息载体电子化,并将信息传递到线上,减少了信息流节点,使信息上传更及时;通过该系统对不良地质区段进行预警,提醒各参建单位及时处理,确保处理结果能快速反馈;该系统监督并记录各环节操作时间节点,如有延误、瞒报、漏报情况发生,便于责任追溯。该系统在京张高铁新八达岭隧道进行了现场试用,效果良好。

寒区铁路隧道衬砌电热导流板结构选型研究

寒区铁路隧道由于水文地质条件、地形、施工等原因衬砌常出现渗漏水、结冰等病害,威胁列车行驶安全,不断增加工务部门养护维修成本。综合考虑隧道衬砌冻害现状及施工要求,在分析导流板的选型及电热结构选型的基础上,研发出4种电热导流板结构形式。根据各种类型隧道衬砌冻害整治需求各种形式的电热导流板能在设计范围内任意搭配组合,使导流板紧密地贴合在隧道壁上,达到较好的防冻害效果。

运营铁路隧道病害检测、监测、评估及整治技术发展现状

铁路隧道病害具有一定的发展过程,如何在隧道病害进一步恶化之前采用相关仪器设备进行有效检测和实时监测,并进行定量化的科学评估,是铁路隧道检测、监测和评估领域面临的问题与考验。通过在铁路隧道运营维护领域的多年探索和积累,总结当前运营铁路隧道检测、监测、评估及整治技术的发展现状,对运营铁路隧道的日常运维养修具有重要的参考意义。首先,通过对铁路隧道病害进行普查和调研,对运营期铁路隧道病害进行梳理;然后,利用由验收检测、周期检测、日常检测、重点监测构成的运营铁路隧道检测、监测体系,及时掌握运营铁路隧道的运营状态;此外,基于运营铁路隧道状态评估方法,实现隧道建筑物劣化状态的快速评定;最后,通过对铁路隧道病害类型的归纳和原因分析,总结出一套适用于运营铁路隧道的病害整治技术体系。

重载铁路线路设备智能运维关键技术研究

重载铁路线路设备运维中汇集了大量检测监测数据,融合应用多源大数据分析,研究建立线路设备可视化全寿命周期管理和智能运维决策技术是实现重载线路设备智能运维需解决的关键技术问题之一。本文以朔黄铁路线路设备运维为背景,应用BIM、GIS等技术,将设备履历、状态、维修情况、病害等信息进行“一张图”融合,研究桥隧BIM+GIS融合以及轻量化技术;对比常用大数据分析方法的特点,提出基于结构仿真+大数据分析的智能运维决策方法研究思路,并以轨道结构状态评估为例,建立了基于模糊层次分析的状态评价方法。

铁路单线隧道扩建为双线隧道技术

依托既有碧鸡关隧道扩建工程,提出既有隧道衬砌背后围岩及病害判别技术,利用现场施工调查、地质雷达物探法、超前地质预报法准确掌握既有隧道衬砌背后及掌子面前方围岩的破碎、富水、空腔、松散体等不良地质分布和构造状况,并对衬砌背后空腔及围岩进行注浆预加固,结合开挖施工工法,完成了改扩建隧道不对称开挖控制。

23 t轴重货车条件下铁路路桥过渡段动力性能分析

对锦赤(锦州—赤峰)铁路朝阳北至锦州段铁路路桥过渡段进行23 t轴重货车条件下实车运行测试,分析货物试验列车以不同速度通过时路桥过渡段的受力、变形以及振动特性,评价23 t轴重货车条件下铁路路桥过渡段动力性能的工程适应性和设计合理性,为其养护维修提供基础数据。测试结果表明:该路桥过渡段的各项动力性能参数均满足相关规范的限值要求,其动力性能满足货物列车以80 km/h运行时的安全性要求。

铁路隧道基底结构补强过程中的变形监测与控制

由于受冻胀和地下水冲蚀作用铁路隧道中轨道板整体下沉,因此采用“锚注一体化”的方法填充轨道板底部裂隙,对基底进行补强。本文分别采用数字图像相关监测系统和激光位移监测系统对注胶过程中轨道板抬升进行实时监测。监测结果表明:基底结构补强过程中裂隙被胶水填充且撑大,使轨道板抬升,当抬升至1 mm的警戒值时停止注胶,轨道板缓慢下降,最后抬升位移趋于稳定;DIC监测系统和激光位移监测系统在轨道抬升监测与控制中具有良好的可靠性和稳定性,可应用于实际工程监测,为后续工程施工提供保障。

牡佳铁路沿线土体膨胀性试验研究

以在建牡佳(牡丹江—佳木斯)铁路为研究对象,分析铁路沿线常见5种土质的膨胀性,从不同土质的自由膨胀率、蒙脱石含量和阳离子交换量指标间的相关性,以及自由膨胀率与土体物理指标间的相关性2方面研究膨胀指标的匹配性。结果表明:以液限、塑性指数和自由膨胀率3项指标划分牡佳铁路沿线土质膨胀性结果具有较好的一致性,而比按照蒙脱石含量和阳离子交换量划分得出的土体膨胀性低。建议在本地区的工程实践中,适当降低液限、塑性指数和自由膨胀率的等级划分标准,使这3项指标与蒙脱石含量、阳离子交换量得以相互匹配。

基于矩张量反演的矿山突水孕育过程

为实现矿山突水孕育过程中岩石破裂事件的有效分析,利用河北矾山磷矿所监测的异常微震事件,引入基于数字地震学的矩张量反演方法.矿井尺度的震动位移场可表示为矩张量与格林函数的时间褶积.通过提取微震事件位移场资料,并计算格林函数(震源至传感器之间传播介质的脉冲响应),线性反演了微震事件的矩张量,并利用微震事件的破裂方位判别了其破裂类型.随后建立微震监测三维效果图,拟合出岩石破裂面发展趋势,并初步确定了突水危险区域范围.研究表明,矩张量反演方法能够计算出微震事件震源机制解,可有效反映矿山突水孕育过程中岩石破裂的形成过程及发展趋势.

基于细观特征分析的单节理岩石破裂机理研究

为揭示不同节理方位对岩石破裂机理的影响,利用PFC软件模拟岩石裂纹孕育、发展和贯通过程中产生的大量声发射数据,基于矩张量理论、P-T图法和T-k图法研究了岩石破裂各阶段中声发射事件的空间位置、破裂方位、破裂类型、应力状态、矩震级等破裂参数及其演变规律。试验结果表明:1)岩石破裂方位受加载方向和节理方位影响,当节理方位与加载方向呈一定夹角时,主压应力分量逐渐分布在与节理方位对应的P-T图位置附近。2)线性张拉破裂所占比例随节理角度的增大而减小,线性剪切破裂、混合破裂和双力偶剪切破裂所占比例随节理角度的增大而增大。3)张拉破裂主要分布于节理面上,其矩震级(能量)较小;剪切破裂和混合破裂主要分布于节理面与临空面的交线上,其矩震级较大。运用矩张量理论、P-T图法和T-k图法可有效掌握岩石破裂机理及其宏观演变规律,可为分析岩体稳定性及其发展趋势提供一种新的技术手段,是传统分析方法的有效补充。

法向循环加卸载条件下节理力学特征研究

将节理法向循环加卸载试验所得的法向应力–闭合量曲线分别采用半对数、双曲线本构方程进行拟合,得到2种类型节理法向刚度表达式,并将其引入持续屈服节理模型中,同时编写节理法向循环加卸载程序,首次实现节理非线性本构循环加卸载数值模拟分析。研究结果表明:建立的节理法向非线性本构循环加卸载数值试验方法行之有效;由双曲线方程得到的节理法向刚度值较由半对数方程得到的法向刚度值略有不同,但2种方法得到的节理法向应力–闭合量曲线数值模拟结果均与室内试验十分接近,均可有效表征节理法向循环加卸载力学特征。研究成果可为后续节理岩体动力学性质研究,边坡动力响应分析以及边坡稳定性、安全性评价等奠定基础。