隧道洞顶围岩竖向全位移量测及变化规律研究

围岩内部位移通常是在工作面开挖后再进行量测,因而导致现场量测结果存在一定损失。为得到隧道施工过程中围岩内部位移的变化规律,自行研制开发了适用于量测隧道洞顶围岩竖向全位移的多点位移测试仪,该仪器具有测试原理简单、现场埋设方便、测试数据精度高的特点,且比传统多点位移计的测点多。结合阿拉坦隧道,利用该仪器对隧道洞顶处的围岩内部位移进行了量测,得到了隧道浅埋段洞顶围岩内部位移的变化规律,经分析发现,如果采用传统多点位移计进行洞内量测围岩内部位移的方式,围岩内部位移的损失程度将达25%以上,这将给围岩稳定性的判定造成直接影响;此外,通过对监控数据的分析,还得到了隧道开挖引起的围岩松弛范围。其结果对隧道的开挖与支护具有重要指导意义。     

洞群模型试验中微型多点位移计的设计及应用

地质力学模型试验是研究大型地下洞室群围岩稳定性状况的重要方法,但是,许多制约因素使得这类试验难以达到预期效果,其中包括试验过程中物理量的量测问题。以双江口水电站地下洞群稳定性为研究对象,开展了模型试验为准确量测三维应力状态下洞群模型试验中围岩内部的微小位移,设计、制作和安装了高精度微型多点位移计,获得了围岩在开挖全过程中的位移变化规律曲线,同时,还开展了与模型试验相对应的数值模拟。将试验结果与数值模拟结果进行了对比分析。研究结果表明,设计成功的微型多点位移计能够广泛应用在各类岩土工程模型试验之中。     

断面测量系统在良心隧道右线偏压段围岩变化量测中的应用

在隧道及地下工程施工中,一般采用类似多点位移计、测缝针、各种形式的收敛计等再结合其他测量仪器对围岩变化进行量测分析。本文重点介绍利用徕卡断面测量系统对围岩净空位移变化进行量测技术,首先使用断面测量系统机载软件自动采集隧道围岩净空位移变化的外业数据,然后将数据传输到计算机,再利用隧道断面测量系统后处理软件进行自动的数据分析处理,快捷方便地获得围岩变化量测结果,并以准确、直观的图形、报表数据输出,及时为围岩稳定性判断和指导施工提供有力的依据。     

大断面小净距大帽山隧道现场监控量测及分析

结合大帽山隧道的工程实践,通过围岩内部位移、拱顶沉降、围岩压力和锚杆应力的现场监控量测工作,研究复杂地质条件下大断面小净距隧道双侧壁导坑法施工时围岩的稳定性。阐明分导洞开挖时围岩内部位移的变化趋势、特点及位移场,相邻导洞施工时的相互影响,围岩与支护结构间的相互调整变形机制,拱顶沉降捕捉的变形小于围岩实际变形的原因,支护结构的压力和锚杆应力状态及其与围岩位移的变化关系。监测结果表明,大断面小净距隧道Ⅴ级围岩段的破碎带采用现有的施工工艺和支护参数是可行的,围岩变形可控,支护结构的支护效果显著,围岩基本稳定。研究的方法、分析和结论可为类似条件下隧道工程的设计、施工、监测和进一步的理论研究提供参考和借鉴。     

增量位移反分析在水电地下洞室工程中的应用

反分析是确定计算模型参数的有效方法.通常多采用量测所得全量位移进行反演计算.但地下工程中许多量测数据为增量位移,且实际施工过程可以通过建立分步开挖的有限元模型来模拟.据此,结合某水电站地下洞室工程中地下厂房的开挖,建立了模拟动态施工的有限元模型,利用某一开挖步施工前后量测值之差,采用增量位移优化反分析方法对洞室附近初始地应力场及围岩弹性模量进行了反演.计算所得增量位移与实测值符合较好,表明了这种方法的可行性.同时,根据分析结果对该方法进行了评价.     

基于量测位移的隧洞围岩弹性抗力系数反演方法

在水工隧洞工程中,岩石弹性抗力系数K反映了岩石弹性抗力的大小,是设计环节中需要确定的一个极为重要的基础计算参数。水工隧洞工程中需用水压法试验测定弹性抗力系数,由于水压法测定抗力系数不仅耗时、费工、且试验工艺复杂。本文通过对比分析弹性状态下深埋圆形隧洞开挖支护与水压法试验力学效应关系,提出一种基于量测隧洞位移的围岩抗力系数的反演方法,该法可根据量测隧洞位移直接反演得到弹性抗力系数。结合北京市南水北调配套工程南干渠工程试验段工程实践,对浅埋水工隧洞位移进行监测,利用提出的反演方法,得到了隧洞围岩的弹性抗力系数。提出的反演方法为复杂水工隧洞不同围岩应力状态问题的弹性抗力系数反演提供参考和借鉴。     

棒式光纤传感器在地下洞群模型试验中的应用

地质力学模型试验是在复杂条件下进行大型地下洞室围岩稳定性分析的重要研究手段,能够真实地反映地质构造和工程结构的空间关系,准确模拟施工过程对厂房稳定性的影响以及岩体的破坏特征。双江口水电站地下洞群模型试验中采用预留孔径灌胶方式进行高精度的棒式光纤光栅（FBG）位移传感器的埋设,以便对洞室周边的位移进行量测,同时应用FLAC3D进行数值模拟比较。结果表明：棒式光纤光栅传感器量测方法解决了模型试验中内部变形小、量测精度要求高的问题,与数值模拟结果相吻合;试验中传感器埋设的方法是成功的,无论是开挖阶段还是超载阶段传感器均能有效地监测模型内部变形,揭示地下洞室群模型在开挖阶段和超载阶段的变形机制和破坏特征。     

开采倾斜近地表矿体地表及围岩变形陷落的模型试验研究

以某铜矿矿山一典型地质剖面为原型,运用物理概化模型试验,采用网格数字摄影测量方法量测模型剖面全场位移,分析了开采倾斜近地表矿体地表及围岩变形陷落随不同开挖步的变化规律。在模型试验中,开挖-75 m～-45 m之间的矿体,围岩扰动范围及地表下沉位移逐渐增大,第7步开挖完成后,采空区上方岩体开始出现离层,第9步开挖完成后,地表1～4测点之间形成一明显沉陷盆地,最大下沉位移达825 mm。模型试验研究的结果与现场及离散元数值计算结果基本吻合。     

隧道围岩稳定性正算反演分析研究——以厦门海底隧道穿越风化深槽施工安全监控为例介绍

为了降低海底隧道施工风险,确保隧道施工顺利穿越海底几处风化深槽和风化囊区域,解决难以获得隧道围岩力学参数的技术难题,采用位移反分析方法建立了动态反演预测模型;作为比较,还简单介绍了弹塑性反演的一种全局优化方法。根据隧道典型断面实际监控量测的围岩拱顶沉降量和周边收敛位移量,结合先行服务隧道揭露的水文地质情况,进行优化反演分析,得到该类围岩初期支护后的等效弹性模量和等效侧压力系数。在相应的同类地质条件下,对后续将开挖的左、右主洞围岩采用边界元法进行正演数值计算,使之能为主洞施工方案比选以及支护设计参数调整与修正提供定量依据,做到信息化动态设计与施工。工程实例分析表明,利用正算反演分析法得出的围岩等效力学参数是可靠的,可据此对类似地质条件下主隧道围岩进行正演计算分析,预测主洞围岩的变形破坏模式,判断其围岩稳定性。位移反分析法是隧道施工变形理论预测分析与工程实际相联系的有效平台,为工程设计施工技术决策提供了一种切实有效的途径。     

公路隧道位移智能反演与稳定性分析

阐明了公路隧道位移反演的重要性及公路隧道监控量测方法,在此基础上介绍了公路隧道智能反演的原理及过程。通过隧道工程实践证明了隧道位移智能反演的可行性、正确性与实用性,对隧道围岩稳定性分析评价、智能化施工有重要意义。     

地质力学模型实验中变形量测方法的应用研究

地质力学模型实验作为一种便捷高效、成本低廉的研究方法,不仅可以将工程的破坏过程直观地呈现出来,而且可以作为了解工程整体力学特征、破坏模式和稳定情况的重要研究手段,在各类岩土工程问题的研究中有着广泛应用。由于地质力学模型材料的变形模量较低,同等应力条件下应变极其敏感,因此模型实验中变形测量显得至关重要。为了提升地质力学模型实验中变形量测的便捷性和准确性,对目前地质力学模型中对变形测量的主要方法进行总结分析。结果表明：目前对于模型变形量测的方法主要分为电测式测量方法、光学测量方法和机械式测量方法,其中电测式测量方法主要包括电阻式应变片法和位移计法,光学测量方法主要包括光纤类传感器法、数字图像相关法、光弹性贴片法和云纹干涉法,机械式测量方法主要包括百分表测量法和经纬仪观测法。通过对各种方法工作原理、主要应用案例及优缺点的阐述对比,得出不同方法的主要区别是测量范围和适用范围的差异,其中百分表法适用于测量小区域变形;测量内部变形可选择电阻应变片法及光纤传感器法;较大区域的变形可选择位移计法及光纤传感器法;指定点位移可选择经纬仪观测法;全场观测可选择数字图像相关法、云纹干涉法以及光弹贴片法。该成果可为相关地质力学模型实验的变形测量提供实验参考。     

地质力学模型实验中变形量测方法的应用研究

地质力学模型实验作为一种便捷高效、成本低廉的研究方法,不仅可以将工程的破坏过程直观地呈现出来,而且可以作为了解工程整体力学特征、破坏模式和稳定情况的重要研究手段,在各类岩土工程问题的研究中有着广泛应用。由于地质力学模型材料的变形模量较低,同等应力条件下应变极其敏感,因此模型实验中变形测量显得至关重要。为了提升地质力学模型实验中变形量测的便捷性和准确性,对目前地质力学模型中对变形测量的主要方法进行总结分析。结果表明：目前对于模型变形量测的方法主要分为电测式测量方法、光学测量方法和机械式测量方法,其中电测式测量方法主要包括电阻式应变片法和位移计法,光学测量方法主要包括光纤类传感器法、数字图像相关法、光弹性贴片法和云纹干涉法,机械式测量方法主要包括百分表测量法和经纬仪观测法。通过对各种方法工作原理、主要应用案例及优缺点的阐述对比,得出不同方法的主要区别是测量范围和适用范围的差异,其中百分表测量法适用于测量小区域变形;测量内部变形可选择电阻式应变片法及光纤类传感器法;较大区域的变形可选择位移计法及光纤类传感器法;指定点位移可选择经纬仪观测法;全场观测可选择数字图像相关法、云纹干涉法以及光弹性贴片法。该成果可为相关地质力学模型实验的变形测量提供实验参考。     

自动网格法在大型滑坡模型试验位移测试中的应用

应用非接触式光学测量方法中自动网格法原理,研究了大型滑坡模型试验中的位移测试方法及其分布规律。以石榴树包滑坡模型试验为例,针对自动网格法用于大型滑坡模型试验位移测量时所存在的问题提出了解决措施,并对石榴树包滑坡在不同水位运行工况下的位移规律进行了研究分析。     

迭代增量法分析地下连续墙的受力性状

围护结构的位移是影响土压力的重要因素,目前深基坑中地下连续墙分析时采用的增量法没有考虑墙体位移对增量荷载的影响。根据墙体位移对增量荷载的影响,假设在每一步开挖过程中围护墙体位移不变,由此确定初始增量荷载。根据计算得到的位移,用迭代法对增量荷载进行修正,分析地下连续墙的变形和内力。最后,通过与实测资料的对比,证实了迭代增量法的合理性。     

试验模型位移场中的几种光学测量方法比较

详细地分析了几种光学测试方法在模型试验中的使用情况。自动网格法在模型表面布置网格点容易,由于开挖或裂缝等原因去掉网格点,改进后的程序仍能自动编码,必要时可通过人机对话手工编码。散斑互相关法,在模型表面布置散斑较容易,改进后的程序在开挖情况下也能自动处理,但在散斑场遭受严重破坏情况下无法比较相关性。其他光学测试技术由于受试验条件的限制,而不适合使用。     

数字网格摄影测量法及其在滑坡模型试验中的应用

综合考虑自动网格法和摄影测量技术各自的优缺点,提出了数字网格摄影测量法。介绍了该方法的原理与步骤,并将其应用到室内某滑坡模型试验的位移测试中。试验证明：数字网格摄影测量法可以快速、准确对模型体观测点位移进行量测,精度达到次毫米级,是一种比较理想的滑坡模型位移测试方法。     

三维激光扫描技术在滑坡物理模型试验中的应用

大型滑坡物理模型试验中常采用高精度的特征点监测,缺少整体变形资料;而三维激光扫描技术可以高精度、快速、完整地扫描实物,获得海量的点云数据,构建实物的数字化模型,从而详细描述表面细部状况。将三维激光扫描技术引入到滑坡物理模型试验坡体表面整体变形监测中,通过数字仿真试验对点云数据4种变形测量方式进行了对比和评价,推导了点云数据单个扫描点的空间位置精度的评价模型,对点云密度进行了理论分析。通过滑坡物理模型试验实例,采用点云比较、重心法、点云叠加方法测量模型的整体变形和单个监测点的位移,对滑坡不同演化阶段变形特征进行了综合分析。研究表明:空间位置精度的评价模型、点云密度模型为三维激光扫描变形监测的测量成果评定,测量方案的优化设计提供了必要的理论基础。点云叠加、点云比较为面测量,可以获得整个模型坡面的变形和位移情况,测量模型的变形趋势和变形量级,重心法、拟合法则属于点测量,可以获得单个监测点准确的位移量。基于三维激光扫描技术坡面监测是结合点测量和面测量的优势,在保证高精度特征点监测同时,获得模型坡面的整体变形和位移。     

Measurement of local and volumetric deformation in geotechnical triaxial testing using 3D-digital image correlation and a subpixel edge detection algorithm

Based on the three-dimensional digital image correlation (3D-DIC) technique, the stereovision system has been applied to the improved triaxial apparatus to obtain 3D full-field deformation of the specimen during triaxial testing. Through the calibration process, the 3D-DIC technique can obtain the accurate specimen’s spatial displacement deformation. Meanwhile, a subpixel edge detection algorithm has been combined with 3D-DIC technique to calculate the radial strain and the volume strain of the specimen directly. Furthermore, a series of consolidated drained and undrained triaxial tests were carried out on Hainan (China) sand specimens and measured by the conventional and the image measurement methods. Compared to the results measured by the conventional method, the image measurement technique can obtain the more experimental data, such as the 3D displacement field of the whole specimen, the local strain distribution, and so on. The measurement results also show the conventional method would be disturbed by the end constraints in triaxial tests so that the strength of the soil would be overestimated. Meanwhile, the middle of the specimen would be selected to calculate the stress–strain relationship without the influence of the end constraints in the proposed method. Based on the image measurement results, the proposed method has the potential to be used in geotechnical tests for exploring the soil’s progressive failure behaviors, inhomogeneous deformation and mechanical characteristics.

     

竖向荷载下桩基础弹性分析的改进计算方法

将Randolph剪切位移方法中桩身位移与桩端位移的函数关系简化为一多项式,并与Poulos积分方程中土体柔度系数矩阵相结合,提出了一种竖向受荷单桩弹性分析的改进计算方法,从而避免了Poulos积分方程法中的差分运算以及由此带来的其他矩阵运算,同时比Randolph方法更能准确模拟桩身剪切应力的分布,并将单桩的改进计算方法应用于群桩分析。将改进的计算方法与Poulos、Randolph方法以及Chow混合方法的单桩和群桩计算结果进行了比较,结果表明：改进计算方法是可行的,可满足精度要求。