植入式光纤传感器在隧道结构中的边界效应研究

为探究植入式光纤传感器与隧道衬砌的应变传递的边界效应,分别从理论、试验和现场应用3个方面进行研究,并在实际工程中进行了验证。构建了光纤在混凝土衬砌中的应变传递模型,进行光纤应变传递机制分析,计算了光纤应变传递效率,并与数值计算结果对比,验证了力学计算模型的准确性。使用钢筋混凝土梁模拟隧道的混凝土衬砌,在其表面植入分布式光纤,进行了2组试验。对试验梁进行分级加载并使用BOFDA技术对光纤进行测试。试验结果表明：植入式光纤传感器存在边界效应,结构两端为光纤的低效率应变传递区,不能完全传递试验梁的应变;试验梁中部为光纤的高效率应变传递区,能够完全传递试验梁的应变。基于以上研究成果,在北京市新机场线地铁暗挖隧道CRD工法区间,采用植入式工艺在隧道衬砌内布设了分布式光纤传感器,进行了工程应用研究。监测结果表明,边界效应对工程监测结果影响很小,分布埋入式光纤布设工艺是可行的。该研究可为分布式光纤技术在地下工程结构监测中的应用提供参考。     

Architecture of tunnel valleys in the southeastern North Sea: new insights from high-resolution seismic imaging

Tunnel valleys are assumed to form near the margin of ice sheets. Hence, they can be used to reconstruct the dynamics of former ice margins. The detailed formation and infill of tunnel valleys, however, are still not well understood. Here, we present a dense grid of high-resolution 2D multi-channel reflection seismic data from the German sector of the southeastern North Sea imaging tunnel valleys in very great detail. Three tunnel valley systems were traced over distances ranging between 11 and 21 km. All tunnel valleys are completely filled and buried. They differ in incision depth, incision width and number of incisions. The tunnel valleys cut 130–380 m deep into Neogene, Palaeogene and Cretaceous sediments; they show a lower V-shaped and an upper U-shaped morphology. For individual tunnel valleys, the overall incision direction ranges from east–west to northeast–southwest. Two tunnel valleys intersect at an oblique angle without reuse of the thalweg. These valleys incise into a pre-existing glaciotectonic complex consisting of thrust sheets in the northwest of the study area. The analysis of the glaciotectonic complex and the tunnel valleys leads us to assume that we identified several marginal positions of (pre-)Elsterian ice lobes in the southeastern North Sea.     

岩体体裂隙率野外测量及计算方法的研究

裂隙率作为表征岩体裂隙特征的一项重要参数,有线裂隙率、面裂隙率、体裂隙率3种表征方法。目前常用测线法、统计窗法获取线、面裂隙率仅能从一维或二维反映裂隙发育情况,其方法还存在测量结果随机性、应用受出露条件所限等不足;现有体裂隙率测量方法也存在着实际应用性较差、成本高等问题,尚缺乏简便易操作的野外测量方法。为此本文提出了一种新的野外测量岩体体裂隙率的工作方法--球体法。由于构造、成岩裂隙发育的组系性、方向性,球体法根据各组裂隙产状从不同方向进行观测,通过多次测量统计岩体出露面上裂隙的发育特征,推断岩体内部裂隙的发育状况,其值能更好地反映局部区域岩体内部裂隙发育程度。此外,在测量时利用专利仪器可以得到沿裂隙面法线方向上隙宽以及隙间距数据真实值,测量条件对出露面平整情况要求不高,测量结果受露头平整性影响不大,具有更好的实用性。本文以安庆大龙山采石场研究区为例应用球体法,野外现场测量表明该方法可以在较为方便操作的基础上实现快速测量;研究区体裂隙率均值为2. 286%,集中分布在1%~4%,结合研究区实际情况以及误差分析结果,球体法可以很好地反映研究区各个测量点的裂隙发育程度。     

龙泉山构造区隧道浅层天然气来源定量研究

龙泉山含油气构造带是川西油气区和川中油气区分界构造,地层主要为侏罗系和白垩系红层,属非煤地层,不具生烃能力;但穿越龙泉山构造带的多条隧道,施工中都受到了浅层天然气危害。为查明浅层天然气来源,更准确地预测非煤地层隧道中瓦斯分布特征,为隧道工程服务,文章以成都地铁18号线龙泉山隧道为例,采用现场成分测试、气相色谱、稳定碳同位素、稀有气体同位素和生物标志化合物实验,对龙泉山含油气构造带浅层天然气的来源进行了定量研究。研究表明龙泉山含油气构造带浅层天然气主要成分以CH₄、N₂、CO₂为主,其中CH₄浓度达到57.65%~75.23%;浅层天然气稳定碳同位素实验表明δ¹³C₁、δ¹³C₂和δ¹³C₃的值分别在40‰、26‰和25‰上下;稀有气体同位素实验表明气样源岩年代介于225~249 Ma;生物标志化合物实验表明规则甾烷比值介于0.90~1.07。龙泉山构造带浅层天然气主要来源于下伏三叠系须家河组地层,深部气体主要通过断层及节理裂隙向上运移,在浅部砂岩、节理裂隙发育区和局部构造高点富集,从而对隧道工程形成危害。成都地铁18号线龙泉山隧道横穿龙泉山含油气构造,隧道掌子面瓦斯绝对涌出量达到2.13~4.99 m³/min,浅层天然气的分布受龙泉驿断层、卧龙寺向斜、龙泉山背斜和马鞍山断层控制。龙泉驿断层和马鞍山断层是深部三叠系须家河组天然气向上运移通道,断层破碎带及其伴生、派生节理裂隙发育区以及龙泉山背斜转折端是浅层天然气有利富集区,浅层天然气浓度高,隧道风险大。     

冰川动力学模式模型进展及研究

冰冻圈是气候系统中的一个重要圈层, 其中冰川又是冰冻圈的重要组成部分, 冰川、 尤其是山地冰川的本构方程和建模一直是冰川动力学的核心任务。首先, 简要回顾冰川模型的研究和发展, 简要介绍了基于Navier-Stokes方程耦合温度场的三维冰川模型。然后, 介绍了冰川建模过程中的常用的静水压力近似、 一阶近似、 浅冰近似等的基本概念, 总结了冰川的动力数值模式建立的主要方法, 对于常用的GLIMMER冰盖模式的物理框架及其应用进行了介绍。最后, 针对目前的简化模型难以准确地描述山地冰川的物理过程及其变化的问题, 提出了一个基于全Navier-Stokes方程的山地冰川模型及其动力框架、 边界条件处理的设想。本文可为建立、 发展冰川及冰架模型, 尤其建立和发展山地冰川模型提供基础知识和参考。     

轨道交通隧道全断面病害智能诊断与服役状态评价

武汉大学和北京城建勘测设计研究院共同组建的城市智能感知与精密测量工程中心在深入研究地铁隧道结构监测现状的基础上,将移动三维激光测量技术应用于地铁隧道结构监测,提出一套适用于隧道结构和病害监测的硬件集成方案,研发了一套高效快速获取地下空间结构三维几何特征的方法,实现了隧道结构表观几何特征和病害监测成果高精度提取,并且获得了显著的社会效益和经济效益。本文通过轨道交通隧道全断面智能识别与分析系统的研发及检测装备的研发,实现了轨道交通全断面病害的智能检测与隧道服役状态的评价。     

古近系半成岩地铁车站深埋隧道矿山法施工变形规律

本文以南宁轨道交通3号线青秀山站为例,研究了古近系半成岩地铁车站深埋隧道矿山法施工变形规律及施工方法,设计了专项监测方案,对矿山法大断面施工的各项监测数据进行分析研究,重点分析了CD法和三台阶法等不同工法的初支结构变形情况。研究表明,做好地下水的控制可以保障深埋隧道安全开挖和控制周边环境变形;CD法和三台阶法在古近系半成岩粉砂岩、泥质粉砂岩,局部粉（细）砂岩等地层中均可以满足初支结构变形要求;CD法和三台阶法均可以选择的情况下,三台阶法更为经济。     

移动三维激光扫描技术在隧道结构监测中应用

我国地铁隧道监测主要以全站仪为主的传统测量,监测点有限,监测过程缓慢,难以全面反映隧道结构的变形。本文针对地铁隧道结构特点,提出了一种基于新型移动式三维激光测量技术的隧道结构监测方案。首先利用移动激光扫描获取高密度点云数据;然后通过自动识别提取隧道顶部的环片拼接缝,以此为基础结合点云数据提取各环片断面信息,对环片结构进行分析;最后利用综合数据管理平台对各类监测成果进行管理分析,实现隧道结构变化的科学管理。实际工程应用表明,该方案监测结果准确、成果分析与管理更加科学,满足隧道健康监测的需求。     

三维激光扫描技术运用于隧道断面变形测量

随着人们对隧道建筑安全意识的不断提升,基于原有的隧道断面变形测量方法测量精度较低的问题,设计基于三维激光扫描技术的隧道断面变形测量方法。采用三维激光扫描仪进行隧道断面信息获取,并通过获取到的信息构建断面坐标系。通过点云计算完成断面信息数据的预处理,采用坐标系变换、点云信息分离、信息滤波以及信息去噪完成预处理过程。基于对隧道断面变形形式的过往研究,选择椭圆方程完成对隧道断面变形测量的控制。至此,基于三维激光扫描技术的隧道断面变形测量方法完成。设计对比实验,与原有测量方法相比,此方法的测量图像与样本图像更为相似。因而,此方法在隧道的测量中更有效,效果更加优越。     

山岳型酒店能源强度与碳排放特征研究

以黄山西海饭店为山岳型景区案例酒店,采用能源消费账户法与碳足迹法对样本数据进行深入分析,系统地研究了案例酒店近5 a来的能耗与碳排放情况。结果表明,水电是案例酒店的主要能耗,其中,用电能耗在酒店总能耗中占比最高,平均为98%左右;用水占比最小,只有总能耗的1%左右。案例酒店能源消耗总量每年约500 t标准煤,年均碳排放量约为3 695.5 tCO₂,呈现逐年增加趋势。2014?2018年,水电能源消耗最大的部门不是客房部和餐饮部等酒店主营部门,而是园林绿化、公用等酒店辅助部门,用水量达到用水总量的39%~58%,用电量达到用电总量的59.41%~66.68%。酒店年平均能源强度约为0.06 t标准煤/万元,每晚游客人均能耗约0.001 t标准煤。案例酒店碳排放量为217.17~257.84 kgCO₂/m²,年均碳排放量为236.79 kgCO₂/m²。案例酒店年碳排放量与能耗强度呈正相关,且随着酒店能耗强度的上升,碳排放总量也随之增加。