砂岩夹泥岩地层隧道支护结构受力特征研究

岩体节理信息与支护体系受力特征是砂岩夹泥岩地层大变形隧道修建过程中的两个关键问题。以吉林至珲春客运专线铁路庆岭隧道为依托,依据现场测量岩体信息、支护受力情况,研究掌子面砂岩夹泥岩节理特征,绘制赤平投影图,确定岩体优势节理面(组数、倾向、倾角),分析支护体系受力特征。分析结果表明:庆岭隧道变形基本对称,下台阶开挖初期拱顶沉降、边墙收敛较为明显,可作为变形监控关键控制步;围岩压力以竖向为主,水平侧压力系数为0.25;钢拱架以承受压应力为主,拱顶的弯矩、轴力最大;采用容许应力法检算,原设计I20a钢拱架无法满足抗弯要求,建议更换为I25a型钢拱架或者采用I20a双层钢拱架,以保证支护结构的安全。     

基于COM技术的节理构造统计分析

应用赤平极射投影原理研究节理统计的程序化算法,其中采用Muhiquadrie方法建立原始节理数据三维模型和加权法计算优势方位.为便于在工程实践中快速识别节理化岩体结构,根据上述算法应用基于COM技术的MATLAB和VB 混合编程方法开发节理统计分析程序.对厦蓉高速公路水都线现场测量数据进行分析,结果表明:该程序能实现优势结构面自动分组和信息统计.     

基于三维重构的钢桥表面锈蚀提取方法研究

为实现钢桥表面锈蚀的准确提取及可视化，提出基于三维重构的钢桥锈蚀提取方法。该方法利用无人机采集桥梁影像，基于倾斜摄影生成三维点云模型，通过点云模型进行RGB颜色分布直方图统计，获取模型初始聚类中心，运用K-means聚类算法结合最大类间方差法获取锈蚀最佳分割阈值，进而对锈蚀率及锈蚀等级进行评估，并结合点云模型实现锈蚀可视化。以某钢桁拱桥为背景，采用该方法提取锈蚀区域，基于视觉分析和定量分析进行精确度评价，验证方法的有效性。结果表明，该钢桥的表面锈蚀率1.3%～9.4%,锈蚀等级为3～4级；提出的钢桥锈蚀提取方法平均正确提取率可达90.1%,平均漏提取率、误提取率分别为9.9%、8.2%,可有效用于钢桥表面锈蚀提取。     

基于高分辨率影像和大比例地形图快速创建三维模型的方法研究

三维数据的制作在模型方法和软件方面存在一定的限制,利用二维数据快速创建三维地形场景,一直是三维GIS面临的挑战。以SketchUp三维建模软件为基础,在大比例地形图上叠加影像数据生成三维模型,获取影像完整的纹理信息,快速生成逼真的三维场景模型,并探讨其中的技术方法和流程。试验表明,该方法可快速得到纹理、色泽均较为满意的三维地形场景。     

全风化岩石隧道洞口段施工过程的三维数值模拟

某隧道洞口段岩性为全风化石英片岩夹变粒岩,节理裂隙发育,岩体较破碎,质地较软,洞身稳定性差,易坍塌。针对该隧道洞口段的具体地质条件,对隧道支护设计参数及施工方法进行三维数值模拟,分析开挖过程中围岩及支护结构的变形和受力特征,为隧道安全施工提供科学依据。     

节理岩体中隧道开挖后渗流场重分布影响因素研究

在富水地区的节理岩体中开挖隧道会打破原有的渗流平衡,形成新的渗流场,造成突水等灾害。考虑流固耦合作用,运用离散元理论,建立垂直交叉节理岩体模型,以洞周测点的流量为指标,从地应力、水位高度和节理法向刚度等方面进行隧道开挖后节理岩体渗流场重分布的影响因素研究,并从开挖前后节理隙宽和水压力变化分析影响产生的原因,结论可为进一步研究围岩稳定性和突水灾害等提供参考。     

隧道超欠挖三维扫描检测系统设计及应用

针对隧道开挖时采用全站仪等传统检测设备测量断面少、检测效率低的问题，基于三维激光扫描技术，针对隧道点云数据的特点，设计了隧道三维扫描检测系统，开发了高效快速的隧道超欠挖检测算法。经现场测试，该系统可以自动识别隧道超欠挖的数量、位置、体积等信息，且适用于复杂隧道环境，维护方便，有助于保障铁路隧道施工质量。     

基于布模拟滤波和支持向量机的隧道三维点云提取算法

针对传统隧道点云提取方法存在先验条件要求较高、参数依赖性较强、通用性较差的问题，提出基于布模拟滤波和支持向量机的隧道三维点云提取算法。介绍隧道三维点云提取算法流程，分析点云数据获取与下采样算法、基于布模拟滤波算法的地面滤波，以及基于支持向量机的隧道点云提取算法，并开展现场验证试验。试验结果表明，基于布模拟滤波和支持向量机的隧道三维点云提取算法，可准确剔除与隧道点云特征不一致的非隧道点云，隧道点云提取具有处理速度快、准确率高、通用性强的特点。但如果隧道中出现大量距离隧道非常接近的物体，且体积较小，该算法会出现较多误判。减少误判是该隧道三维点云提取算法今后的研究方向。     

不同产状岩质隧道稳定性数值模拟

以大梁山特长隧道工程为研究对象,通过研究不同产状岩体隧道围岩力学响应、变形特性,主要得出如下结论:岩体强度和变形特性强烈地受制于节理方位,隧道开挖后岩体沿倾斜层理面剪切滑移,节理倾角不同,隧道破坏形态和部位以及失稳模式亦不相同;由于倾斜节理会导致岩层剪切滑移破坏和地质偏压,从安全和经济出发,非对称支护参数设计显得尤为重要,而现行隧道设计规范均以等长、等间距系统锚杆设计,其合理性值得进一步商榷.     

基于区域增长的LiDAR点云数据DEM提取

机载Li DAR系统能够快速获取数字表面模型,通过滤波处理,可以获取数字高程模型(DEM)。提出一种从机载Li DAR点云数据获取DEM的方法,首先对点云数据建立网格分块索引,然后逐行逐列按照一定的间距选取地面点作为种子点,使用区域增长算法增长地面点,获得地面点集,最后通过逐点内插生成DEM。选取机载Li DAR数据进行实验,结果表明该方法得到的DEM质量较高。     

多耦合约束条件下铁路站场总体布置图自动生成方法研究

针对铁路站场总体布置图绘制时多耦合约束的难点,基于分阶段处理耦合约束的思想,提出"断面扫描法"处理设备坐标的相对位置约束,而后将"自适应分段多比例法"用于解决比例协调约束,在最后的约束调整过程中,应用"相交可行域法",实现道岔及股道相关约束的自动处理。该研究可快速建立站场设备从原方案到总体布置图的坐标映射,实现满足所有约束条件的总体布置图的自动生成。研究成果已在若尔盖、开原西等多个站场设计中成功应用。     

基于尺度不变特征变换的钢轨蠕变检测研究

针对钢轨现有定点蠕变检测技术的不足,提出一种基于尺度不变特征变换及图像配准的非接触式实时观测方法。通过安装于轨侧观测桩上的相机对待检钢轨进行拍摄,提取图像中轨腰附近预定义的感兴趣区域,而后基于尺度不变特征变换,与同一视场中钢轨未蠕变图像的对应感兴趣区域进行配准,得到定场环境下多关键点在像素坐标系中的轨向及高低位移集。根据相机的内外及畸变参数将像素位移集映射到世界坐标系,对轨向及高低位移集分别求均值,得出钢轨的轨向及高低蠕变量。为验证方法的有效性,搭建试验平台并采用OpenCV开发了仿真系统。研究结果表明:高低和轨向蠕变的相对测量误差均值分别低于0.606%和1.170%。     

茂县隧道挤压性变形段锚杆作用效果分析

针对茂县隧道穿越活动断裂带及其影响区所遇到的挤压性变形问题,通过对1号斜井及左洞前期施工变形统计分析,以及现场锚杆施工存在的问题,针对性地提出锚杆施工工艺的改进措施,并开展长期跟踪监测。研究结果表明:锚杆工艺改进前,1号斜井和左洞收敛均值分别为689.2 mm和624.8 mm,且1号斜井变形不收敛,左洞收敛时间达6个月;锚杆工艺改进后,左、右洞水平收敛均值分别为320.4 mm和141.2 mm,相比左洞工艺调整前分别下降77.4%和40.6%,且收敛时间缩短至约4个月;按"孔腔通畅+非收缩浆液+可简单验证和不可逆转灌注满浆"的思路综合性改进锚杆施工工艺可显著提升锚杆质量,发挥其在抑制隧道挤压性变形中应有的作用。     

基于渐进均匀化方法的土工格室材料设计与应用

土工格室加筋层设计应考虑其各向异性的力学性能,利用试验方法测得所有各向异性常数较为困难。通过对土工格室加筋层代表体积单元进行多尺度分析和加筋路堤实体建模仿真,得到所需参数。计算结果表明:采用渐进均匀化方法能够计算三维土工格室加筋层的等效弹性常数,并推导出杨氏模量、泊松比和剪切模量;土工格室的铺设方式对加筋层水平方向的杨氏模量、泊松比和剪切模量有显著影响;加筋层水平方向的泊松比分量为负值,表明加筋层在该平面内有负泊松比特性;土工格室在路基中采用45°铺设方式比采用0°铺设方式可减少路基水平方向的变形值,但对竖向沉降几乎没有影响。     

平腕臂绝缘子表面的沙尘沉积特性仿真分析

兰新高铁接触网平腕臂绝缘子在大风沙尘环境中面临"沙闪"问题,研究不同因素下平腕臂绝缘子表面的沙尘沉积特性,可为此环境下绝缘子选型及设计提供理论依据。以FQBJ-25型棒式瓷芯复合绝缘子为研究对象,建立风洞积污仿真模型,采用多场耦合的数值计算方法分析风速、颗粒物粒径及质量浓度3种因素对绝缘子表面积污量的影响。仿真结果表明:随着风速的增大,绝缘子和各个伞裙表面的积污量均增加;当颗粒粒径大于13μm时,各个伞裙表面沉积的颗粒个数随粒径的增大而减少,但绝缘子表面的积污量随粒径的增大而增大;颗粒物质量浓度对绝缘子表面积污量的影响呈线性关系。各个伞裙表面积污量的变化与伞裙结构、风速、粒径及质量浓度有关,当曵力大于重力(大风速小粒径)时,伞裙结构的变化与各个伞裙表面积污量的变化具有一致性,反之,伞裙结构对积污量的变化影响很小。当曵力与重力作用相当时,颗粒物质量浓度越高,伞裙结构对各个伞裙表面积污量的影响越明显。     

复合轨枕有砟轨道温度 适应性试验研究

针对复合轨枕线膨胀系数较大的特点,在步入式高低温室内铺设复合轨枕有砟轨道实尺模型,对轨道施加温度荷载,研究其温度适应性。试验中测试了不同温度下的轨距、轨枕长度变化量、钢轨和轨枕的温度。研究结果表明:复合轨枕随温度变化热胀冷缩现象明显,进而引起轨距变化,环境温度变化10℃,复合轨枕有砟轨道轨距变化约0.78～0.81 mm。建议复合轨枕有砟轨道最好铺设在较恒温地区,如隧道内;若在高速铁路中铺设,复合轨枕年温差最大应不超过50℃,同时要注意控制铺枕温度。本文的研究可为复合轨枕的进一步推广提供技术指导。     

自密实混凝土浇筑成型方向对 新老混凝土界面黏结抗剪强度的影响

针对自密实混凝土加固既有混凝土结构时存在不同方位的黏结界面,为研究其对新老混凝土界面剪切强度的影响,设计具有不同混凝土浇筑成型方向的Z型黏结试件进行直剪试验,探究自密实混凝土浇筑成型方向、混凝土强度和界面处理方式等对黏结试件破坏形式和抗剪强度的影响,并探讨不同浇筑成型方向影响下新老混凝土黏结界面抗剪强度计算方法。研究结果表明:混凝土浇筑成型方向对界面抗剪强度影响显著,新混凝土从老混凝土顶面浇筑的效果最好,侧面浇筑次之,底面浇筑最差,差值最大多达到顶面浇筑试件抗剪强度的50%。一定范围内增大新混凝土强度能有效提高黏结界面抗剪强度,底面浇筑时效果尤为明显;当新老混凝土强度相差较大时,继续提高新混凝土强度作用不大。基于本试验结果,建议新老混凝土强度差宜控制在2个标号以内。界面处理方式对其抗剪强度的影响依赖于新老混凝土强度和新混凝土浇筑成型方向。本试验中,II类界面对于强度相同的新老混凝土界面抗剪强度影响不大,但能提高不同强度的新老混凝土界面抗剪强度,尤其是底面浇筑和侧面浇筑的界面。     

高速铁路泥岩地基膨胀特性试验研究

以兰新高铁一处典型膨胀泥岩路段为研究对象,在此现场取样,室内自制试验箱进行厚度分别为20,40和60cm的泥岩地基膨胀模型试验研究。研究结果表明:随着注水量和时间的增加,地基膨胀量整体呈外凸弧线增长;含水率小的地基膨胀潜势大,地基易膨胀,含水率大的地基反之;不同深度处的泥岩膨胀量不同,随着深度的增加,膨胀量逐渐减小;不同厚度地基含水率与膨胀量均呈良好指数关系;对地基膨胀量与含水率及地基厚度耦合作用下的计算模型进行探讨,计算模型所得膨胀量与实际室内试验量测数据拟合良好。研究成果可为膨胀泥岩地区高速铁路修建提供参考依据,对该地区同类工程建设具有借鉴意义。     

双排桩基悬臂式 挡土墙结构计算方法研究

基于双排桩基悬臂式挡土墙结构与传统支挡结构存在较大的差异性,通过探讨双排桩基悬臂式挡土墙结构的承载机理,提出该结构的简化分析模型以及结构内力与变形的解析计算方法,并通过典型工程的有限元建模计算,验证该计算方法的可行性。研究结果表明:双排桩基悬臂式挡土墙结构可分解为悬臂段、底板与桩基,依次采用悬臂梁模型、简支梁模型与弹性地基梁模型进行设计计算;悬臂段承受填筑体水平土压力荷载;底板承受悬臂段传递的重力、水平力与弯矩,以及上部填筑体的竖向均布土压力荷载;桩基承受荷段受水平土压力,锚固段承受由变形引起的弹性抗力;悬臂段底部、底板纵向跨中断面、底板与桩基连接处以及桩基顶部与锚固点附近为应力集中断面,设计时应注意截面安全检算;理论计算结果略大于数值计算结果,验证了该计算方法的合理性,为结构优化设计提供了思路。     

深大沉井基础基底承载力现场试验研究

针对至今尚未解决的深层土体承载能力现场试验确定问题,依托沪通长江大桥主墩深大沉井基础的建设,利用自行研发的深厚土层高压防水自稳型荷载测试装置,开展现场载荷试验,获得了沉井底部土层荷载-沉降曲线。试验结果表明:沉井底部土层极限承载力大于6.5 MPa。在此基础上,借助现有理论分析得出相应地基土体的变形模量为12.69 MPa,地基系数为36.79 MN/m^3。与现行《铁路桥涵地基和基础设计规范》相比较,地基承载力现场实测值比以安全系数2推算得到的规范值大15.3%。该测试装置的研发和试验结果的获得,为深基础基底土体承载力的现场测试提供了可靠的测试方法和设备,对于深基础设计计算理论的完善、相关规范的修订和施工工艺的优化等具有重要意义。