基于远程实时监测的高烈度区沉管隧道施工可视化系统[

沉管隧道管节的浮运、沉放及对接等是整个沉管隧道施工中的重中之重,这几个工序主要集中在水下进行,当前施工技术难以全面控制施工过程及其对接精度等,研究沉管隧道施工的可视化监测系统,对辅助现场精确测量、潜水作业以及指导安全管理施工具有重要的意义。针对沉管隧道施工工艺的特殊性,基于VTK的可视化和数据模型驱动等关键技术,采用并集成GPS测点坐标系统的构建与精确转换、PSM配置,设计和开发了一种沉管隧道施工三维实时可视化远程监测系统,可以实时显示和查询施工过程中管节浮运、沉放的具体情况,实现沉管隧道实时可视化,并将该系统成功地应用于天津市海河沉管隧道工程的施工中。     

基于弹性波频谱特性的沉管隧道灌砂监测方法及应用

灌砂基础加固法在沉管隧道基础处理中应用广泛,然而复杂的施工现场及施工过程中的噪音会对监测产生干扰,故准确的灌砂实时监测方法一直是工程界所关心的重要课题。以多层层状介质中的弹性波传播特性为基础,通过对沉管隧道底板灌砂的全尺寸模型试验进行验证,建立基于弹性波频谱特性的无损监测方法。针对沉管隧道底板的水平层状介质模型,获得下部介质变化前后的弹性波响应波形数据,并对其进行波形频谱分析;同时在数据处理时,设定结构注砂变化前后的主频变化范围为滤波频带,进行滤波,降低施工噪音及复杂施工现场的干扰,从而通过工况变化前后的频谱响应差值进行施工进度实时评价。在理论研究的基础上,通过运用可视化窗口的观测结果与频谱监测结果的对比验证,建立响应频谱能量差与砂盘扩散半径、砂盘填充度的对应关系,采用可视化云图等手段,实时有效地监测基础施工的灌砂进度,为沉管隧道基础灌砂施工提供科学依据。     

沉管隧道抗震性能试验研究与数值分析

正随着经济一体化的快速发展,城市之间的联系愈加紧密,因此,城市之间的轨道交通体系得以大力推进,沉管隧道因其适应性强、交通便利、不占航道等独特优势,已在国内多个跨江(海)交通工程中得到应用。沉管隧道多数修建于水域软弱地层中,且耗资巨大,工期长,在运营过程中如果遭遇地震后发生破坏,后果不堪设想,因此,有必要研究沉管隧道在地震作用下的反应特征。对于沉管隧道结构抗震研究,模型试验与数值模拟是不可或缺的两种手段,研究不同场地中沉管隧道的地震反应和隧道接头的受力机制,从而为沉管隧道抗震设计提供依据     

沉管隧道穿越纵向非均匀场地振动台试验研究

为了研究穿越纵向非均匀场地的沉管隧道地震反应规律,进行了沉管隧道穿越砂土-黏土场地和均匀砂土场地两种工况的振动台试验。沉管隧道模型材料主要为微粒混凝土和镀锌钢丝,接头材料为橡胶,模型缩尺比为1/30,采用层叠剪切箱装填黏土和砂土构成纵向非均匀场地,输入荷载为不同峰值的El Centro波和Kobe波。采集土层和隧道不同观测点处的加速度和应变等数据并进行分析,研究在不同性质土层中的沉管隧道地震反应的特点,分析纵向非均匀场地对于沉管隧道地震反应的影响。试验结果表明砂土和黏土不同的动力特性会导致沉管隧道地震反应各异:穿越非均匀场地沉管隧道加速度反应、应变反应和管节间相对位移反应明显异于均匀场地沉管隧道,且在输入不同峰值的地震波下呈现不同规律。试验结果可供沉管隧道抗震设计参考。     

沉管隧道抗震研究

以南京长江沉管隧道为例，利用动力有限元法对沉管隧道进行抗震分析；对埋深、地质条件、水等因素对沉管隧道地震反应的影响进行分析，并从中得出了一些有益结沧，供有关人员进行抗震设计和抗震分析参考。     

水下长大沉管隧道抗震性能及减震措施研究进展

沉管隧道抗震性能研究是目前地下工程防灾减灾领域重要的研究方向之一,同时也是该领域亟需解决的难题。在总结了隧道震害特点的基础上,全面系统地阐述了原型观测、模型试验、理论分析三种沉管隧道地震响应计算的分析方法及最新研究进展。基于这些方法,进一步介绍了质点-弹簧模型、梁-弹簧模型、多体动力学模型三种水下长大沉管隧道纵向抗震简化模型,并分析模型对应的特点及力学原理,最后简要地总结了沉管隧道的减震措施。一定程度上可以反映出国内外沉管隧道地震响应分析以及减震控制研究目前的发展阶段,并通过这些最新的研究成果提出了进一步的展望。     

地震SV波斜入射下沉管隧道的地震响应分析

在ABAQUS黏弹性人工边界时域波动方法的基础上,首先运用等效应力输入方法实现地震SV波倾斜入射,半空间算例验证该方法具有较好的计算精度,进而基于所建立的斜入射方法研究地震波斜入射对海河沉管隧道地震响应的影响。计算结果表明:SV波斜入射情况下,沉管隧道的地震响应规律与垂直入射时具有明显差异;随入射角增加,沉管隧道结构应力增大,应力较大点出现在沉管隧道的四个角点及隔墙与底板、顶板的连接处,其中中隔墙为最薄弱点;随入射角增加,侧墙和隔墙的相对最大水平位移增大,其中中隔墙位移最大;随入射角增加,沉管隧道结构竖向加速度峰值明显增大。因此在沉管隧道结构抗震设计中应考虑地震波斜入射的影响。     

P波斜入射角对沉管隧道地震响应的影响

为了研究P波斜入射对沉管隧道地震响应的影响,以港珠澳大桥沉管隧道为工程背景,考虑上覆海水与海床、沉管隧道之间耦合作用,采用粘弹性边界和等效力的地震荷载输入方式,利用ADINA软件建立三维有限元模型进行地震响应分析。分析入射角为0°、20°、40°、50°、60°时P波对沉管隧道环向应力峰值（正应力峰值、剪应力峰值）和位移峰值的影响,结果表明:入射角为40°时,沉管隧道应力峰值最大;入射角为0°—40°时,隧道的应力峰值逐渐增大,入射角为40°—60°时,隧道的应力峰值逐渐减小;隧道截面4个转角处及隔墙与顶板、底板的连接处为隧道剪应力峰值最大处;隧道截面左侧剪应力峰值远大于右侧;隧道顶板正应力峰值最大,顶板的正应力峰值大约为底板的2倍;隧道截面左侧位移峰值远大于隧道截面右侧。     

考虑水-饱和土场地-结构耦合时的沉管隧道地震反应分析

用理想流体介质模拟水层、流体饱和多孔介质模拟饱和土地层,在理想流体介质与流体饱和多孔介质相连接边界的连续条件基础上,结合已有的对理想流体介质、流体饱和多孔介质进行动力反应分析的显式有限元方法,开考虑地层与结构的动力相互作用,建立了进行水与场地、结构耦合动力分析的方法。利用该方法对沉管隧道的地震响应进行了研究,重点分析了水深、地质条件等因素对沉管隧道地震反应的影响,并从中得出了一些可供相关人员进行沉管隧道抗震分析时参考的结论。     

地震作用下海底沉管隧道的动力响应分析

基于黏弹性人工边界理论,将地震动的输入转化为作用于人工边界的等效荷载来实现波动的输入,利用有限元软件ADINA建立了海水-沉管隧道-海床的整体分析模型,在模型的海水与海床的交界面处设置流固耦合边界来考虑海水与海床的流固耦合动力反应,分析了地震P波垂直入射作用下,海水深度、沉管隧道的埋置深度和海床土的弹性模量对沉管隧道结构地震反应的影响。结果表明:地震P波垂直入射作用下,海水深度和埋置深度对沉管隧道结构水平向与竖向的动力响应影响明显,而海床土弹性模量则影响不大。本文的分析结果可以对沉管隧道结构抗震设计方面提供参考依据。     

基于Android平台的分布式无线微震采集站布站与监控软件研究与实现

由于地震勘探仪器呈现小型化、无线化、智能化发展趋势,传统操作平台无法满足便携式勘探仪器使用需要.因此本文利用Android移动设备便携性、普及性高,用户基础好的特点,实现了基于Android平台的无线微震采集站布站与监控软件.该软件在大范围野外施工中,为施工人员提供包括定位、测距、测角、网络监测等全程可视化布站功能,同时提供监测施工中小型、大型微震采集站阵列实时网络情况,以及采集站状态的智能控制、数据实时监控等功能.经过施工测试,软件稳定性好、便携性高,极大提高野外施工效率.     

东非大裂谷山岭隧道地质灾害熵权可拓物元法评价及风险控制

东非大裂谷火山、地震、断层移动和地裂缝等地质作用活跃,严重威胁隧道安全,有必要研究裂谷内山岭隧道地质灾害破坏.通过系统分析东非大裂谷山岭隧道地质灾害风险源,建立了4类22项风险评价指标体系以及裂谷内山岭隧道地质灾害风险熵权可拓物元方法评价方法,开发了相应的风险安全可视化程序,得到东非大裂谷山岭隧道地质灾害破坏等级,提出了相应风险控制措施.运用该模型得到东非大裂谷内马铁路2号隧道地质灾害破坏等级为S4,对此风险控制措施可为提高抗隧道震设防烈度,进行隧道抗断层、抗震和抵抗火山作用综合研究设计,严格把控隧道施工质量,进行裂谷地质活动和隧道安全监测,及时进行隧道地质灾害预警,同时制定隧道地质灾害处置和救援预案.研究结果可对类似工程地质灾害风险评价和控制研究提供参考.     

车辆荷载对软土地区海底沉管隧道的影响分析

假定软土地区海底沉管隧道地基土为Kelvin模型,车辆荷载是随时间变化的波动荷载形式,引入黏弹性地基梁模型,利用模态叠加法给出三种情况下沉管隧道的竖向位移、弯矩和地基反力的解答。结合天津海河沉管隧道工程实例,分析车辆速度、地基土模量对沉管隧道竖向位移及弯矩的影响。研究结果表明:车辆荷载引起的管段中点振动振幅达5mm左右,振动周期为0.25s;引起的管段中点弯矩为15 500kN·m左右,且车速越大,管段振动一个周期所需时间越短,振动越剧烈,但对振动幅度及弯矩影响不大;地基土模量越大,振动幅度和弯矩越小,但对周期影响不大。     

微震技术与应用研究综述

微震,是指微小的震动.在不同应用领域微震大小的尺度划分也各不相同.对于这种微小的地震信号在许多领域都有广泛的应用,例如金属矿山、油田、火山和地震预报等.随着近年来信息技术高速发展,微震监测技术被广泛应用到地下工程当中,如油田开发、矿山的安全生产、隧道的施工建设、水库大坝的选址等诸多方面,并逐渐工程化、系统化,形成实时监测微震的可视化系统.此外,利用自然界大量的微震现象,可以通过震源定位、速度和衰减成像等方法研究大断裂、火山活动、地震的发生发展趋势以及震源机制等.本文总结了各类微震技术与方法,并分析各种方法的优点和存在的问题.另外分类整理了微震在各个领域的应用,分析其不同应用领域下的微震时频率域特征和研究方法.最后得出结论微震技术无论是在科学研究还是工程生产中都起着非常重要的作用.     

我国隧道地质超前预报技术述评

隧道地质超前预报在隧道施工开挖中起着关键性作用，同时也是工程地球物理界所面临的一大技术难题.本文回顾了我国主要隧道地质超前预报技术（隧道地震预报系统、水平声波剖面法、陆地声纳法、地质雷达法、红外探水法、超前钻探法和超前平导法）的历史，介绍了它们近年来的研究进展；分析了其现状及在几何结构成像、物性结构反演成像和复杂地质体结构探测中存在的不足；指出了当前亟待解决的基础理论研究、正反演研究、多参数综合利用、建立三维可视化的预测预警系统等问题并提出了解决这些问题的基本设想.     

地震P波斜入射下入射角度对海底沉管隧道结构动力响应的影响

基于粘弹性人工边界条件理论,将地震动输入转化为作用于人工边界的等效荷载来实现波动的输入,利用有限元软件ADINA建立了海水-沉管隧道-海床的整体分析模型,在模型的海水与海床的交界面处设置流固耦合边界来考虑海水与海床的流固耦合动力反应,分析了地震P波斜入射作用下,不同入射角度对沉管隧道结构的动力响应的影响。结果表明:地震动的入射角度对海底沉管隧道结构的动力反应影响很大,而且入射角在某个范围内,水平向和竖向地震响应有着不同的影响程度;随着入射角度不断增大,结构在竖向的动力响应明显减小,而在水平向的动力响应是先增大后减小。因此,对海底沉管隧道进行抗震设计分析时,应该考虑地震动斜入射对结构动力响应的影响。     

高压富水区隧道超前地质预报应用研究

隧道施工过程中,经常遇到突水、突泥和坍塌等无法预料的地质灾害,给施工安全带来了重大灾难和无法估计的经济损失,为了保证隧道施工安全,对不良地质体的发育情况进行准确及时的超前预报,是当前隧道设计与施工中亟待研究与解决的关键问题.详细介绍了TSP-203超前预测预报原理及方法,针对渝宜高速公路某隧道复杂的地质条件,在施工过程中进行了超前地质预测预报,并对预报结果进行了较为详细的处理和分析,同时根据隧道施工现场高压区富水层等地质情况,对隧道外水荷载计算方法和衬砌设计结构进行了分析.结果表明,预报成果与实际情况基本吻合,有效地指导了隧道施工.     

沉放深度对气枪震源激发信号影响的试验研究

以2014年11月福建街面水库气枪震源激发试验观测数据为研究对象,利用基于互相关的时延估计法对不同沉放深度及不同水深的气枪激发展开研究,分析沉放深度及激发环境水深对气枪震源激发信号到时的影响。结果显示:激发位置不变,气枪沉放深度在8—30 m范围内变化时,震中距为13 km的测震台站记录到的气枪信号的首脉冲到时差异很小,而气泡脉冲到时则有明显差异,且随着沉放深度的增加,气泡脉冲信号到时提前,8 m沉放深度与30 m沉放深度气泡脉冲的到时差近80 ms,这种变化与布设在库底的海底地震仪记录到的信号变化相一致,分析认为这种变化与气枪沉放深度增加引起的气枪激发信号的周期减小有关;在不同水位开展的相同沉放深度的激发信号差异不大。因此,应用气枪震源监测地壳介质变化时需注意气枪震源沉放深度变化所带来的影响。      

基于深度学习和无线传输的非常规页岩气压裂微地震实时自动监测

水力压裂能有效沟通天然裂缝形成复杂缝网系统,极大地提高低渗透油气藏的产能．为有效评估储层水力压裂改造效果及规避潜在的地质安全隐患,需要建立完善的压裂改造监测技术,而微地震监测是目前最为有效的监测手段之一．近年来,国内外微地震监测技术取得了较快的发展,但数据处理仍基本依赖于人工,成本昂贵,且较难提供连续的监测信息以完整反映压裂全过程．为进一步推动非常规压裂生产过程中的实时微地震监测及现场反馈,减轻人员负担、降低成本,我们发展了基于无线4G实时传输节点地震仪和深度学习的软硬件一体化微地震实时监测技术．在川南某页岩气开发平台的微地震监测试验中,该一体化实时监测技术通过4G无线网络实时回传采集的地震波形,并利用最新的深度学习技术对实时数据流进行处理,实现了从地震数据采集、数据实时传输、微地震检测、震相拾取、地震定位、震级分析等一系列功能,并通过云端将微地震分析结果实时反馈至压裂现场,实现了对压裂施工过程不间断地实时自动监测．同时,通过对比地面两套不同密度观测系统人工处理与自动处理的结果,对实时监测技术的准确性和可靠性进行了定量分析和验证．该软硬件一体化微地震实时自动监测技术的研发为我国今后非常...     

基于GIS的测震编目工作系统

在用ＦＯＸＢＡＳＥ,ＴｕｒｂｏＢａｓｉｃ等软件开发的测震编目系统的基础上,把ＧＩＳ技术中处理空间信息的一些独特优点应用到测震编目系统中,建立了以ＧＩＳ工具软件Ｍａｐｉｎｆｏ为开发平台的图形绘制查询分析配套系统。实现了与测震编目系统的数据对接。使对接后的系统在可视化查询、分析计算、图形制作、Ｂｕｆｅｒ分析、显示输出等方面有了很大的改进。整个系统具有良好的用户界面,有较强的数据兼容性和模块扩充性。