南极长城站哨声波监测仪设备及其初步观测

在子午工程二期项目的支持下,武汉大学(Wuhan University,WHU)联合中国极地研究中心研制了一套甚低频(very low frequency,VLF)波动探测系统,并在2022年由中国极地研究中心部署于南极洲的中国长城站(Great Wall Station,GWS,62.22°S,58.96°W).该探测系统的动态范围为~110 dB,时间精度为~100 ns,可为空间物理和空间天气研究提供高分辨率的波动观测数据.本文详细介绍了WHU VLF(子午工程编码:OCHCH_WHWM01)波动探测系统在GWS的初步观测结果,充分验证了系统的优越性能和稳定性.在过去一年的常规运行中,此系统能精确探测北美和欧洲等区域内各种地基VLF台站信号的动态变化.初步分析结果表明,在多次X级太阳耀斑爆发期间,GWS观测到的人工VLF台站信号特性与以往的研究结果高度一致.由于HWU-GWS(HWU为发射台站的名称)路径穿过南大西洋异常(south Atlantic anomaly,SAA)区域,观测结果同时表明,在磁暴期间,HWU VLF信号的扰动与磁层电子沉降在时空关系上具有很强的关联性.此外,此设备也能观测到闪电激发的宽频带哨声波,在频谱图上呈现特有的清晰色散结构.因此,在南极独特的地理位置,地基哨声波监测仪的观测结合其它仪器的观测,有利于深入开展与极区哨声波传播、低电离层扰动、地面闪电放电和辐射带粒子沉降等相关的空间天气学研究,对开展全天时空间环境监测具有重要意义.

基于PS-InSAR的道路穿越区长城形变分析

随着交通网络不断扩展,现代道路穿越古老的长城,这种变化引发了长城的形变效应,成为引起广泛关注的议题。为了更深入地了解道路穿越长城对其形变的影响,研究采用了永久散射体合成孔径雷达干涉测量(PS-InSAR)技术,对长城周边区域进行了详细的形变分析。研究发现,道路穿越长城的行为明显影响了长城的形变情况,尤其是在特定区域出现了明显的地面沉降现象。这种形变表现为在道路穿越区域内的长城被拉伸和压缩,导致最大累积沉降量高达75.2 mm。在这些受影响的区域中,长城的沉降速率甚至达到了每年24.6 mm。通过对长城振动变形信息的综合分析和呈现,研究揭示了道路穿越长城对其造成的明显形变效应。这一研究成果不仅对长城的保护和管理具有重要的实际应用价值,还为类似地区的形变研究提供了参考和借鉴。

上海软土单层地下室大面积换撑基坑变形特性实测分析

上海某医院项目东大型地下室单层层高达8.5 m,其不规则基坑共设置两道混凝土支撑,在拆除第一道混凝土支撑,对地下室顶板进行施工之前,需要实施大面积换撑施工作业,避免出现基坑围护结构悬臂过长的情况,为此需在施工期内开展全面监测。监测项目包括基坑围护结构侧移、围护结构外侧土体侧移、围护结构顶部位移、立柱回弹、支撑轴力以及坑外承压水水位等内容,重点分析了基坑开挖换撑过程中的围护结构变形、内力发展趋势。结果表明:高大单层地下室基坑的换撑作业有助于基坑围护在失去第一道支撑后的变形收敛,但过程中基坑围护变形较大,仍需密切监测;基坑坑外弃土可能引起土体固结,围护桩行为由回弹转换至沉降,在坑中立柱持续回弹过程中,混凝土支撑不均匀变形加剧,次应力增加,进而影响基坑稳定性。

顶管工作井近接挡土墙施工的变形监测及数值模拟研究

市政顶管工程是国家基础建设的重要组成部分,为保证顶管工作井近接挡土墙区段内的施工安全,以成都某地区污水干管建设工程区段内顶管工作井施工为例,整理现场得到的基坑、挡土墙各监测点位移等监测数据,对顶管工作井施工过程中产生的位移变化进行分析,结果表明顶管工作井施工对挡土墙的整体稳定性影响较小,其位移均在设计容许范围内。同时,通过Midas GTS NX建立顶管工作井三维模型,验证顶管工作井施工对基坑周围土体、工作井井壁及挡土墙的影响情况,结果表明数值模拟计算得到的位移结果基本与现场监测数据相吻合,表明数值模拟能够较好地模拟实际施工过程。该研究结论可为类似的近接工程提供参考。

PS-InSAR技术在南京城墙形变监测中的应用研究

基于目前南京城墙监测预警系统中文物本体沉降监测所采用的水准测量方法,本文引入了永久散射体合成孔径雷达干涉测量(Permanent Scatterers Interferometric Synthetic Aperture Radar, PS-InSAR)技术方法,对南京城墙进行连续形变监测与分析,获取了研究区域内的高精度形变信息。经过与实地水准测量数据对比、分析、验证,结果表明,PS-InSAR技术能够以毫米级精度应用于地面沉降监测及地表微小变形的动态监测。通过实地水准测量与PS-InSAR技术相结合,能够进一步提升南京城墙地面沉降监测的效率,对加强南京城墙本体预防性保护具有重大决策价值。

基于内壁点云切片坐标的高速公路隧道整体变形监测方法

因高速公路隧道在使用过程中容易产生横向、纵向形变,易产生高速公路隧道安全问题,为此,提出一种基于内壁点云切片坐标的高速公路隧道整体变形监测方法。采用投影平面方式将内壁实现点云信息分层,令各段点云映射到中心位置的参考平面,提取内壁点云信息,运用最小二乘法拟合隧道平面,使用格网化内插值算出各点云内插值,通过各时间点网格内插值变化情况,判断出该隧道变形相关量,根据网格平面所在位置得出变形位置,完成隧道整体变形监测。结果表明:所提方法的监测信息数量和计算时间分别为9921个和6.21s,能够敏锐感知细微隧道变形,监测效率最高,具有较高实用性与有效性,该方法可有效提高高速公路隧道交通运行的安全性。

临河软土地层深基坑施工地连墙变形规律研究

当前全国各大城市交通市政工程建设开始迈向地铁时代,地铁建设既能解决城市交通紧张问题,又不占用建设用地和耕地,但建设地铁时确保深基坑施工安全及控制基坑变形是工作重点,以杭州至德清市域铁路工程1标总承包二工区区间风井深基坑工程为背景,对临河软土地质条件下深基坑施工地连墙变形的规律展开了研究,得到以下主要研究成果:临河软土地区地连墙水平位移变形规律为“弓形”,其变形量随深基坑施工进度逐渐增加,最大偏移量发生在第四道支撑和第五道支撑之间;地连墙顶部的变形量随基坑施工也不断增加,靠近基坑长边中部位置的竖向位移处于波动型缓慢增长趋势,同时墙顶水平位移也以波动型缓慢增长为主;地连墙的变形控制措施主要可以从优化支撑布设间距、调整地连墙入土深度和优化基坑开挖顺序等方面进行控制。

基于BOFDA的地下连续墙变形监测技术研究

为解决传统的位移监测技术多为点式,易出现漏检等问题,基于布里渊光频域分析(BOFDA)技术,进行地下连续墙变形现场监测的方法与技术研究,给出依据分布式光纤监测的应变数据换算地下连续墙变形的计算方法,并采用传感光缆直埋入地连墙的布设方式对墙体进行分布式、精细化的监测。将该技术和施工方法应用于软土地区某基坑工程进行验证,结果表明:BOFDA技术能够很好地反映墙体变形的发展过程,开挖深度大,地连墙最大应变位置发生下移,应变数据经过计算后将得到地连墙分布式的位移数据。

秦皇岛段明长城时序InSAR遥感动态监测

地面沉降是京津冀地区常见的地质灾害之一,地面不均匀沉降对于明长城的保护存在着潜在威胁,从而造成不可逆转的损失。文章采用2016—2018年的53景Sentinel-1数据,基于永久散射体合成孔径雷达干涉测量(persistent scatterer interferometric synthetic aperture Radar,PS-InSAR)和小基线集(small baseline subsets,SBAS)技术获取秦皇岛段明长城地表形变信息。将合成孔径雷达(synthetic aperture Radar,SAR)数据基于不同的处理方法获取的形变结果进行交叉验证检验监测结果的精度,得到两者数据线性相关性R 2达到0.81。结合地下水水位变化、地质构造、地层岩性数据、土地利用数据及高速公路铁路分布等辅助数据,对明长城沿线沉降进行成因分析。最后基于广义回归神经网络(generalized regression neural network,GRNN)对明长城沉降进行预测。结果表明:秦皇岛段明长城沿线表现出不同程度的形变,形变严重的区域主要集中在东部及东北部区域,最大沉降速率超过-12 mm/a;地面沉降与地下水开采关联不大;明长城在与断裂带相遇前后沉降速率表现出微小差异;沉降严重区主要发生在第四系全新统黏土层;交通道路运营暂时未对明长城沿线沉降造成较大影响。GRNN预测结果表明未来明长城沿线沉降有逐渐增大的趋势,部分区域需要重点关注。研究对位于山地地貌明长城进行系统的监测和整体保护提供技术支持。

北京地铁地连墙基坑变形规律研究

为研究北京地铁地连墙基坑受力变形特征,采用统计法对近5年期间北京在施地铁基坑变形监测数据进行整理分析,并按照围护结构厚度及支撑体系类型对地连墙基坑进行分类,得出不同类型基坑地表、墙体、格构柱的变形规律以及基坑沉降槽曲线,提出地表隆起及墙体变形的新模式。结果表明:1)基坑监测范围内的地表变形中,地表隆起占比高达20%~45%,支撑体系类别及围护结构厚度不同对地表隆起比例与最大变形范围存在不同影响;2)根据墙顶变形方向及幅度,将墙体变形分为4种类型,开挖深度对墙体变形量的影响要大于围护结构厚度对土体变形的约束作用;3)墙顶的变形规律以上浮为主,占统计数据的90%以上;4)格构柱同样以隆起为主,大于墙顶隆起。

复杂环境下城市深基坑墙下止水帷幕施工技术

某项目基坑深约40 m,紧邻营运中地铁隧道,场区有富水次生断裂带。为避免基坑开挖造成场区地下水位下降而对营运中地铁隧道造成危害,项目对基坑围护结构地连墙以下进行帷幕注浆止水。基坑周边帷幕注浆布置三排孔,紧邻地铁隧道侧注浆过程中加强对隧道的变形监测,断裂带及其影响范围进行注浆封底。该项目解决了钻孔精度、浆液扩散、隧道变形监测与控制等技术难题,检测及基坑开挖结果证明,帷幕止水效果良好。

深厚软土狭长基坑地连墙变形特性

为研究南沙港地区软土深基坑内支撑式地连墙变形特性,以广州南沙港铁路明挖隧道深基坑为工程背景,通过大量实测数据统计分析,对比已有研究成果,探讨狭长基坑开挖墙体测斜、墙后地表沉降及其因素影响。结果表明:墙体测斜呈“两头小、中间大”的内凸型,最大侧移量主要分布在20~35 mm,占比高达83.6%,最大侧移变化范围为(0.07%H,0.38%H),平均值为0.22%H,相比宽大基坑的墙体抗侧移变形能力要强,其中H为基坑开挖深度。墙体最大侧移所在位置深度范围为(H-6,H+3),且大多数位于开挖面附近,墙体侧移主要影响深度范围约为2H,深度效应显著。墙后地表沉降主要影响范围为(0.17δ_(hm),1.60δ_(hm)),平均值为0.864δ_(hm),其中δ_(hm)为墙体最大侧移量。墙体最大侧移随墙底以上软土厚度增加呈缓慢增长趋势,随插入比和支撑刚度的增大而缓慢减小,当插入比和支撑刚度超出某一量值,继续增加对墙体变形控制无明显作用。可见,合理的围护体系设计对基坑变形控制至关重要。

立井井壁变形光纤光栅远程实时监测预警系统

针对高寒矿区表土层冻融作用和含水层水压力引起的井壁变形问题,基于光纤光栅传感原理,沿井壁环向和竖向安装了10层光纤光栅应变和温度传感器,提出了井壁结构损伤识别方法,确定了混凝土结构变形破坏阈值,建立了立井井壁变形远程实时监测系统。经1年的高寒矿区灵东煤矿副井井壁监测结果表明:井壁变形光纤光栅监测系统能够实时监测预警、高寒地区长期稳定性好,井壁最大环向应变和轴向应变均低于混凝土屈服强度阈值,说明井壁目前处于稳定阶段。

共墙深基坑开挖监测数据分析及数值模拟

共用围护结构的深基坑在开挖时会相互影响相互制约,也会对周边环境造成叠加影响。本文基于城际铁路前海站交通枢纽共墙深基坑工程,通过现场监测数据分析共墙深基坑在开挖阶段的围护结构变形特性及周边地表沉降规律,并根据现场监测数据对数值模型进行验证,再利用验证后的数值模型对同步开挖工序下共用地连墙的变形特性和地表沉降规律进行分析。结果表明:共墙深基坑非同步开挖时,共用围护墙会向先开挖的基坑侧偏移,坑边地表沉降也会因相邻基坑开挖而增加;同步开挖时,共用围护墙会向支撑刚度较小的基坑侧偏移,但偏移值远小于非同步开挖,地表沉降也明显减小,理想条件下可优先考虑同步开挖。

深竖井施工地表及围护结构变形规律研究

为了研究高富水砂层大直径深竖井施工对周边地表及围护结构的影响,以西霞院水利枢纽输水及灌区工程某检修井为工程背景,运用现场实测数据对竖井周边地表沉降及地下连续墙的水平变形进行了研究。结果表明:随着竖井开挖深度的增加,竖井周边地表沉降及地下连续墙水平变形均在不断增加,当开挖至竖井深度的50%时,地表沉降基本趋于稳定,当开挖至竖井深度的70%时,地下连续墙水平变形基本趋于稳定。竖井开挖完成后,距离竖井最近的地表点沉降最大,最大沉降为4.96 mm,随着间距的增大,地表沉降逐渐减小;地下连续墙水平位移随着监测点埋深的增加而逐渐减小,埋深大于30 m的监测点水平位移很小,埋深小于30 m的监测点会产生相对较大的水平位移,其中墙顶的最大水平位移约为10 mm。

深基坑工程变形监测技术及应用研究

深基坑作为城市建设的一项重要工程,其变形监测技术的研究和应用对于保证工程施工的安全和顺利进行具有重要意义。文中针对某地铁附近深基坑,根据周围环境和地层条件,基于监测分析了基坑设计的对策。通过现场监测,探讨了施工对邻近地铁路基的影响,揭示了基坑以及挡土结构在开挖过程中产生的变形特征。结果表明,由水泥桩在基坑周围和底部形成的止水结构避免了深度降水引起的相邻地铁路基的固结沉降,也减少了横向位移和坑底隆起。

剪力墙结构中新型复合保温模板一体化施工体系力学性能研究

为研究混凝土现浇时复合保温模板承受侧压力及模板体系变形规律,对某高层住宅中的第8层剪力墙浇筑项目进行现场跟踪实时监测。监测结果表明压力呈3个阶段变化:①第1阶段随浇筑高度迅速增大,压力逐渐减小;②第2阶段振捣过程中侧压力迅速升高,大部分测点在此阶段达到模板侧压力最大值,之后侧压力迅速减小;③第3阶段由于混凝土凝结硬化放热,体积膨胀侧压力缓慢增大,随后逐渐减小至稳定。总体上,压力值随高度变化呈梯形分布,与规范计算公式相符。模板位移和次楞位移在2.5h后趋于稳定,同一侧列的位移值基本随高度增大而减小,设计过程中,应对下部主、次楞进行适当加密设计并设置次楞固定复合保温板边缘。

某黄土深基坑复合土钉墙变形监测分析

依托某高速铁路明挖隧道黄土深基坑工程土钉墙支护结构,对深基坑施工过程中周边地表竖向位移、基坑侧壁深层水平位移、基坑坑底隆起进行监测,根据变形监测结果分析了基坑随施工进行和时间变化产生的变形情况,总结了深基坑的变形规律。结果表明:基坑周围地面沉降随基坑开挖深度增加而增加,现场监测基坑周围地表沉降最大值为7.43 mm;随着基坑开挖施工进行,土钉墙支护对基坑整体变形约束较小,呈现整体向基坑内部的倾斜变形,最大水平位移出现在基坑顶部附近深度约0.5 m处,变形值为10.84 mm;基坑整体变形较小,安全储备大,但考虑到湿陷性黄土遇水强度会显著降低的特性,为了保证基坑安全,选取的基坑设计参数是合理的;施工中须做好坑外防渗、排水。研究结果可为同类条件的基坑设计和施工提供借鉴。

市政道路交叉口工程深基坑监测分析

文中依托基坑开挖工程,对基坑周围地表沉降、墙体位移变形、支撑轴力变化和土压力分布规律等现场实测数据进行分析,对实际基坑工程给出开挖建议。结果表明,不同测斜点深度与水平位移之间的关系呈大致相同的趋势,深度增加时,测点水平位移先增大后减小。土体测斜数据可作为临近墙体测斜数据参考依据,但是土体测斜数据相对墙体测斜数据有一定滞后性。各层钢支撑轴力在开挖初期显著上升,而后随着施工出现一定波动。

复杂周边环境下深基坑开挖监测与变形特性分析

基坑开挖过程中,地下连续墙的周边地面沉降和位移控制是工程安全面临的主要挑战。文中通过分析监测数据,对基坑开挖过程进行了三维数值模拟,确定支护结构的变形规律等特征。结果表明,地下连续墙周边地表沉降主要受基坑开挖深度影响。此外,每种工况下的壁变形均表现出线性,具有明显的阶段特征,特别是变形曲线具有明显的拐点,大部分拐点位于整体开挖深度的2/3以上。该方法为基坑开挖的安全控制和可持续研究提供了新的参考。