3维激光扫描技术在城市轨道交通工程结构断面测量中的应用研究

采用应用研究与生产相结合的方法,介绍了城市轨道交通工程中结构断面测量的必要性和相关要求,引入地面3维激光扫描技术进行数据采集,并对采集数据进行去噪、拼接、影像匹配、点云数据抽稀、结构断面提取等操作,讨论了地面3维激光扫描技术在城市轨道交通工程结构断面测量中应用的可行性、技术优势、测量方法和数据处理方法。     

某砂岩隧道在开挖过程中变形的数值模拟研究

以某砂岩隧道为背景,首先应用弹塑性理论对隧道开挖后围岩的变形屈服和拱顶及边墙的应力状态进行了分析,继而采用有限差分软件FLAC3D模拟了隧道开挖过程中围岩的位移及塑性变形情况。计算结果表明：该研究段隧道发生塑性屈服的临界深度为78．2m;当隧道开挖31m后,由于开挖卸荷作用使得原先储存在围岩内的大部分应力得以释放,此后困岩变形基本趋于稳定;该隧道在开挖过程中,边墙变形量最大,达到1．94mm,由于隧道在开挖过程中围岩的自稳作用,当开挖到一定时间后,围岩变形将趋于稳定;该隧道在开挖过程中,拱顶和底部以拉张破坏为主,边墙则产生剪切破坏。     

HMT法探测花岗岩差异风化的应用研究

通常情况下花岗岩岩性稳定、岩石完整,是隧道工程的理想围岩.我国沿海地区花岗岩覆盖普遍,但因气候炎热,秋夏两季多台风暴雨,降雨量丰富,化学风化作用剧烈,使得花岗岩差异风化严重.风化作用不仅仅发生在近地表,而且深切入地下达数百米,常穿过隧道洞身.本文以新建厦门至深圳高速铁路(简称厦深高铁)某隧道工程勘察为例,采用探测深度大、工作方便的天然场源高频大地电磁测深法(HMT),探测花岗岩差异风化情况.四条相邻测线综合探测结果表明:根据HMT法二维反演剖面图中电阻率的差异,成功解释了已开挖段的施工塌陷范围,并预测了将要开挖段的强风化弱地质结构分布范围;通过垂向相对低阻异常特征定量推断了岩体风化带向下延伸情况,为隧道安全施工提供了科学指导.     

Analytical approach for circular-jointed shield tunnel lining based on the state space method

This paper presents a new analytical solution to the circular segmental tunnel lining subjected to overburden and surrounding earth pressures. The governing equations are derived by adopting the curved Euler beam theory and the principle of minimum potential energy. Based on the state space method, the displacements and the relevant energy-conjugated internal forces are treated as the fundamental unknown state vector and can be obtained by solving the state function. The inter-segment joints on the lining are modeled by a set of linear springs, including shear, compression, and rotation. The presented method allows for the arbitrary distribution of the segmented joints and loads along the circumferential direction. The most striking advantages of the proposed method include the rigid body displacement treatment, lining-displacement-dependent soil reaction, and internal force direction dependency of the joint stiffness. Using this method, the displacements and internal forces of the entire lining can be obtained conveniently and simultaneously under the arbitrary loading and joint distribution conditions. The verification of the analytical solutions is provided by several examples.     

Formational history of the Wicklow Trough: a marine-transgressed tunnel valley revealing ice flow velocity and retreat rates for the largest ice stream draining the late-Devensian British–Irish Ice Sheet

The Wicklow Trough is one of several Irish Sea bathymetric deeps, yet unusually isolated from the main depression, the Western Trough. Its formation has been described as proglacial or subglacial, linked to the Irish Sea Ice Stream (ISIS) during the Last Glacial Maximum. The evolution of the Wicklow Trough and neighbouring deeps, therefore, help us to understand ISIS dynamics, when it was the main ice stream draining the former British–Irish Ice Sheet. The morphology and sub-seabed stratigraphy of the 18 km long and 2 km wide Wicklow Trough is described here from new multibeam echosounder data, 60 km of sparker seismic profiles and five sediment cores. At a maximum water depth of 82 m, the deep consists of four overdeepened sections. The heterogeneous glacial sediments in the Trough overlay bedrock, with indications of flank mass-wasting and subglacial bedforms on its floor. The evidence strongly suggests that the Wicklow Trough is a tunnel valley formed by time-transgressive erosional processes, with pressurised meltwater as the dominant agent during gradual or slow ice sheet retreat. Its location may be fault-controlled, and the northern end of the Wicklow Trough could mark a transition from rapid to slow grounded ice margin retreat, which could be tested with modelling.     

管棚力学行为的解析分析与现场测试

管棚超前预支护在隧道上部形成纵向拱效应,从而保证隧道的安全开挖。然而由于模型边界条件的复杂性,目前多局限于从管棚对控制围岩变形和开挖面稳定的整体效果进行研究,无法分析管棚真实的力学行为。对管棚的Winkler弹性地基梁模型进行了改进,并考虑了初期支护的延滞效应,基于Pasternak弹性地基梁理论,推导了管棚的挠度方程和内力计算公式,并提出求解方法。以一隧道开挖为例,通过Pasternak模型和Winkler模型的计算结果与管棚的现场测试数据的对比分析,说明Pasternak模型较Winkler模型与现场测试曲线吻合更好,说明Pasternak模型改进了Winkler模型中地基变形不连续的缺陷,更符合实际受力情况,能较好地反映管棚在隧道开挖过程中的真实力学行为。计算结果表明：管棚起着杠杆作用,能够有效地将开挖面附近的上部荷载向未开挖区传递,从而控制隧道变形,保证开挖面的稳定。     

西安地铁正交地裂缝隧道的模型试验研究

以西安地铁二号线穿越地裂缝的区间隧道为对象,通过几何相似比尺50:1的物理模型试验,开展了地裂缝活动条件下地铁隧道骑缝（变形缝与地裂缝一致）正交穿越地裂缝时衬砌结构与围岩相互作用机制的试验研究。结果表明,在地裂缝发生各级错动位移条件下,不同围岩应力场的围岩土压力、衬砌结构应力及其不均匀沉降位移变化规律相似;上下盘内的衬砌结构之间具有明显的错断位移,下盘内衬砌结构的沉降量越小,上盘内衬砌结构的沉降量越大,均呈渐变趋势;上盘内衬砌结构应力、围岩土压力随地裂缝错动位移的增加而减小,下盘衬砌结构应力和围岩土压力随地裂缝错动位移的增加而增大,围岩土压力和衬砌结构应力的增量峰值均发生在地裂缝附近。模型试验研究研究结果对于分析地裂缝活动区间地铁隧道工程的运营及维护具有重要的理论与实际意义。     

考虑冻融影响的岩土类材料导热系数计算新方法

从多孔随机混合介质理念出发,提出了考虑相变及未冻水影响的冻融条件下岩土类材料的导热系数计算的新方法,并根据已有的试验数据,利用多孔随机混合介质模型求出了同等条件下的导热系数,研究结果表明：模型的计算结果和试验结果基本一致,其平均偏差为2.3%,最大偏差为5.4%。另外,通过与现有的3种导热系数的取值方法的比较发现：目前广泛使用的指数加权平均法在0℃以上时计算结果较准确,但并不适合计算低温（0℃以下）岩土类材料的导热系数。加权调和平均法和加权算术平均法计算结果误差都很大,且不能反映相变对导热系数的影响。研究成果为低温相变条件下岩土介质温度场的正确求解提供了理论前提。     

侧压力系数对马蹄形隧道损伤破坏的影响研究

数值模拟研究了马蹄形隧道在不同载荷下从围岩初始损伤至失稳破坏的破坏过程,分析了侧压力系数 对隧道的初始损伤、拱顶位移、围岩应力分布特征和围岩损伤破坏模式的影响,研究结果表明,损伤机制与 密切相关,当 较小时,在空间上初始损伤分布具有较大的离散性,以拱脚、拱肩和拱顶位置为主;当 较大时,初始损伤以拱顶的拉伸损伤位置为主;拱顶垂直方向的位移随 的增大而减小,且随埋深的增加而增大;隧道围岩的最大和最小主应力随 的增大而增大,隧道围岩应力分布和应力集中程度受隧道形状的影响显著,在一定范围内,隧道形状比离自由面的距离作用机制更为强烈;在破裂模式上,当 较小时,裂纹以垂直方向开裂为主,随着 的增大转变为以水平方向开裂为主。     

隧道近接桩基的安全系数研究

针对近年来隧道近接建筑桩基的情况较多,且施工控制难度大和造价高的问题十分突出。运用有限元强度折减法,基于Mohr-Coulomb强度准则,计算了多种不同情况下桩基础与隧道相互影响的隧道安全系数,包括桩基距隧道水平距离的影响、桩基埋深的影响和桩基荷载的影响。总结并提出了有实际意义的安全系数变化规律,计算表明,隧道近接桩基的临界距离为1倍洞径,当隧道与桩基水平距离大于1倍洞径时,桩基与隧道之间的相互影响可以忽略不计;桩基荷载的变化对隧道安全系数有较大影响,荷载增大1倍,安全系数约减小1/4。结论为隧道近接桩基工程建设提供参考依据。