浅埋偏压洞口段隧道地震响应振动台模型试验研究

首先对试验装置、模型相似比、相似材料、试验模型箱和测试技术等进行介绍,然后通过围岩与隧道结构的加速度响应、地层变形及内力分布规律等对振动台模型试验及数值计算结果进行分析和比较。分析结果表明:振动台模型试验和数值模拟结果有较好的吻合性;加速度随着高程的增加有明显的放大效应,偏压隧道地表临空坡面导致放大效应明显增加;地层随高程产生呈抛物线分布的相对位移值,相对位移值大小与围岩类型有关;隧道结构对地层有明显的追随性和依赖性;隧道衬砌横截面共轭45°方向为较大内力值分布部位,无偏压隧道结构横截面内力呈反对称分布,偏压隧道有较不利的内力值分布与较大峰值等。以上成果对于合理认识浅埋偏压隧道的地震响应特征具有重要意义,并对隧道实际工程设计和施工的抗震设防提供宝贵的基础资料。

基于黏弹性介质的隧道地震二维正演模拟

针对隧道中各种不良地质体的超前预报问题,以黏弹性介质为基础,在空气隧道周围添加一定厚度的开挖损伤带,建立符合实际情况的观测系统,通过交错网格有限差分正演,模拟地震波在断层、软弱夹层、溶洞等地质灾害体模型中的传播,根据不同时刻的波场快照来研究相应地质模型地震记录的响应特征。通过对隧道地震二维波场模拟结果进行分析,研究结果表明:对一阶速度-应力黏弹性波动方程,采用交错网格有限差分,并且对隧道添加约束条件,可以快速、有效地实现隧道地震的二维正演模拟,并且波场快照能够清楚地反映地震波在不同地质模型中的传播特征以及波的转换特征,地震记录能够反映不同地质模型的地震响应特征,可以为实际隧道超前预报提供理论依据。

基于椭圆展开共反射点叠加的隧道地震波超前探测成像方法与应用

采用地震波法探明隧道前方断层、溶洞等不良地质体,是隧道施工安全的重要保障,而有效的成像方法则是关键。椭圆展开是一种新型的偏移成像方法,已在地表地震勘探中得到应用,然而尚未被引入隧道地震探测中。针对隧道环境,基于非标准椭圆方程,构建了隧道空间观测方式椭圆展开方法,同时重新设定隧道轴线方向为椭圆展开法向出射点方向,实现了对隧道掌子面前方区域地质的成像;通过共震源点地震记录的椭圆展开及相干叠加,最终实现掌子面前不良地质的识别和定位,形成了基于椭圆展开共反射点叠加的隧道地震波超前探测成像方法。在此基础上,基于交错网格有限差分方法,对岩性界面和断层进行了系统的正演成像研究,分析了不同地质模型的成像特征;最后,依托现场进行了探测试验,探测结果与开挖揭露情况基本一致,验证了成像方法的有效性和实用性。

几何参数对隧道地震反应影响的二维数值分析

隧道结构地震破坏的原因众多,几何因素的影响不可忽视。基于有限差分方法,构建一系列数值计算模型,比较了不同埋深、直径、衬砌厚度和径厚比时隧道结构的地震响应特性,并采用相对变形比和内力放大系数定量分析了隧道的变形、内力分布和内力峰值与几何参数间的关系。计算结果表明:内力放大系数随着埋深的增加而减小,埋深大于20m,输入地震动幅值小于0.2g时,隧道拱顶底间相对位移峰值和相同位置处自由场相对位移峰值接近;衬砌厚度对动弯矩的影响较动轴力显著,增加衬砌厚度会显著的增大隧道的动弯矩峰值,但弯矩放大系数随着衬砌厚度的增加而减小;隧道的动内力峰值随着直径的增加而增大,而轴力放大系数则随着直径的增加而减小;径厚比显著影响衬砌结构的内力分布,当径厚比大于10时,隧道结构发生显著的内力偏转。

隧道地震预报波场的有限元数值模拟

在勘探地球物理领域中,能快速、有效地数值模拟2D和3D的地震全波场,包括同时模拟P波、S波、面波多分量波场特征的软件并不是很多;但在结构力学领域中,已有多种成熟的多波多分量有限元数值模拟大型商用软件用于求解弹性本构方程,如ANSYS,PLAXIS等。从方程结构来看,弹性本构方程与完全弹性波动方程相比,只多一项对时间的一阶微分项——阻尼项。因此,调整合理的介质参数——Rayleigh系数,令阻尼项近似为0,弹性本构方程就蜕化为完全弹性波动方程。隧道地震波场是在岩体中传播,具有弹性参数较好、无常规地震勘探中覆盖层等低速带干扰等的优点,采用ANSYS软件对隧道地震波场进行数值模拟,研究了频散、阻尼与吸收边界等数值模拟的相关技术。针对介质吸收,比较了数值模拟中有无阻尼的时间记录和波场快照,对隧道地震预报来说,将阻尼系数设定为0是一种合理的假设;比较了实例中不同网格长度与频散的关系,当网格长度小于波长的1/π倍时,才能消除频散;通过由波方程的推导,引入了黏弹性边界条件,通过实例计算证明它可以有效地吸收边界反射;最后对隧道地震预报进行了实例计算,算例表明采用ANSYS软件可以有效地模拟隧道复杂地质条件下全波场的激发传播过程。

TSP隧道地震预报空洞模型的数值模拟研究

采用有限元方法模拟隧道地震波场,采用波场快照与时间记录相结合的方法,研究空洞对隧道地震波场传播的影响,并对含空洞模型的时间记录进行处理,得到数值模型的速度云图和反射层位图。经数据处理表明,采用TSPwin设定默认值处理得到的速度云图与模型设定的空洞位置比较一致,在提取反射层位图上,空洞反射层呈现条带状特征,需要结合速度云图来确定空洞位置,且P波预报的准确性相对较高。对TSP系统的抗噪性进行研究,表明其具有良好的抗噪性能。最后通过对工程实例的处理,验证了数值模拟所得的结论。

隧道地震响应振动台实验及动力时程分析

本文主要通过数值模拟和大型振动台模型试验对浅埋隧道在不同围岩类型条件下的地震响应特性进行了研究。结果表明:隧道围岩类型对隧道地震响应特性有明显的影响,围岩越好,其抗震性越好;围岩加速度随着高程的增加有明显的放大效应,围岩越差,加速度放大效应越明显;共轭45°方向为较大内力值分布,而隧道拱顶、拱底和边墙内力值却相对较小,内力量值与隧道围岩类型呈反向变化;振动台模型试验和数值模拟结果有较好的吻合性。以上成果对于合理认识浅埋隧道的地震响应特征具有重要意义,可为类似工程提供借鉴。

TSP203隧道地震预报系统在拱坝隧道围岩稳定性超前预报中的应用

以上(海)瑞(丽)高速公路湖南境内邵(阳)-怀(化)段拱坝隧道掘进中掌子面前方岩体结构的超前预报为例,介绍了TSP203地球物理探测新方法,预报了该隧道右线YK91+163-YK91+080段的围岩由于节理发育,且地表水与节理裂隙贯通性较好,因此稳定性较差,在施工中将很易造成坍塌,应按Ⅱ类围岩支护;在YK91+080-YK91+045段围岩稳定性较好,可视具体情况变更支护方案;YK91+031-YK91+013段,可能存在层间破碎带或软弱夹层,在施工过程中需要加强支护。通过探测保证了及时、详细、准确地了解开挖掌子面前方的岩体结构情况,为施工单位合理安排施工作业进度、保障施工人员生命安全、减少工程隐患提供了科学依据。

隧道地震预报中基于遗传算法的波动方程反演

首先建立一维波动方程反演的数学模型,而后引入交错网格有限差分正演模拟,最后将遗传算法和交错网格差分正演结合,实现波动方程遗传算法的反演;针对数值模拟合成的单道记录,应用波动方程遗传算法反演分析各参数对反演结果的影响;采用工程实例验证反演的预报效果,比较前后两次预报相同里程段的波速值。结果显示,S波反演结果具有更好的一致性。

软土地基隧道地震反应特性初步分析

以南京河西地区某软弱场地为背景,选用EI-Centro地震波,用有限元软件ABAQUS对土与隧道结构的地震反应进行数值模拟,得出了隧道周围场地加速度反应峰值的变化情况、隧道的最大地震剪应力的位置,及其对场地地震动的影响,对研究软弱地基上隧道的抗震性能具有一定的参考价值。

隧道地震波超前预报的数据采集技术

从实用技术角度介绍隧道地震波超前预报的工作原理与数据采集技术。从激发装置、接收装置及参数选定三个方面探讨数据采集技术的重要性,并详细阐述在坚硬岩、硬岩及软岩隧道预报的采集参数选定方法,并通过工程实例说明如何获得高质量的地震波预报原始数据。

TGP206隧道地震波预报系统在某隧道施工中的运用与探讨

隧道施工中,探明掌子面前方地质情况,从而选择合理的施工工法和支护参数,直接关系到隧道施工的安全和效率。该文在介绍TGP206隧道地震波预报系统原理的基础上,结合重庆某隧道工程实例,对隧道施工过程中掌子面前方的地质情况进行预测,并通过与开挖后地质情况的对比分析,来检验预报结果的合理性。同时对TGP206超前地质预报结果准确性的影响因素进行探讨分析,总结出提高预报准确性的措施,为今后类似隧道工程提供参考。

瞬变电磁电阻率作为初始模型的隧道地震速度曲线反演方法研究

为能定性描述围岩的软弱特性,提出瞬变电磁电阻率作为初始模型的隧道地震速度曲线反演方法。具体步骤为:1)详细分析隧道地震数据特征,提出反视速度叠加方法提取叠加道集,以降低单道波形的误差,提高后期的反演精度;2)提出适用于隧道地震数据的波阻抗反演方法,得到超前方向相对可靠的速度曲线;3)为克服速度反演时的多解性问题,依据Faust公式建立速度和电阻率的联系,将瞬变电磁反演得到的视电阻率数据转化为初始速度模型,提高速度曲线的反演精度。模型数据的反演结果证明了反视速度叠加方法的合理性和初始速度模型的重要性;实测数据的反演结果表明,应用视电阻率约束的速度反演曲线能较好地提高超前方向速度曲线的反演精度,后期开挖结果也验证了速度曲线的合理性。

TETSP-2直耦合传感器在隧道地震超前预报中的应用

隧道地震采集系统是整个隧道地震超前探测的最关键环节。现有的隧道超前探测采集系统存在检波器与隧道壁耦合效果差、安装费时,地震信号的频带窄、信号微弱等问题。基于以上问题,本文提出TETSP-2直耦合隧道地震超前探测采集系统,利用频谱范围在1~5000 Hz、灵敏度为2.5 V/g的宽频带高灵敏度加速度传感器设计出直耦合检波器。室内标定和实测数据结果表明:①直耦合检波器能大大提高隧道地震数据采集的成功率,保证检波器与隧道岩壁紧密接触,不会因耦合效果不佳导致采集失败;②相比于其他地质预报系统利用钢管或套管的安装方式,TETSP-2直耦合检波器显著提高工作效率,大大降低现场采集时间;③相比与黄泥或者黄油的耦合方式,TETSP-2直耦合的方式,采集的地震数据信号频带宽,信号保真度高。直耦合检波器能提高采集成功了和施工效率,采集到的宽频带高保真度地震数据更有利于后期隧道地震数据的高分辨率成像,提高地质预报的精确度。

隧道地震不规则观测系统正演模拟与应用

结合隧道施工实际情况,提出了一种新的隧道地震不规则观测系统,利用该观测系统对隧道超前方向软弱夹层进行了正演模拟研究。研究表明:当炮数不变时,增加1个检波器可以明显改善偏移效果;当观测系统纵向偏移距越大时,偏移剖面画弧区域更小,当观测系统横向偏移距越大时,偏移剖面的镜像假像越弱。将该观测系统应用于重庆缙云山隧道,探测结果与开挖情况基本吻合,说明该观测系统合理可行。

TSP隧道地震勘探在高速铁路隧道中的应用

介绍了TSP203隧道地震勘探的基本原理,分析了TSP系统探测的详细流程.以沪昆客专长昆段位于湖南芷江境内的姚家隧道为工程实例,利用TSP技术对其进行超前地质预报.在进行现场数据采集、数据处理、图像分析的基础上,对姚家隧道DK380+350-DK380+370里程段进行了地质情况预测.最后将隧道实际开挖后掌子面的地质揭露与TSP超前地质预报结果进行对比,验证了预报的准确性.

武汉过江隧道地震响应因素影响分析

运用ANSYS软件,以武汉过江隧道衬砌结构典型地质剖面为例,研究地基土压缩模量、衬砌模量、外径、顶板土层厚度及水深等因素对地震响应的影响,相关参数均来自工程实际,地震荷载考虑EI-centro双向地震作用,得出如下结论:(1)随着地基土压缩模量增大,衬砌同一节点竖向位移和应力最大值逐渐减小;在同一时刻,最大节点位移分布在衬砌顶部,最小节点位移分布在衬砌底部;最大节点应力主要分布在衬砌左右侧壁位置,最小节点应力则分布在左上侧壁位置区域.当土压缩模量大于20MPa后,无论是位移还是应力,其变化幅度减小;(2)衬砌模量越大,其节点位移减小,而节点应力增大;外径越大,其节点位移较小,而节点应力除拱顶、拱底外逐渐增大,拱顶拱底应力先略微减小然后增大;(3)地基土厚度越大,其节点位移逐渐减小;节点应力则逐渐增大;(4)衬砌上部水深越大,无论是节点位移还是应力均逐渐增大.当水深在10m内时,变化幅度较小;超过10m后,变化幅度增长较快.

TeTSP隧道地震超前探测系统在南王庄隧道断裂灾害防治中的应用

结合平赞高速公路南王庄隧道所发生的不良地质灾害,详细介绍了TeTSP隧道地震超前探测系统对于断裂构造这一典型不良地质体探测中的应用,有效指导了施工。

SV波斜入射对岩体隧道洞身段地震响应影响研究

基于显式有限元方法并结合黏弹性人工边界条件,推导了SV波斜入射时人工边界面上等效节点力的计算公式,并基于通用有限元软件实现了SV波的倾斜输入。采用简单算例验证了SV波斜入射输入方法的准确性。分别考虑了SV波在隧道横断面和纵断面内斜入射工况,研究了SV波斜入射条件下岩体隧道洞身段地震响应规律。计算结果表明:SV波斜入射时的隧道地震响应规律与垂直入射时具有较大的差异;SV波在不同断面内斜入射时隧道的地震响应结果也具有较大差别。

F-K变换在隧道反射地震预报波场分离中的数值模拟研究

基于二维有限元数值方法，模拟复杂条件下隧道内的地震全波波场，分析隧道地震超前预报中反射记录的多方向和多波反射波特征，证实分离前方有效反射波和其他方向的干扰反射波，以及有效反射波的P波、S波分离在预报准确性中的重要性。基于多个数值模型，研究了F—K变换进行波场分离的有效性和影响因素。研究表明，在隧道前方反射层倾向与隧道轴线交角变化较大范围内（90°～45°），F—K变换都可以有效分离多方向和多波反射事件，提取主要来自掌子面前方的有效反射波剖面。来自隧道顶、底的缓倾界面的具有双曲时距曲线特征的干扰波和S波的高视速度会对P波的波场分离产生较大干扰；而由于S波的低速和强能量特征，其波场分离受具有双曲时距曲线特征的干扰波的视速度影响较小，且不受P波的影响。