周期性有砟轨道结构垂向弯曲振动波复频散分析

轨道结构的周期性特征对于其内振动波的传播具有滤波特性，开展频散分析对于了解轨道结构的振动传递特性具有重要意义。鉴于此，以有砟轨道结构为研究对象，基于虚拟弹簧模型和能量泛函变分原理提出了能够考虑阻尼因素与材料频变效应的轨道周期结构复频散计算新方法。通过与既有文献结果对比验证了文章方法的准确性，并利用该方法分析了扣件刚度频变效应、扣件阻尼和道砟阻尼对轨道结构振动波复频散特性的影响规律。研究结果表明，刚度频变效应及扣件、道砟阻尼对于振动的衰减域及衰减速率有着较大的影响，轨道结构振动传递分析中必须予以考虑。     

微动勘探技术在城市轨道交通勘察中的应用

将采用高保真度无线三维地震勘测数据采集系统,通过布设圆形台阵对微动数据进行采集,并且利用专业技术方法提取微动数据频散特性,全面反映出S波速度剖面。按照试验结果可以看出,在地磁环境探测和城市场地环境探测当中应用微动探测技术有利于数据采集,有效确保速度分层可靠性。     

土压平衡盾构双线隧道施工引起的地表沉降规律研究

盾构法作为地铁隧道施工的一种主要施工方法已在我国得到了广泛的应用，由施工引起的地层移动和地表沉降是盾构隧道设计和施工中非常关注的问题。以广州地铁三号线某盾构区间的两条水平平行隧道为研究对象，运用三维有限差分法对盾构隧道施工引起的地层移动和地表沉降进行了较为系统的研究，得出了两条盾构隧道开挖面距离、注浆压力的大小对地表沉降的影响规律，取得了一些新的认识和具有实用价值的研究成果。     

仰拱病害的电磁波响应特征模拟及三维成像

为提高隧道仰拱病害的电磁波三维成像效率和探测精度,提出一种基于旋转交错网格（rotated staggered grid,RSG）数值模拟及偏移成像理论的波场分析方法,建立了仰拱典型病害的RSG数值模型,模拟了电磁波在隧道仰拱及隧道底层结构中的复杂传播情况,分析了电磁波的衰减、绕射、频散等电磁响应特征及道集信号,然后基于RSG偏移成像理论,并通过局部刻画和三维切片等技术,开展了隧道仰拱病害电磁波模拟数据的RSG三维成像研究. 结果表明:仰拱中钢筋与钢支撑混凝土介质的电场幅值均大于6.5 × 104 V/m,仰拱病害的电场幅值约为6.0 × 104 V/m,RSG三维成像及分析方法兼顾了电磁波横纵向分辨率,刻画出了软弱夹层介质内部的疏松情况和起伏形态,提高了电磁波对仰拱病害的成像精度.      

三洞并行盾构隧道开挖引起的地表沉降研究

针对三洞隧道开挖引起的地表沉降规律，以南通轨道交通1号线孩-环区间盾构隧道工程为依托工程，采用现场数据监测、理论分析和数值模拟，研究了三洞并行盾构隧道施工对地表沉降规律的影响。研究结果表明：提出一种计算三洞并行隧道开挖地表沉降曲线的“三阶段分析法”，综合比较“三阶段分析法”得到的沉降预测曲线、现场沉降实测数据的拟合曲线及数值模拟的沉降计算曲线可知，提出的“三阶段分析法”和数值模拟方法均能较好地反映三洞并行盾构隧道的真实施工情况。     

垮塌区隐患资源爆破开挖变形响应的DDA法

针对地下金属矿山垮塌区隐患资源开采的安全问题，应用非连续变形分析法（DDA）研究垮塌区隐患资源在爆破动荷载作用下的变形响应. 通过势能极小化原理和平面应变假设探讨DDA法的计算过程，在DDA模型中引入自由场边界和设置边界单元体的法向与切向自由阻尼器来模拟垮塌区边缘采场的爆破开挖，讨论了注浆加固后的垮塌区滑移面附近区域在爆破动荷载作用下的变形特征. 研究结果表明:DDA模型中的输入波表现出明显的滞后性，根据输入波的滞后性计算波的传播速度与现场实测结果非常接近；爆破开挖后垮塌区滑移线下部区域的变形明显小于上部区域，与实际开挖后现场的监测结果相符合；距离爆源越远的监测点，速度放大系数越大，在DDA法中引入自由场边界和边界单元的自由阻尼器来研究垮塌区边缘采场在爆破动荷载作用下的变形响应是可靠的.      

基于iS3的复杂地质建模与数值数字一体化研究

三维地质建模与数值模拟是地下空间开发重要的分析工具,然而目前地质建模的数据难以简便地应用于数值模拟中,不能准确表征地层的分布是造成数值模拟计算结果可靠性较低的主要原因之一。基于多源数据耦合建模理论,结合钻孔数据、地层接触约束及地层产状信息,通过借助潜势场方法的协克里金梯度插值法可建立复杂区域的地质模型。将地质模型接入iS3平台,纳入工程统一的信息化管理系统。并通过二次开发,将地质模型的数据与数值模拟相结合,在满足网格质量和模拟复杂的施工工况的要求下,充分考虑地层的空间分布。以南京地铁5号线为应用对象,结果表明:多源数据耦合建模可以较好地揭露盾构穿越段复合地层的空间分布形态,基于iS3平台,可进一步利用地质建模成果,在数值模拟中可以充分考虑地层的不均匀分布,实现数值数字一体化。     

漂石地层土压平衡盾构掘进速度模型研究

目前针对漂石地层土压平衡盾构的掘进速度模型研究比较少。借助成都地铁某区间盾构隧道工程,根据现场施工实测数据,利用统计分析、模型回归等方法分析了参数间的相关性,并依据掘进速度与其他参数间的关系建立了成都漂石地层中的掘进速度模型。研究结果表明:在成都漂石地层中,影响掘进速度最大的因素依次是贯入度、刀盘转速;掘进速度和刀盘转速、贯入度、螺旋机转速成正比,与总推力、土仓压力正反比;掘进速度与扭矩不是简单的线性关系,扭矩在一定范围时,掘进速度缓慢增加,当扭矩大于一定值后,掘进速度随着扭矩的增大而减小。这些关系对漂石地层土压平衡盾构的参数选择和匹配有重要的指导意义,所建立的模型可为盾构掘进参数的优化、预测和控制提供依据。     

砂土地层盾构隧道稳定性三维离散元研究

为探明砂土地层盾构隧道掌子面稳定性，以Chambon和Cone开展的模型试验为基础，采用三维离散元方法研究了隧道埋深对隧道掌子面稳定性影响规律，并从细观角度解释了开挖面失稳机理.数值模型引人3维动态柔性应力边界，将模型试验中空气或流体压力对掌子面的支撑效应抽象为作用在掌子面颗粒上的指定支护压力，逐步减少该压力并结合地层变形精确得到极限支护压力.通过删除进人隧道轮廓内的砂土颗粒模拟盾构开挖，考虑该施工力学行为对掌子面稳定性的影响.研究结果表明,ClD}1.0时掌子面极限支护压力随埋深增加而增加，此后趋于稳定.砂土地层中极限支护压力比随埋深增加而减少.地表沉降突增点对应的支护压力小于掌子面极限支护压力，工程中应同时关注地表沉降与仓内支护压力以保证开挖面稳定.C/D小于等于1.0时，失稳区直接发展到地表,C/D大于等于2.0时拱顶上方形成了稳定的塌落拱，延伸高度分别约为0.7D~1. 3D与0.9D~2.3D.     

砂土地层盾构隧道稳定性三维离散元研究

为探明砂土地层盾构隧道掌子面的稳定性,以Chambon和Corté开展的模型试验为基础,采用三维离散元方法研究了隧道埋深对隧道掌子面稳定性的影响规律,并从细观角度解释了开挖面失稳机理.离散元模型引入了三维柔性应力边界,将模型试验中空气或流体压力对掌子面的支撑效应抽象为作用在掌子面颗粒上的指定支护压力,逐步减少该压力,结合地层变形精确得到极限支护压力.通过删除进入隧道轮廓内的砂土颗粒模拟盾构开挖,以考虑该施工力学行为对掌子面稳定性的影响.研究结果表明:隧道埋深与隧道直径之比小于等于1.0时,掌子面极限支护压力随埋深增加而增加,此后趋于稳定,砂土地层中极限支护压力比随埋深增加而减少,地表沉降突增点对应的支护压力小于掌子面极限支护压力,失稳区直接发展到地表,工程中应同时关注地表沉降与仓内支护压力以保证开挖面稳定;隧道埋深与隧道直径之比大于等于2.0时拱顶上方形成了稳定的塌落拱,延伸高度分别约为0.7D（隧道直径）~1.3D与0.9D~2.3D.      

基于移动三维激光扫描的盾构隧道监测技术

我国城市轨道交通飞速发展,主要采用盾构法施工建设。盾构隧道结构安全监测是城市轨道交通运营监测的主要工作之一。传统盾构隧道监测主要采用全站仪、水准仪、收敛仪等测量设备。传统监测手段存在效率低、周期长、成本高、成果类型单一等缺点。针对传统监测不足,文章引入移动三维激光扫描的新型盾构隧道监测技术,通过移动三维激光扫描技术快速获取隧道结构信息,从而实现隧道结构健康状态的快速、全面监测。工程实例表明,该技术具有监测速度快,成果类型丰富等优点,较传统方法更加符合轨道交通监测行业需求。     

智能冲击压路机路基压实度自动检测方法

为了提高路基压实度检测的准确性,提出了路基压实度自动检测的瑞雷波法。采用落锤法敲击地表产生瑞雷波,分别通过检波器和地震仪采集和记录瑞雷波信号,应用-τp变换提取经过信息处理后的瑞雷波,获取频散曲线,利用瑞雷波反演横波速度的方法计算压实度,分析了压实度分布剖面图信息,对比了用瑞雷波法和灌砂法计算的路基压实度。计算结果表明:两条压实度曲线几乎重叠,最大绝对误差为-0.300%,相对误差为0.308%,说明用瑞雷波法检测路基压实度数据可靠,可以用于控制冲击碾压施工。     

瞬态瑞雷波在地层勘探中的应用

根据瞬态瑞雷波的传播特性和测试原理,使用振动及动态信号采集分析系统采集分析了测试工点的瑞雷波信号,并得到了测试工点的地层分布情况和各层的物理特性.     

强夯施工对环境振动的影响分析

利用强夯法加固软弱地基时,其夯击能将以波的形式向外扩散,进而导致周围环境的振动.本文以半无限弹性体理论为基础,考察了瑞利波的径向振动量和竖向振动量沿地基深度的衰减特性,认为竖向振动量是引发环境安全的主要因素;通过现场实测,研究了强夯引起的自由场地地面振动加速度及振动速度随距离的衰减规律,并对隔振沟的隔振效果进行了测试研究.     

坡形浅埋隧道爆破振动效应及理论模型验证

为研究位于边坡地形和浅埋土岩复合地层条件下的山岭隧道施工爆破振动效应和振动影响范围,验证并获得准确适用的振速理论模型,以国道317线下穿县城密集区的德格隧道为依托,利用现场爆破振动监测和回归分析对4组常用理论模型进行验证,同时,通过三维数值模拟及与理论模型计算、现场实测结果的比较,围绕爆破振速、振动影响范围以及存在的爆破振动效应进行分析. 研究结果表明:4组常见理论模型计算拟合度在0.15～0.86之间,其中,唐海、朱传统和周同龄理论模型公式对应不同爆心水平距离、高程差时各有优势;理论模型计算得到的爆破振动影响范围比数值计算结果更接近现场实测结果;在隧道成洞区28 m范围内爆破施工引起的“空洞效应”明显,地表垂向最大振速由起爆点处的1.98 cm/s增大到了2.23 cm/s;爆心所在横切面内顺坡向一侧距离开挖中线10～20 m范围坡面上“边坡效应”显著,最大垂向振速达1.83 cm/s之后随爆心距增大而线性减小;在逆坡向一侧5～10 m范围内随高程增加将出现“高程放大效应”,因此,上述范围内的地表建筑应作为现场监测重点并做好防震措施.      

激光扫描盾构隧道断面变形快速检测

针对人工检测效率低、变形检测车定位不准、噪点剔除困难、数据处理滞后等技术难题,基于盾构隧道管片环缝灰度图像数学形态特征,通过图像滑窗方式,利用直方图均衡化、缩放、阈值判定等方法快速自动识别环缝,并依据环缝已知位置反向修正隧道里程; 基于距离最小二乘法椭圆曲线拟合,建立了盾构隧道激光扫描噪点三次迭代自动剔除方法; 通过对管片环上各单环激光扫描数据拟合椭圆进行均值处理,并与隧道设计参数或上次检测结果比对,确定了隧道断面变形; 以轨检小车为载体,集成断面三维激光扫描仪、倾角仪、编码器、测距轮和计算机等设备,研制了盾构隧道断面变形快速检测车,开发了配套的数据采集和处理软件,并进行了工程试验和实际应用。研究结果表明:检测时速为5 km·h-1时,检测车系统隧道内水平和垂直方向直径复测差值绝对值小于2 mm的占比分别为98.41%和96.21%,小于1 mm的占比分别为82.36%和71.92%,系统复测精度为2 mm,多数可达到1 mm,说明环缝识别、噪点剔除、整环收敛变形算法和检测系统具有较高的稳定性和重现性; 检测车可自动采集和处理数据,检测作业后24 h可输出检测分析报告,结果准确可靠,可为盾构隧道结构健康评定和养护提供参考。      

复合地层下泥水盾构管片上浮规律及影响因素分析

针对在盾构隧道施工中经常出现的管片上浮问题,以南昌轨道交通4号线泥水盾构过江隧道为工程依托,通过数理统计方法对泥水盾构穿越不同地层时管片上浮量进行归纳分析,探讨地层参数以及盾构掘进参数对管片上浮的影响规律。研究结果表明:在全断面砂层中掘进,管片上浮量小且上浮值变化稳定;而当进入上软下硬地层和泥质粉砂岩层,管片上浮量急剧变化,尤其是在过江段中风化泥质粉砂岩中掘进,管片上浮量最大。考虑盾构掘进参数单因素影响,随着注浆压力、泥水压力和盾构推力的增大,管片上浮量均会出现增大,而掘进速度的变化对施工期间管片上浮影响较小。在掘进过程中需要结合地层特性对管片上浮影响并且对主要掘进参数进行实时调整,在一定程度上可以实现对管片上浮的有效控制。     

盾构隧道纵向地震响应分析

为了探讨盾构隧道的纵向地震响应特性，采用地层一隧道整体三维有限元模型，对武汉长江越江盾构隧道的地震响应进行了分析，主要研究了合理的盾构隧道力学模型、隧道与地层之间的相互作用以及隧道的振动特性．通过隧道与地层的整体分析，得到了盾构隧道位移和应力的分布及其随时间的变化曲线．计算结果表明：压缩波引起的纵向拉、压应力和剪切波引起的扭曲变形是隧道抗震设计的关键．     

瑞雷面波勘探理论方法的研究及其应用

瑞雷面波法是近几年应用于工程地质勘察中的一种有效勘察方法。文中首先采用频率空间域τ-p变换来提取瑞雷面波,它能有效压制假频和端点效应;其次采用相邻道计算频散曲线,能准确检测局部和小区域异常。使得在工程地质勘察中地质条件差时也能大大提高瞬态瑞雷面波勘探的可行性,并提高了纵、横向分辨率和精度。通过梅龙高速公路某段试验解译与钻探资料的对比分析,说明了本方法的有效性和实用性。     

土压平衡盾构隧道引起的地表沉降规律研究

盾构法作为地铁隧道施工的一种主要施工方法已在我国得到广泛的应用,由施工引起的地层移动和地表沉降是盾构隧道设计和施工中备受关注的问题。以广州地铁3号线某盾构区间隧道为研究对象,运用三维有限差分法对盾构施工过程中影响地面沉降的因素——土舱压力、盾尾注浆压力和地层损失率进行较为系统的研究,可得出结论：影响盾构隧道地表沉降最大的因素为地层损失和注浆压力,增大土舱压力对降低隧道地表沉降的作用非常有限。