光纤Bragg光栅传感技术在隧道模型试验中应用

在模型试验中,锚杆一般尺寸较小,应变监测较为困难,可将光纤Bragg传感技术(FBG)应用于隧道模型试验中解决该问题。基于西安地铁二号线4个典型断面实际工况进行隧道模型试验,将自行设计封装的光纤Bragg光栅传感器粘贴在锚杆模型表面,监测其在不同应力状态下的应变。根据隧道开挖前、隧道开挖后、衬砌支护后、抗裂极限状态和极限破坏状态5个应力状态的实测数据,得到锚杆轴力在隧道受力过程中的变化规律。试验结果表明,锚杆受力大小在隧道开挖前后有一定变化。衬砌支护后,随围岩压力增加,锚杆轴力基本呈增加趋势,拱顶附近锚杆承受压力,支护后压力变化不大;拱肩到墙角的锚杆承受拉力,衬砌支护后受力开始增加;锚杆在含水率大的黄土隧道中受力较大,更能发挥其作用。文中方法在模型试验中的应变监测方面提出新的可靠途径。

含软硬交接带公路隧道模型试验研究

研究含软弱破碎层、土岩接触带、断层等特殊地质条件下隧道开挖过程中围岩的破坏特性具有重要意义。采用砂子、石膏、水泥、混凝土透水增强剂制备相似材料,在此基础上制作含软弱地层的隧道模型,模拟在软硬交接带隧道开挖之后坚硬地层的裂纹扩展特性及隧道围岩的破坏过程。研究结果表明:在软硬交接带地层开挖隧道后,坚硬地层具有一定的承载能力,但随着上覆载荷的增加,坚硬地层逐渐失去承载能力。在随着荷载增加的过程中,围岩变形量呈现出非线性增长趋势,隧道上方坚硬地层经历了从萌生微裂纹、裂隙逐渐扩展和贯通,最后产生错位破坏的过程。隧道围岩右侧靠近挡板的顶部坚硬地层出现局部掉块的现象,随着荷载的增加,拱顶位置出现大规模掉块,且上面的材料在力的挤压作用下出现颗粒的剥落,在表面形成坑槽。通过相似模型试验研究软硬交接带中隧道开挖过程中围岩的渐进破坏机制及变形特性,为特殊地层中隧道施工过程中围岩的稳定评价、支护结构设计与施工方法提供依据和参考。

薄膜式压力传感器在隧道模型试验中的标定研究

随着缩尺模型试验在隧道工程研究中的不断应用,对岩土体力学测量硬件和技术提出了更高的要求。传统土压力盒尺寸较大,由于其对土体完整性影响较大,尤其对于模型尺寸较小的离心模型试验,已无法满足试验精度的要求。新型薄膜式土压力传感器具有厚度薄、形状多样、抗压强度高和灵敏度高等优点,正逐渐被引入岩土工程试验研究中,需通过试验标定其在岩土介质中的工作性能。通过薄膜式土压力传感器的标定试验,研究其漂移性、迟滞性、线性度和重复性等性能指标,为其在隧道模型试验测量领域的工程适宜性提供数据借鉴,试验对比同一传感器在不同岩土介质中的标定结果,分析标定介质对标定结果的影响。通过多组重复性的标定试验分析得出:薄膜式土压力传感器具有较好的线性度和重复性,但也存在较为明显的漂移性和迟滞性;标定介质的不同直接导致标定结果的不同,针对石英砂(散体)和模型相似材料(粉体)的对比,主要表现为传感器对荷载的响应程度的不同。

基于知识图谱的隧道模型试验可视化研究及趋势分析

为了分析当今隧道模型试验领域的发展趋势及目前研究现状,以“隧道模型试验”为主题词,通过CiteSpaceV文献分析软件对2001~2021年CNKI中国知网的搜集到的2252条文献数据进行可视化分析。研究结果表明:1) 隧道突水领域的研究历经了发展缓慢期、高速增长期和下降期三个阶段,该研究领域起步较晚,但在过去20年间,我国有关隧道模型试验的研究发展迅速,目前该领域的研究处于稳定发展状态。2) 何川、李术才、高波、朱合华和王明年等学者是该领域的核心研究人员,其发文量均在25篇以上。西南交通大学和同济大学是该领域内的核心机构,但就研究机构方面则形成几家独大的局面,领域内其他机构作者总体发文量不高,就整体合作情况来看,各个机构几乎都是单独发文,很少有合作关系。3) “盾构隧道”、“相似材料”、“模型试验”、“沉管隧道”、“隧道工程”为近几年的主要研究热点词汇,相关学者在该领域取得了一系列的研究成果。本文研究结果可以为读者清晰梳理隧道突水研究近年来的研究成果及研究热点,并追溯隧道模型试验发展演化进程,从而为相关学者追踪该领域近期热点及未来发展趋势提供参考。

隧道锚原位缩尺模型试验的施力方式研究

介绍了隧道锚原位缩尺模型试验两种施力方法的原理及方法,剖析了不同施力方式对缩尺模型锚试验的影响。缩尺后模型尺寸变小,前拉法的散索难以可靠实施,直接影响拉拨效果,同时,拉拨中需要设置巨大的反力梁,不仅大大增加试验成本,而且对围岩变形测量影响大。为此研究了一种替代方法——后推法。以实例为基础剖析了前拉法的优缺点,介绍了后推法的原理、方法及实施要点,并以重庆几江长江大桥为例,采用有限差分法对模型锚不同施力方式作用后的塑性区分布、变形特征及破坏特征进行了比较分析,两种施力方法作用于模型锚后的塑性区分布和变形分布上有细微差别,通过重庆几江长江大桥1∶10缩尺模型试验验证,其破坏模式基本吻合,表明后推法可以替代前拉法。目前该方法得到了推广应用。

盾构下穿高速铁路模型试验地层相似材料配合比特性研究

隧道模型试验中地层相似材料的选择是决定试验结果是否准确可靠的重要因素,所选的材料必须符合地层物理及力学参数的相似比。文章依托广州地铁9号线广州北站—花城路区间隧道下穿武广高铁的模型试验,采用四因素、三水平的正交试验设计方法对模型试验中所选地层相似材料的配合比进行试验,研究了河砂、石英砂、粉煤灰和机油等试验因素对地层相似材料的物理及力学参数的影响顺序及影响趋势,采用多元回归分析建立了各参数与试验因素的经验公式,并确定了满足模型试验相似条件的配合比。

不同强度初期支护模型试验及数值模拟分析研究

为探明隧道模型试验中喷混凝土初期支护内力响应特征,采用水和石膏按不同比例配制喷混凝土初期支护模拟材料,测定其力学参数,并结合室内模型试验及数值模拟进行验证。研究表明:根据室内模型试验所取相似比,可采用相对应的水膏比配制不同强度的喷混凝土初期支护模拟材料;模型与原型轴应力关系为/,模型与原型弯曲应力关系为/;喷混凝土初期支护内力最大值均出现在边墙处,拱脚部位次之,拱顶最小。

低海拔季节性冻土区隧道明洞保温技术研究

随着隧道建设步入高速发展阶段,季节性冻土地区的隧道也在不断增多,面临的诸如明洞防冻问题逐渐凸显。公路隧道施工技术规范对明洞回填不作防冻考虑。然而,此类隧道在运营过程中会遇到很严重的冻害,如延庆至崇礼高速公路河北段杏林堡特长隧道、松山隧道等在2017年年底均出现不同程度冻害。随着环保要求的不断提高,少挖、零进洞理念得到极大普及。洞口由于埋深过浅,围岩和衬砌受到洞内外气温影响,常常受到极大冻胀力,衬砌材料极易劣化。为了保障洞口段结构安全,对洞口最小埋深和防冻长度研究非常必要。

里蔡隧道破碎围岩施工安全控制措施研究

针对隧道施工中最常见的坍塌事故,以里蔡隧道为例,深入探讨了如何更有效地保证隧道破碎围岩的施工质量和安全。通过里蔡和茶园里隧道进行了节理发育特征的精细化描述,利用室内模型试验、数值模拟试验和现场监测结果的相互验证,揭示了节理组数、产状、间距等特征对隧道变形的影响程度,提出了适用于隧道破碎围岩施工安全的预警系统和安全控制措施,开发了隧道破碎围岩安全施工动态预警软件并取得很好的效果。

多元地球物理综合探测模型试验相似材料的研制

研制地球物理模型相似材料是地球物理探测模型试验成功的关键问题。针对地震波场、电磁场与直流电场多场相似的难题,应用多元地球物理场相似性原理,通过正交配比试验,研发了一种多元地球物理场综合模型试验相似材料。该材料以粉质黏土、碎石为骨料,以水泥为胶结剂,材料波速为236~1 260 m/s,电阻率为27.2~342.8Ω·m。通过正交试验发现影响试件波速的各因素主次顺序为压实度>含水率>水泥/黏土>碎石/黏土,影响试件电阻率的各因素主次顺序为含水率>压实度>碎石/黏土>水泥/黏土,影响综合地球物理相似材料波速与电阻率显著的两个因素为压实度与含水率。最后,开展隧道施工综合地球物理超前探测模型试验,得到具体模型试验要求的相似材料配比。TRT偏移图像上的强反射界面,电阻率反演图像上的低电阻率异常区域,与工程现场探测实例具有类似的异常体响应特征,综合探测结果与实际模型异常体位置较为一致,表明研发的相似材料能满足模拟综合地球物理场探测的需要。