基于FBG(光纤光栅)监测技术的地铁盾构隧道环向变形研究

[目的]FBG(光纤光栅)监测技术具有动态响应快、抗干扰强、精度高、耐久性强等优点,能实现远距离实时监测,其反馈的环向变形监测数据对盾构掘进过程的参数调整有着重要意义,有必要基于光纤监测技术对管片环向变形规律进行深入研究。[方法]以某地铁隧道工程为例,采用光纤传感器对地铁隧道施工期管片进行实时监测。通过监测数据分析,研究管片施工环境中的环向应变变化规律,分析相对收敛位移与盾构掘进参数之间的相互关系。[结果及结论]监测数据表明,环向变形主要集中在管片安装之后的一周内和相邻隧道掘进的50 m范围内,当地层差且埋深小时,后掘进隧道对已施工管片收敛的影响程度为50%;当地层好且埋深大时,而后掘进隧道对已施工管片收敛的影响程度约为65%~83%。不同埋深时管片应变受土层及邻线隧道施工的影响较大,其中埋深小且土层差的管片变形变化大,埋深较大的管片约束性较好,变形变化不明显。相对收敛位移与盾构掘进参数存在明显的联系,盾构的总推力与管片的相对收敛位移存在负相关的关系,盾构的掘进速度与管片的相对收敛位移存在正相关的关系。采用FBG监测技术得到的实时监测数据,能作为盾构机掘进参数调整的依据。

考虑环缝接头塑性变形的跨断层盾构隧道纵向响应解析解

本文基于Winkler地基Timoshenko梁理论,考虑水平地基摩阻力及盾构隧道环缝接头塑性变形特征,提出了一种跨断层盾构隧道纵向响应解析模型。首先,以正断层错动工况为例,采用数值模拟方法验证解析解的合理性。然后,分析了盾构隧道环缝接头的塑性变形特征,并通过参数分析讨论了影响隧道纵向变形响应的因素。研究结果表明:断层错动下盾构隧道环缝接头张开及错台变形均较为显著,解析模型计算得到的盾构隧道纵向力学响应特征与数值模型计算结果规律一致;在断层错动10 cm时,盾构隧道环缝接头已产生显著的塑性变形;在穿越活动断层工况中,地层对隧道纵向变形的限制作用更加明显,导致环缝接头变形量更大;地基刚度越大,盾构隧道纵向变形响应越显著。当不考虑断层破碎带宽度时,计算得到隧道纵向力学响应值是偏安全的;在隧道环缝接头弹性变形阶段,弹性弯曲刚度有效率越大,接头张开量越小;在环缝接头塑性变形阶段,盾构隧道二次塑性等效弯曲刚度比越大,盾构隧道环缝接头塑性变形越小。本文提出的解析模型可以预测跨断层盾构隧道环缝接头变形,同时可以为盾构隧道接缝防水设计提供理论指导。

线载荷作用下圆柱壳环向弯曲变形的研究

通过引入单三角级数形式的位移函数,求解了法向任意分布载荷作用下对边简支时圆柱壳的环向弯曲问题,把线载荷近似为微元矩形区的分布载荷,推导出了线载荷作用下圆柱壳的环向弯曲变形计算式,并给出了线载荷为均布和线性变化时的具体解.计算表明,该种边界约束条件下圆柱壳的环向弯曲变形位移分布场的理论计算结果与有限元分析结果基本吻合.

含水泥环的变形套管修复过程实验

油气田现场经常凭经验确定旋压整形器修复变形套管所需的修复力和扭矩,而不合理的整形力或扭矩容易造成变形套管和周围水泥环的二次损伤及卡钻事故。为此,在YAW-200压力试验机上分别制作了无水泥环(水泥环完全损伤)、水泥环部分损伤和水泥环未损伤等3种类型的P110SS变形套管,并采用?126 mm和?133 mm的2种旋压整形器对3种变形套管进行整形测试,得到了变形套管整形所需的整形力和修复扭矩、变形套管回弹量的测试数据。实验结果表明:(1)修复过程中整形力与扭矩整形时间的关系密切——弹性变形阶段,随修复时间增加环向应变呈线性增加,整形力和扭矩早期呈缓慢增加后期保持不变,塑性变形阶段套管开始屈服,随修复时间增加环向应变呈非线性增加,整形力和扭矩急剧降低,直到整形工具通过变形套管,直到整形力和扭矩降低到最低为止;(2)修复后的回弹量不可避免且较大(2.90~3.04 mm),表明水泥环的损伤程度对变形套管的修复具有较大影响;(3)水泥环未损伤的变形套管修复所需机械载荷大于水泥环部分损伤变形套管所需机械载荷,带水泥环变形套管修复所需机械载荷大于无水泥环变形套管所需的机械载荷。

岩样三轴压缩过程中的环向变形

研究了岩样三轴压缩过程中环向变形比轴向变形更早、更快地偏离线弹性状态的原因，给出了确定泊松比的方法．实验发现岩样的轴向和环向塑性变形之间具有线性关系，并从材料的剪切破坏机理进行了解释．

岩样环向变形全程曲线和泊松比

弹性泊松比定义为岩样初期压密之后环向应变屯轴向应变的切线斜率，与岩样长度、围压无关。环向塑性变形与轴向塑性变形成分段线性关系，折点之前是峰值附近岩样的非线性屈服过程，比例系数与围压关系随岩性而变化，折点之后表示其最弱断面的整体弱化和破裂块的移，与围压关系不大。

变形牛顿环装置干涉条纹的原理分析

本文从牛顿环干涉条纹的原理和实验现象出发,组合出五种新的变形牛顿环装置,分析和推导出这五种变形牛顿环相应的理论公式,以及相应的环纹的分布规律。

盾构隧道“先隧后井”施工中简易井应用开口环管片变形

针对电力与输水盾构隧道"先隧后井"施工中简易井应用开口环管片变形问题,文章基于弹性理论推导开口环管片变形的解析解,并通过数值模拟验证,用于实例开口环管片变形及影响因素分析。研究结果表明,盾构隧道"先隧后井"施工采用简易工作井时,井内开口环管片产生了收敛位移,最大值出现在管片开口处;数值与理论计算结果较为吻合,最大相差12%,因此开口环管片变形解析解能够表征管片实际变形情况;开口环管片竖向位移显著大于横向位移,并且随着管片位移水平的提高愈发明显;开口环管片变形受土层与简易井特性影响明显,不同影响因素贡献依次为土层摩擦角→简易井壁厚→简易井直径;管片变形值与土层摩擦角呈反向线性关系,且随简易井厚度和直径的增大近似线性增大。

TBM隧道管片的环向变形性能

考虑TBM施工隧道管片结构之间的橡胶垫对管片力学性质的影响,采用解析计算的力法,推导了橡胶垫和管片的环向受力与变形的解析表达式,建立了围岩压力与管片环向半径变化量之间的关系式。依托实际工程背景,研究了考虑橡胶垫作用的TBM隧道管片结构的环向变形性能,验证了推导公式的正确性。研究结果为TBM施工隧道的管片衬砌结构的变形性能提供理论基础。

高速高压宽温域动压密封动环端面微变形及其改善方法

针对高速高压高温/低温工况下动压密封变形问题,以动压密封的典型结构为研究对象,考虑动环的支撑和约束,建立热固耦合分析模型,研究热载荷、力载荷和约束对动环端面微变形的影响,并提出动环端面微变形改善方法。结果表明:多载荷共同作用时,温差对动环端面微变形影响最大,其次是转速和压力;在2种情况下,动环端面微变形受温度值的影响很小,主要与温差有关;相比低温,动环端面微变形更易受高温的影响,单位温差的变形变化量为3~4倍;动环形心距旋转中心越远,动环端面微变形受转速影响越大,且呈抛物线关系;动环端面微变形与压差呈线性关系。对高速高压宽温域的动压密封,控制动环端面微变形,首先,应降低动环的温差;其次,若转速够高,应适当增加动环厚度,通过扩大形心变化区域能增加86%的动环端面微变形范围,若转速不够高,通过合理的结构设计约束动环内表面以控制动环翻转,最大能降低65.2%的动环端面微变形;最后,合理设计的轴向压紧力能进一步确保动环端面微变形维持在极小范围内。

埋地柔性管道环向变形计算探讨

埋地柔性管道的环向变形计算广泛采用的是衣阿华公式,大量管道工程的实际测量也验证了该公式的准确性,其理论计算为管道工程设计提供了可行的管土相互作用模型。探讨了国内外埋地柔性管道的环向变形计算公式(衣阿华公式)的差异,给出了衣阿华公式中各参数的取值,并以埋地钢管环向变形计算为例,指出了使用衣阿华公式的目的是进行埋置土(或材料)的设计,而非管体本身。工程实践表明,正确地使用衣阿华公式对埋地柔性管道环向变形进行计算,对节省工程投资和保证管道安全运行至关重要。

防水失效的盾构隧道管片环收敛变形控制标准研究

盾构隧道日常健康监测中,弹性橡胶密封垫工作性态难以直接快速评估,针对该问题,提出以隧道收敛变形为监测指标,采用数值模拟方法计算得到防水标准条件下的弹性密封垫极限松弛量,并结合接头刚度的迭代算法由管片环梁-线性弹簧模型确定弹性橡胶密封垫极限松弛量对应的管片环收敛变形量。由考虑地层差异设置的5种工况计算结果认为:埋深土层土体特性差异对防水失效的上海地铁通缝拼装式盾构隧道管片环收敛变形量影响不大,其控制标准可定为管片环外径D的3.5‰。

薄壁连接环切削变形控制方案研究

针对某型连接环圆柱及圆锥部分壁厚尺寸非常小,零件整体刚性差,装夹变形及加工让刀现象严重的问题,本文结合该零件的结构特点,通过理论计算及有限元仿真,重新设计新的装夹方式。采用两端顶的方式,极大地减少变形让刀现象。通过理论力学,将加工中需要的预紧力定量化,具有很好的指导意义。

中国含煤区地质背景与构造变形特征

在大量的煤田地质调查与专题研究基础上,结合区域地质背景分析,对中国5个含煤区聚煤过程的构造控制机理,构造变形特征进行了深入研究。结果表明,中国含煤区分布与中国大陆岩石圈基本格架相似,复杂而有序(规律性)的煤系构造变形受聚煤盆地基底属性、盆缘活动带构造演化历程控制。中国大陆中、新生代不同地球动力学体系的差异性演化是划分煤盆地东西向构造变形区的基础,印支期以前挤压构造作用形成了含煤区南北向构造变形分区,板块或陆块不同构造部位的变形差异形成了相应的变形环带。中国含煤区有3个变形区、7个变形分区、3个分区小区,以及若干个变形环带。

2~#矿热炉变压器低压铜排环氧板变形渗油原因分析及解决措施

通过对合山矿务局机电修造总厂二分厂2~#矿热炉电炉变压器低压铜排环氧板变形原因的研究分析,找出问题根源,并提出相应解决措施。

基于梯度塑性本构理论的岩样侧向变形分析(Ⅰ):基本理论及本构参数对侧向变形的影响

研究了岩样在单轴压缩条件下轴向应力-侧向或环向变形的全程曲线特征。基于考虑峰值剪切强度后微小结构之间相互影响和作用的梯度塑性理论,得到了由于剪切局部化而引起的侧向塑性变形。利用虎克定律描述了试件的弹性变形,得到了轴向应力-侧向变形全程曲线的解析解。在软化阶段,试件中部侧向变形及对靠近试件上端或下端部位的侧向变形并不相同。与轴向应力-应变曲线可能出现的回跳现象类似,试件中部轴向应力-侧向应变曲线也可能出现回跳现象。在应变软化阶段,与应力-侧向应变曲线相比,应力-环向应变曲线不容易发生回跳现象。若在试件内部出现多条剪切带,则应该以等效剪切带宽度替代本文中的剪切带宽度。随着剪切带倾角、内部长度参数的降低、剪切模量的增加及弹性模量的降低,轴向应力-侧向应变曲线越陡:甚至能出现弹性回跳。

基于ANSYS的浮环动静压轴承中浮环的有限元分析

基于ANSYS建立了浮环的实体模型、网格划分、加载承载力和约束条件,求解得到浮环的应力和应变结果。仿真结果表明:当主轴转速不太高、偏心率不大时,浮环的变形量极其微小,对轴承油膜厚度影响可以忽略不计,将浮环看作刚体可以满足要求;而当转速较高、偏心率大于0.6时,必须考虑浮环变形量对油膜厚度的影响。

盾构隧道内堆载引起的隧道转动和错台变形计算

盾构隧道内堆载可以有效抑制隧道的上浮变形。为研究隧道内堆载对隧道纵向沉降及变形的影响规律,采用综合考虑管片环间错台和转动变形效应的协同变形模型,推导计算堆载引起的隧道附加荷载,通过最小势能原理求解隧道纵向沉降、环间剪切力、错台量和转角,并研究不同堆载大小、堆载长度、土质条件对隧道纵向沉降及位移的影响规律。研究结果表明:1)采用该计算方法得到的结果与实测值和数值模拟结果比较吻合,说明方法可靠;2)堆载引起的隧道附加应力和沉降沿隧道纵向呈正态分布,堆载中心处最大,且与堆载大小近似成正比;3)隧道环间错台量、转角及剪切力三者变化规律相同,在堆载中心处近似为0,但在中心两侧急剧增大;4)随着堆载长度的增加,隧道沉降量相应增大,但增大速度逐渐减缓;5)不同土质条件对隧道堆载引起的隧道沉降量及沉降范围均有较大影响。

环件冷辗扩组织和淬回火后力学性能的研究

通过对环件冷辗扩变形前后组织的对比实验和热处理后显微硬度的测定,探讨了冷辗扩变形对环件微观组织及淬回火后力学性能的影响,发现冷辗扩加工过程使环件组织中的碳化物颗粒更加细小、均匀,从而对环件热处理后综合力学性能的提高有一定的帮助。通过分析认为冷碾过程主要影响了淬回火过程中碳化物的溶解速度,造成变形与未变形组织中马氏体含量的差异,而显微硬度的变化趋势正好反映了这种差异。

PTA精制结晶器机械密封有限元分析与对策

PTA精制结晶器作为PTA装置的主流程设备,其机械密封的可靠性对整个装置的稳定运行有直接影响。文章对某PTA装置精制结晶器机械密封失效的原因进行分析,并采用有限元软件对机械密封结构改进和优化前后的状况进行模拟,了解其动、静环温度场和变形情况。根据模拟分析结果对机械密封的结构进行了改进,有效降低了零部件,特别是动、静环处的环境温度,改善了密封润滑条件,解决了原机械密封的失效问题。