基于CEEMDAN-WPT联合去噪的灾后求救信号能量分布特征研究

在隧道、矿山等复杂环境的地下工程灾后救援中,求救敲击信号微弱且经常淹没在噪声环境中,如何有效拾取求救敲击信号是灾后救援的关键问题。该文以现场敲击数据为基础,选取钢架、钢管、铁锤等不同类型的敲击信号进行对比研究。首先采用自适应噪声完备集合经验模态分解的改进算法(CEEMDAN)对信号进行分解,运用功率谱密度、相关系数和方差贡献率分析方法选择包含有效信息的IMF分量,再利用小波包阈值去噪(WPT)对信号进行分层滤波,最终得到信号的工作特征信息;其次利用小波包分析模块分别求得每个节点重构信号的小波包频带能量,研究不同类型敲击信号在频带内的能量分布特性,并比较其频带能量的分布差异。结果表明,钢架、钢管、铁锤等敲击信号的能量分布大致相同,多集中于0～250 Hz;通过能量频带细化分析发现,在能量波峰处,钢架敲击地面占比最少,铁锤敲击地面占比最多,该文方法可为灾后求救信号的有效识别提供基础,且为救援设备的传感器参数选择提供依据。     

石膏围岩隧道衬砌结构腐蚀模型研究

为研究石膏岩对隧道衬砌结构的腐蚀性,对硫酸盐侵蚀混凝土的机理及影响因素进行了深入分析.设计正交试验,研究硫酸盐对混凝土腐蚀系数的变化规律,结果表明:抗渗等级、C_3A质量分数与腐蚀系数呈二次函数关系,硫酸根质量浓度和时间与腐蚀系数呈对数函数关系,溶液压力与腐蚀系数近似呈线性关系;采用极差与层次分析法对各个因素的影响权重进行解算,各因素按权重大小依次为:C_3A质量分数、硫酸根质量浓度、时间、抗渗等级、溶液压力;综合考虑各个因素,基于BP神经网络建立了混凝土腐蚀后强度变化量的预测模型,并将该模型成功应用在礼让隧道的衬砌设计中.     

四面山砂泥互层隧道爆破参数优化研究

在近水平软硬互层围岩隧道钻爆开挖的过程中,由于水平方向层理、节理、弱面以及软弱夹层的存在,使得光面爆破的轮廓平整度很难得到保证,并导致较为严重的超欠挖现象。以四面山层状围岩隧道为工程依托,基于X射线衍射试验以及室内物理力学试验所获取的砂、泥岩的力学参数,综合考虑微差、孔间距、不耦合系数等因素,采用正交试验制定了砂泥互层围岩隧道爆破模拟方案,并对重庆江习四面山近水平砂泥互层围岩隧道进行了爆破优化数值模拟,得到了层状围岩隧道爆破优化方案,将原爆破方案及优化方案与现场测试结果进行了对比,结果表明模拟结果与现场测试值基本符合．研究成果可在类似隧道爆破施工中推广应用。     

石膏围岩隧道衬砌结构破坏模式及时变可靠度模型

石膏围岩具有很强的膨胀性和腐蚀性,在隧道全寿命周期内均会引起衬砌结构自身强度劣化及受力增加,严重影响隧道二次衬砌结构可靠性.针对石膏围岩膨胀特性和腐蚀性对隧道二次衬砌结构的影响分别建立了二次衬砌结构膨胀破坏模式和腐蚀破坏模式;考虑石膏围岩膨胀性和腐蚀性对隧道衬砌结构的综合影响,建立了石膏围岩隧道二次衬砌结构综合破坏模式;基于结构体功能函数,推导出能够初步考虑围岩膨胀性和腐蚀性的隧道衬砌结构可靠度指标计算公式;并分别建立了三种破坏模式下的时变可靠度分析模型.采用石膏围岩隧道衬砌结构综合破坏模式下的时变可靠度模型对礼让隧道进行了分析,得到其在使用寿命100 a内的可靠度指标变化规律.根据计算结果可以优化石膏围岩隧道衬砌结构的抗腐蚀、抗膨胀和支护结构设计参数,并对石膏围岩隧道使用寿命周期内的合理维护及维修提供依据.研究成果可推广应用于隧道衬砌结构的可靠度研究中.     

层理位置对近水平软硬互层隧道变形影响研究

江习高速四面山隧道软硬互层围岩为近水平岩层,弹性模量比值为1∶5,黏聚力比值为1∶4,层理效应明显,且层理与隧道相对位置不一,对隧道开挖影响也不同。以砂泥互层V级围岩隧道施工段为工程依托,采用接触分析方法,研究层理与隧道相对位置关系对隧道变形影响,并进行变形预测,得出以下结论:(1)隧道开挖后,其拱顶沉降相对水平收敛变化更大,层理层间滑移相对层间剥离变化更明显。(2)隧道拱顶沉降受隧道上方层理影响最大,水平收敛受穿隧道层理影响最大,底鼓受隧道下方层理影响最大。(3)对于层理本身,隧道开挖对断面以上位置的层理影响更大,对其下方层理影响较小,层理位于隧道上方层理滑移最大,层理穿越隧道断面时层间剥离量最大。研究成果可在类似隧道提出针对性施工工艺设计建议并推广应用。     

螺旋型隧道火灾蔓延规律及人员安全疏散规划

为研究特殊线型的螺旋隧道中火灾蔓延规律,提出人员安全疏散规划,基于数值模拟软件FDS(fire dynamics simulator),以典型螺旋隧道——咪的村隧道为例,模拟20 MW火灾模式下,临界风速通风时螺旋隧道上行、下行隧道发生火灾后的火灾蔓延情况,重点分析螺旋隧道内温度和烟气浓度的纵向分布。根据模拟结果提出螺旋隧道火灾模式下人员安全疏散规划,进行咪的村隧道人行横通道设计校验。结果表明,螺旋隧道发生火灾时,人员的逃生方向与隧道上、下行及人员所处位置有关,应按照火灾蔓延烟气流动规律,有序的向更易撤离方向逃生;根据模拟结果,建议以900 s作为螺旋隧道人员可用安全疏散时间,经校验咪的村螺旋隧道人行横通道设计距离满足人员安全疏散要求。     

非线性温度梯度下悬臂箱梁的剪力滞效应

为分析箱梁截面沿高度方向非线性温度梯度下的自应力,文章提出了双参数函数用于计算梁翼板纵向位移,该函数的2个参数可考虑温度自应力中剪力滞效应引起的上、下翼板剪切转角最大差幅值的差别;基于最小势能原理建立了计算箱梁温度自应力的偏微分方程组和边界条件,并求解了悬臂梁下微分方程的解。算例分析结果表明,双参数函数所得梁翼板的位移和应力分布计算结果与有限元计算结果吻合较好。