盾构隧道收敛变形倾角感知布设优化研究

为了实现采用倾角感知盾构隧道的水平收敛,通过传感器的优化布设,构建运营期盾构隧道收敛变形实时监测系统.考虑隧道拱顶埋深、接头抗弯刚度比、地层抗力系数、地层侧压力系数及地面超载等参数的作用,针对管片变形和管片接头的影响,采用解析方法提出基于倾角传感隧道收敛的计算方法,并利用误差反演算法得到该算法下最优安装位置.建立单环盾构隧道结构三维精细化数值模型,采用正交实验法得到25组工况的最优布设点,与解析方法结果进行对比验证.基于现场168天连续的监测实测数据,采用二乘法比较不同方法计算的水平收敛变化值与激光监测结果的差值平方和,进行现场验证.结果表明:对于软土地区盾构隧道典型断面,最优布设点在120°附近(以拱顶为0°),当地层信息缺失时,可选用120°位置布设倾角传感器,典型地层条件下,解析解得到的误差不超过4%,数值解分析误差不超过10%,现场监测计算误差小于10%.在现场安装条件受限情况下,给出不同地层工况条件的安装位置偏移方案及其误差修正方法.最后,分析倾角和激光监测对应的71组现场数据,相比于其他3种方法,提出的隧道水平收敛计算方法得到的结果最接近激光测量值,其差值平方和最小,稳定性最优,可作为现场监测有效手段.     

隧道爆破施工对附近房屋的振动监测与影响分析

爆破震动是隧道爆破施工危害之一,隧道掘进过程中应进行爆破震动监测。本文对茅台高速公路中枢隧道爆破开挖施工中产生的地表建筑震动进行监测与分析。通过现场监测掘进爆破引起的地表房屋不同位置处的地表振动速度波形,研究隧道附近的地表震动特性及其对房屋结构的影响。研究结果为现场爆破参数设计优化与施工安全管理提供了科学依据。     

静力侵入岩石裂纹扩展及声发射特征

为了研究刀具静力侵入岩石过程中裂纹扩展及声发射特征,基于刀具侵入岩石断裂特征,确定了声发射参数与刀具侵入岩石过程中径、侧向裂纹长度的关系式;通过分析不同脆性岩石和裂纹长度对声发射信号的影响,得到声发射参数随裂纹长度增加而增大,不同岩石脆性程度对声发射参数随裂纹长度的变化曲线有很大影响,是造成声发射曲线不同的根本原因.选取不同脆性的水泥砂浆和花岗岩为研究对象,在RMT-150C压力试验机上进行刀具侵入破岩试验.结果表明:高脆性花岗岩声发射计数率和能量率远大于低脆性水泥砂浆;不同脆性岩石在刀具侵入作用下声发射特征曲线与侵入载荷-侵深曲线具有较好的一致性,可以很好表征刀具侵入过程中岩石内部裂纹扩展和宏观破碎过程.研究结果对于判断岩石材料破坏性质、深化岩石破碎机理及指导岩体稳定性监测有一定参考作用.     

小净距立交隧道开挖围岩稳定性声发射监测

终南山公路隧道2号通风竖井通风道施工过程中要跨越主隧道,为了预防爆破震动对终南山公路隧道耦合破坏效应的影响,确保主隧道围岩的稳定性与结构安全,采用声发射(acoustic emission,AE)技术对主隧道关键点进行了监测.根据监测结果,及时调整爆破参数,确保上跨隧道安全施工.     

火灾下组合楼盖的次梁布置与声发射损伤分析

目的研究组合楼盖中不同次梁布置方式对声发射损伤程度的影响,确定组合楼盖破坏过程中声发射变化规律与联系,推断组合楼盖的内部损伤程度和极限承载状态.方法对2块钢-混凝土组合楼盖CS1、CS2进行了足尺试验,并对试验参数、声发射布置和试验现象进行了描述.通过声发射特征参数撞击、累计计数、事件率和b值-能量,结合试验现象对组合楼盖不同次梁布置方式的声发射特性进行分析.结果 CS1和CS2板面出现多条45°斜裂缝,并形成经典屈服线模型,CS1和CS2的残余变形程度约为停火时的46%和33%;升温时CS2中的撞击峰值信号和信号活跃性明显小于CS1,CS2对组合楼盖的承载更为有利;火灾试验不同阶段,累计计数呈现出不同的变化趋势,次梁和混凝土板膨胀率不同对声发射信号影响较大;结论声发射撞击信号可反映出组合楼盖的内力变化过程,但不能以撞击数量来判定组合楼盖达到破坏的不利位置与损伤严重程度;不同次梁布置方式对组合楼盖的内部损伤有较大影响,CS1次梁布置方式对组合楼盖的承载性能较为不利;b值与能量变化均具有一定的规律性,能够真实地反映和判断出裂缝开展及混凝土板内部损伤的程度.     

隧道横断面精细分区下系统锚杆布设最优组合

在解决工程类比法与现场施工匹配不足的问题上,系统锚杆设计与优化在工程实际中产生分歧与矛盾.为提高隧道初期支护系统锚杆优化精细程度,依托江玉高速香树坳隧道,基于数值模拟对系统锚杆进行分区研究,明晰横断面各区域系统锚杆参数敏感性差异.结果 表明:系统锚杆长度、直径、环向间距、纵向间距为围岩变形的主要影响因素;系统锚杆对围岩变形敏感性排序依次为环向间距、纵向间距、直径和长度;改变系统锚杆参数对围岩应力应变极值影响较大,而对应力应变分布特征影响可忽略;优化系统锚杆参数对其自身受荷特征改善大于其他构件,最大改善效果可达其他构件的3.17倍.研究结果可为同类工程提供参考.     

基于现场监测和数值模拟的隧道初期支护效果分析

以沙子塘隧道出口偏压段为依托,采取现场监测及数值计算等技术手段,详细分析典型监测断面围岩与支护结构相互作用关系。研究过程中对典型断面的围岩变形、钢支撑压力、锚杆轴力进行现场监测,并分析各个监测点的受力变形特征,并对围岩-支护结构作用关系进行评价。同时,为了进一步验证数据结果的准确性,采用数值计算手段分析监测断面的结构受力变形特征,并与监测数据对比分析,验证监测数据的准确性。研究表明,合理的应用监测及数值计算能够指导隧道现场施工,有效地提前预测施工可能遇到的风险,为控制隧道施工期围岩变形及支护技术提出一定的参考建议。研究成果对偏压隧道在洞口附近的监测方法及衬砌设计提供了重要的实践指导和理论支撑,对洞口衬砌支护效果、评价以及后期处治都有很好的借鉴作用。     

水泥土无侧限压缩的声发射信号特性研究

为研究水泥土在无侧限压缩过程中的声发射信号特性,利用声发射技术对水泥土的无侧限压缩过程进行全程监测。通过对水泥土力学特性参数进行分析,得到水泥土在无侧限压缩下应力随时间的变化过程大致分为四个阶段;同时运用声发射特性参数分析法对水泥土试件的声发射信号参数经历图和分布图进行分析,得出水泥土压缩过程中各声发射特性参数也大致分为四个阶段,每个阶段与力学特性参数各阶段基本相一致;通过对声发射信号特征参数的四个通道分析和对比各通道传感器处试件受破坏后的试验实图,验证了声发射信号参数能准确反映材料的破坏程度,为以后用声发射技术预报、检测结构破坏过程和破坏程度提供了依据。     

声发射信号预测山体滑坡基础性试验研究

对现场取样并二次加工的岩石样本采用深梁三点加载方式在5种工况(变速加载、匀速加载、破坏形态改变、加载环境改变以及尺寸改变)下进行剪切加载至破坏,以模拟岩体滑坡.进而基于声发射理论,利用声发射传感器对试验样本破坏全过程中的声发射信号进行实时采集,并形成相应位置的声发射信号随时间变化曲线.最终通过声发射信号曲线变化特征识别区分出岩石样本加载破坏整个过程中的不同阶段.试验结果证明,基于传感器合理布置位置,通过观察声发射信号曲线变化特征可以对山体滑坡面中关键点破坏的预警提供较好的判断依据,从而通过对多个关键点破坏位置的预警来预测滑坡面的早期形态,为今后声发射信号预测山体滑坡的工程应用提供试验基础.     

基于AE信号的新型砂轮点磨削状态监测方法

提出了一种基于声发射(AE)信号对新型点磨削砂轮磨削状态进行实时监测方法.建立了表面粗糙度与AE信号的对应关系,为监测磨削加工表面粗糙度提供了条件.采用单因素实验研究了各参数对AE信号RMS值的影响规律,结果进一步证明了AE信号与表面粗糙度的对应关系.对比分析了砂轮不同磨损状况下的AE信号,依据此信号可对磨削状态进行实时监测.为了区分声发射源性质的异同,对磨削过程中的AE信号进行了频谱分析,砂轮发生磨损时,AE信号在45~65kHz,80~90kHz,100~110kHz频段的能量升高显著,并且在15kHz附近出现了很高的尖峰,为监测磨削状态提供了一种可行且有效的方法.     

激光诱导热裂切割玻璃的声发射信号监测技术

现阶段各个领域对玻璃切割质量的要求越来越高,作为一种新兴的切割技术,激光诱导热裂相对于传统切割有很大优势,但在切割过程中裂纹扩展轨迹会偏离预定的路径。若要改善这种偏离现象,切割时需要通过对裂纹扩展状态的实时监测来确定补偿策略,而声发射作为一种无损检测方法在此方面有着巨大的优势。本文在激光诱导热裂切割玻璃过程中,会产生声发射现象。针对激光诱导热裂切割玻璃过程中产生的声发射信号针对此声发射信号进行了模态分析和小波包分析,确定了最优的小波基及分解尺度选择的依据。在实验中,通过对传感器进行优化布局并采用时差定位方法对裂纹尖端位置进行了定位分析。在此基础上,进行了激光诱导热裂切割玻璃声发射信号监测实验研究,探求了AE信号特征与裂纹扩展状态两者之间的联系。     

含孔花岗岩破裂过程不同区域声发射特征

利用孔洞对声发射(AE)传播的阻隔作用,对AE探头监测区域进行分区.通过含孔花岗岩双轴加载破坏过程的AE多通道监测实验,研究了岩石变形破坏过程不同区域AE特征及其与破坏模式之间的关系.结果表明:试件的AE探头监测区域分为独测区、共测区、盲测区;试件共有两种破坏形式,“V”型和贯穿型;对于“V”型破坏的试件,主破裂发生在独测区,各通道的AE特征明显不同;对于贯穿型破坏试件,主破裂发生于共测区,各通道的AE特征较为相近.     

电沉积法修复钢筋混凝土裂缝的试验研究

从电化学角度对电沉积方法修复混凝土裂缝的原理及其影响因素进行了探索性的试验研究，证实了在裂缝尖端有电流密度集中现象，通过调节外加电压统计分析发现，裂缝端的电流密度比临近无损伤区域高出了数百倍；试验测定了电沉积过程中受损水泥基试块的质量增加量、裂缝愈合率等参数，并研究了水灰比和不同电解质溶液对混凝土电沉积修复效果的影响．     

车削过程中刀具磨损和破损状态的自动识别

采用机床主电动机功率法和声发射(AE)法来获取切削过程中发出的刀具磨损和破损信号,建立了刀具状态试验系统.在试验数据的基础上,建立了功率信号的自回归时序模型,在提取作为刀具磨损特征量的模型参数时考虑了切削用量的影响.针对刀具破损时功率信号时域幅值变化的随机性,提出用延时方差法来处理功率信号,数据分析结果表明,这种方法是可行的.针对切削过程中发出的AE信号,采用时频分析的方法进行处理,提取出反映刀具破损的特征量,最后利用2个并行的自适应共振神经网络ART-2实现了刀具状态的自动识别,识别成功率达到95%.     

浅埋黄土隧道中系统锚杆支护作用的数值模拟

为了研究系统锚杆在浅埋黄土隧道中的支护效果,以陕西吴堡—子洲高速公路刘家坪5号隧道为依托,利用MIDAS/GTS有限元分析软件分别建立有、无系统锚杆的分析模型,计算分析了6个开挖阶段和截止到二衬施作阶段的隧道变形量,并将数值模拟结果与实测结果进行了对比分析。结果表明:浅埋黄土隧道施工过程中,有系统锚杆的隧道变形值大于无系统锚杆的变形值,这是由于锚杆是在钢架支设后进行打设,锚杆的打设不仅破坏了土体的稳定,而且延误了喷射混凝土和钢架支护的最佳时机,使变形量增加;有、无系统锚杆拱顶下沉和净空收敛的现场实测值基本处于同一数量级,说明在浅埋黄土隧道中系统锚杆的作用不显著,可以取消。     

柱状节理玄武岩卸荷力学特性的数值模拟

白鹤滩水电站厂区内的柱状节理玄武岩是由原生节理与隐晶裂隙共同切割形成的节理岩体.由于两种节理的形成机理、结构形式、空间产状、力学特性的不同,使得柱状节理玄武岩在不同应力状态下,具有不同的破坏模式.利用D-CRDM分析方法对柱状节理玄武岩卸荷过程进行了计算分析,同时结合现场声波测试结果分析柱状节理玄武岩的破坏机理与模式.研究表明:卸荷过程中原生节理在张拉作用下易产生表层的剥离破坏,而隐晶裂隙在拉、压状态下均会产生开裂破坏,并诱发岩体的整体失稳.岩体的现场破坏证明了该研究结果的正确性,同时研究结果为洞室的岩体支护方式的选择提供了参考依据.     

大变形巷道锚杆力学特性的数值模拟

通过现场观测和实验室试验,对大变形巷道锚杆的力学特性进行了测试,揭示了锚杆与围岩相互作用全过程呈现:初撑、增阻、恒阻、降阻直至失效。论述了锚杆阻力下降和失效是大变形巷道锚杆支护所具有的基本规律。为此,对FLAC3.3中锚杆单元模型进行了修正,使其具备模拟锚杆损伤软化的功能,并将其成功地应用于实际工程中。     

基于声发射监测的巴西盘试样破裂过程

应用声发射及盖格尔定位算法,实验研究了不同巴西盘岩样加载破裂失稳过程.结果表明:声发射事件主要由于裂纹扩展产生,在初始加载阶段直至裂纹萌生之前,其声发射活动不是很明显;一旦岩样出现初始裂纹,在相应的应力点声发射事件明显增多;在微裂纹扩展的非稳定阶段至岩石破坏瞬间,声发射活动变得异常活跃,声发射事件变化率最大.由此直观反映了巴西盘试验过程初始裂纹的产生、扩展空间位置及扩展方向,即大部分试样的破坏是从一加载端开始,而少数试样的初始裂纹是在岩样的内部产生.同时,声发射事件定位也是岩样内部应力场演化过程的宏观表现,这对于深入研究岩石破裂失稳机制很有意义.     

用电容法测量原油凝点的可行性实验

介绍了基于原油介电常数随温度的变化与原油凝点之间存在的内在联系，测量原油凝点采用的电容法。叙述了非接触式电容传感器的测量原理和实验方法。实验结果表明，原油介电常数在原油的凝点附近达到一个峰值，这与实验室方法得到的结果相符，初步得出电容法测量原油凝点是可行的结论。为在线监测原油的流动性提供了一条实用化途径。