TST技术在岩溶地区隧道超前预报中的应用

顶效隧道位于岩溶发育地区,地质构造复杂,岩体破碎,对超前预报技术的要求高,风险较大。目前国内外应用的隧道超前预报技术多数都存在着技术缺陷,不能区分不同方向的地震回波,不能准确地确定掌子面前方围岩的波速,不能正确地进行纵横波分离等问题,影响到预报的可靠性和准确性。为了确保施工安全,减少和避免地质灾害发生,顶效隧道超前预报中采用了TST技术。应用结果表明,TST技术采用空间阵列系统和速度扫描技术有效地解决了掌子面前方围岩速度分布问题,提高了构造定位精度;应用二维方向滤波技术有效地消除了上下、左右的侧向回波和面波干扰,成功提取了前方回波用于超前预报,避免了虚报误报,解决了复杂地质条件下的超前预报问题。     

超小净距隧道爆破振动现场监测及动力响应分析研究

以南京地铁超小净距隧道为工程背景,结合国内外现有研究成果和规范,研究确保小净距先行隧道安全稳定的后行隧道爆破施工控制技术。以现代信息化施工理论为依据,充分运用现场监控量测,对先行隧道爆破质点振动速度进行监测分析和施工中爆破采用减振和隔振两方面控制技术;最终现场监测结果表明,优化后的循环进尺、段最大装药量与分段爆破差等爆破参数设计合理,该爆破设计在施工中未对先行隧道安全产生较大影响;同时,通过三维数值模拟计算,得到先行隧道壁面的质点振动速度随时间的变化规律,所得最大振速符合规范要求,也再次验证了优化后的爆破设计是合理的。通过数据分析得出隧道边墙的切向和径向振速比拱脚相应振速大,爆破面前方先行洞衬砌受爆破振动的影响稍大于后方衬砌,临近爆破点的左线隧道衬砌表面振动大于远离爆破点的衬砌表面振动。该研究成果为本工程施工提供了科学依据与技术指导,也可为类似隧道工程的爆破掘进工程在理论和施工方法上提供参考借鉴。     

TURBULENCE STRUCTURE IN A STRATIFIED BOUNDARY LAYER UNDER STABLE CONDITIONS

Turbulence structure in stably stratified boundary layers isexperimentally investigated by using a thermally stratified wind tunnel. Astably stratified flow is created by heating the wind tunnel airflow to atemperature of about 50 °C and by cooling the test-section floor to asurface temperature of about 3 °C. In order to study the effect ofbuoyancy on turbulent boundary layers for a wide range of stability, thevelocity and temperature fluctuations are measured simultaneously at adownwind position of 23.5 m from the tunnel entrance, where the boundarylayer is fully developed. The Reynolds number, Re, ranges from 3.14× 104 to 1.27 × 105, and the bulk Richardson number, Ri,ranges from 0 to 1.33. Stable stratification rapidly suppresses thefluctuations of streamwise velocity and temperature as well as the verticalvelocity fluctuation. Momentum and heat fluxes are also significantlydecreased with increasing stability and become nearly zero in the lowest partof the boundary layer with strong stability. The vertical profiles ofturbulence quantities exhibit different behaviour in three distinct stabilityregimes, the neutral flows, the stratified flows with weak stability(Ri = 0.12, 0.20) and those with strong stability (Ri= 0.39,0.47, 1.33). Of these, the two regimes of stratified flows clearly showdifferent vertical profiles of the local gradient Richardson number Ri,separated by the critical Richardson number Ri cr of about 0.25. Moreover,turbulence quantities in stable conditions are well correlated with Ri.     

Experimental study of a highway bridge with shape memory alloy restrainers focusing on the mitigation of unseating and pounding

This paper presents an experimental study to investigate the performance of shape memory alloy(SMA) restrainers for mitigating the pounding and unseating of highway bridges when subjected to seismic excitations.Mechanical property tests of the SMA wire used in the restrainers are conducted first to understand the pseudo-elastic characteristics of the material.Then,a series of shaking table tests are carried out on a highway bridge model.The structural responses of the highway bridge model equipped with SMA restrainers,installed in the form of deck-deck and deck-pile connections,are analyzed and compared with the uncontrolled structures.The test results of this study indicate that the SMA restrainers are not only effective in preventing unseating but also in suppressing the seismic-induced pounding of the highway bridge model used in this study.     

高烈度区双洞隧道洞口段地震响应分析与振动台模型试验

强震作用下,隧道地下结构损伤严重,其中洞口段更是抗震的薄弱环节,但其影响规律和特点目前尚缺乏系统的计算分析和研究。以强震区扯羊隧道为例,首先采用FLAC^3D对双洞隧道洞口段地震响应进行分析,再用模型试验的方法进行洞口段模型试验,测量其地震响应应变规律,观测其震害发展情况,并与数值分析结果相互验证。结果表明:地震作用下,隧道仰拱横向位移较大;随着隧道埋深增加,内力逐步增加,其中墙角部位内力较大;洞口处隧道围岩在强震作用下会产生贯通性裂缝,影响隧道洞口稳定;地震作用下的明洞与暗洞交接处内力较大;地震作用下的双洞隧道之间存在较强的动力相互作用。     

隧道穿越引起地下管线竖向位移的能量变分分析方法

隧道穿越引起的地层位移可能造成地下管线变形过大或断裂等事故,引起工程界的高度关注。基于假定的地下管线竖向位移分布模式,通过能量方法建立变分控制方程,提出了求解隧道穿越地下管线竖向位移的能量变分解法,运用叠加原理将单线隧道解答延拓至双线隧道中。与离心机试验和工程实例的对比,验证了方法的正确性。通过参数计算,分析了管材弹性模量、管线埋深、地层损失率等相关因素对地下管线竖向位移的影响规律,研究结论具有工程参考价值。     

隧道水平冻结施工引起地表冻胀的历时预测模型

隧道水平冻结施工过程中,土体冻结引起体积膨胀,进而会在地表产生冻胀现象。实际工程一般采用多根冻结管形成冻结壁。冻结壁交圈前,地表冻胀由多个冻土柱的叠加膨胀变形引起;冻结壁交圈后,地表冻胀则由整个冻结壁的膨胀变形引起。鉴于此,考虑冻结壁的形成过程,基于随机介质理论,建立了隧道水平冻结施工引起地表冻胀位移的历时预测模型。同时对冻结外锋面半径和冻胀区域外半径这2个关键参数的取值方法进行了相关探讨。最后针对两个工程案例,采用该计算模型对地表冻胀位移进行分析,得到地表冻胀位移随时间的变化规律,并与现场实测结果相比较,验证了模型的可靠性。该模型应用于隧道水平冻结施工前、冻结期内任意时刻的地表冻胀位移预测,可为工程冻结实施方案的合理确定提供有效依据。     

基于循环加卸载的矿物定向排列致各向异性岩石损伤演化规律——以黑云母石英片岩为例

围岩冻融损伤劣化加剧了寒区隧道衬砌结构破坏,为探究新疆高寒隧道强风化炭质板岩围岩冻融损伤劣化规律及各向异性特征,制取层理倾角θ=0°、45°、90° 3种板岩试样,在开放饱水的条件下进行了0次、10次、20次、30次、40次冻融循环试验,并对冻融循环后的试样进行宏观力学性能试验及断裂面扫描电镜测试。结果表明：在冻融循环作用下,强风化板岩的冻融损伤多集中于节理裂隙等软弱结构处,损伤模式主要为顺层理裂隙萌生、顺层理剥落及顺层理断裂,板岩自然饱和质量呈现先缓慢增加后迅速递减的趋势;不同层理倾角板岩强度特征差异较大且受风化作用与冻融循环作用影响显著,伴随着冻融循环次数的增加,板岩抗压强度、弹性模量均呈现非线性衰减趋势,冻融受荷损伤变量逐渐增大,3种层理倾角板岩抵抗冻融损伤作用的关系为0°＞90°＞45°;扫描电镜图像观察到板岩层理断裂表现出显著的脆性特征,但多次的冻融循环作用使板岩受荷破坏破裂面表现出一定的塑性特征。研究发现倾角为0°层理构造的板岩受冻融环境的影响相对较小,具有更加稳定的力学性质,研究揭示了强风化定向层理板岩各向异性冻融损伤劣化规律,可为定向产状结构围岩背景下的寒区隧道工程冻害风险评估提供参考。     

强震作用下铁路隧道横通道交叉结构抗震措施研究

依托四川茂县跃龙门铁路隧道工程,以主线单线隧道与横通道正交结构为研究对象,通过ABAQUS建立有限元分析模型。选取El-Centro地震波数据,通过应用扩展有限元理论,对横通道与主隧道交叉结构在最不利地震条件下的裂损进行研究,并提出减震层结合柔性接头的抗震措施。研究分析得到:减震层结合柔性接头的设置减小并抑制了交叉结构隧道在强震作用下的开裂范围。柔性接头的设置阻止了纵向裂缝的扩展,在交叉口处中部设置环向柔性接头能完全阻止交叉部位拱顶的裂缝生成;在初期支护和二次衬砌之间设置减震层,给予衬砌更大变形空间,使二次衬砌不易受初期支护变形受力影响而开裂。     

仰坡坡度对隧道洞口段动力响应的影响分析

采用动力有限元数值模拟的方法,设置四种不同仰坡坡度的模型,沿隧道轴向方向输入地震波,探究隧道洞口段及仰坡在不同仰坡坡度影响下的动力响应,并通过对无隧道通过的纯边坡模型与相同条件下有隧道通过的边坡模型的动力响应进行对比分析,研究隧道的存在对坡面动力响应的影响。研究结果表明:(1)由于临空面的存在,隧道洞口段的位移与加速度具有明显的放大效应。不同坡度模型的位移峰值皆位于y=0m断面的拱顶处,在距洞口y=40m后的各控制点位移差值迅速减小。(2)随着仰坡坡度的增加,同一断面处隧道的位移值随之增加,洞口段的截面变形也随之增大。(3)当坡度α≥60°时,坡面位移随着坡面高程的增加而增大;当坡度α60°时,坡面位移随着坡面高程的增加先增大后减小,在0.4~0.6倍坡高处达到最大,即随着坡度的增加,坡面的位移峰值也就越靠近坡顶。(4)隧道的存在对于坡面的稳定性有重要影响,这种影响在洞口附近尤为明显。