机械能无损检测技术在隧道地质超前预报中的应用研究

地震波反射超前预报方法(TSP)是利用人工激发的地震波在不均匀地质体中产生的反射波特性进行超前地质预报的,因其预报距离长而被广泛应用。但从具体应用效果来看,还存在着应用成本高、洞内操作工序繁锁、激发点炮孔破坏衬砌、使用炸药破坏性强且有安全隐患等问题。为了解决常规TSP技术的不足,提出了将机械能无损探测技术运用到隧道地质超前预报中,利用稳定可控安全的机械能量来激发地震波,消除了由于炸药爆炸激发地震波过程中存在的安全隐患。并研究了激发点和接收点位置合理布置方式,使地震反射波在第一时间到达接收孔,从而减少杂波干扰,提高预报准确性。     

机械能激发地震波法隧道地质超前预报的数值模拟研究

地震波法隧道超前地质预报中采用炸药激发地震波不仅工序繁琐、破坏性大,也存在着较大的安全隐患,而且在一些弱围岩地带的应用受到一定的限制。为了从根本上解决这一问题,使得地震波法地质超前预报技术更加简单便捷,趋于完善,采用机械能激发地震波的无损方式代替炸药爆破,并对激发点和接收点布置方式进行了优化和调整,通过有限元波场数值模拟分析发现,用机械能方式激发的地震波纵横波特征明显,遇到不良地质体后反射波能够在第一时间到达检波器,并通过现场试验验证了将这种新的地震波激发方式和激发点、接收点布置方式用于隧道地质超前预报是合理有效的。     

TSP-SK地震反射成像系统在隧道工程超前地质预报中的应用

隧道掌子面前方存在大型断层或富水溶洞时,盲目施工易引发涌水、突泥、崩塌等安全事故,利用超前地质预报手段预判不良地质体的空间分布,可很大程度上降低施工风险。介绍一种新型地震反射成像系统TSP-SK,论述了该预报系统的特点、工作方式及数据处理方法,并通过实际隧道工程预报案例验证了TSP-SK的可靠性。结果表明:当炮孔内炸药水封效果较好时,TSP-SK能采集到初至清晰声波干扰小的高信噪比地震反射数据;反Q滤波最大增益与Q值在15~30区间取值时常可获得较好的反射波拾取效果;TSP-SK预报结果与隧道实际开挖结果较吻合,纵波波速偏低的区域预示岩体质量差,横波速度偏低的区域施工出水的可能性较大。     

公路隧道岩溶构造地质雷达正演与探测实例波形特征对比研究

公路隧道岩溶构造地质预报是地质雷达超前地质预报的重难点,而对岩溶构造的地质雷达反射波形特征识别是预报准确的重中之重。为了准确识别反射波形特征,通过对隧道围岩溶腔中不同填充介质的岩溶构造建立雷达正演模型,模拟研究雷达反射波波形特征。本次模型构建填充情况主要分为空溶腔(空气),充水的溶腔,充泥、砂的溶腔,混合填充的溶腔4类,对应得到其正演反射波形特征为2大类。将模拟结果与探测实例波形特征对比研究,其反射波波形特征作为地质雷达探测预报岩溶构造时可参考的波性特征,定性判别岩溶构造中不同的填充介质情况,以进一步提高预报结果的准确性。     

基于隧道掌子面炮孔钻进的超前地质预报技术研究

钻孔过程中钻具与岩土体进行直接接触,钻具响应信息综合反映了岩土体的力学性质,钻具响应信息中隐藏的大量地质资料,可用于分析、测定岩土体的力学参数和空间分布,是进行地层界面识别和围岩级别划分的重要参考指标。现阶段在岩土工程领域的钻具响应信息并没有被收集,造成了数据资源的极大浪费。为充分利用隧道炮孔钻进中的相关参数信息,采集并建立参数与围岩质量的关系,结合掌子面地质情况,对掌子面前方围岩级别进行预报。依托贵州三独高速开展基于隧道掌子面炮孔钻进的超前地质预报技术研究并得到以下成果。研究证明了岩石的可钻性与钻进速度、振动加速度以及振动频率有直接的关系。在此基础上完成了隧道掌子面炮孔钻进短距离地质预报的理论研究;研发了一套随钻监测设备,应用于气动凿岩机,随钻设备可采集钻机钻进速率、振动加速度的实时数据;将采集到的钻进速率,振动加速度进行分析研究,构建了岩体级别和钻进信息的定量关系;通过在依托工程中的应用,初步建立了基于围岩岩石类型为石英砂岩的不同级别围岩的岩石抗钻系数标准数据库。并与开挖现场的地质报告进行比对,完善了数据库。     

非炸药震源在隧道超前地质预报中的应用及效果分析

随着炸药管制愈发严格,为解决在超前地质预报工作中使用非炸药震源的难题,采用电火花震源与可控冲击震源在宝林隧洞系统地开展超前地质预报震源试验,验证各自适应性,论述各自优劣。电火花震源试验表明:1)电火花震源具有激发稳定、起跳一致性好的优点,有利于超前地质预报数据处理工作;2)电火花震源产生的是弹性形变,对围岩破坏性较小,可在同一激发孔多次激发,利于补炮,能有效保证地震记录质量;3)在通常情况下,40k J电火花震源足以满足地震波法超前地质预报的需求,探测距离可达100m。可控冲击震源试验表明:1)表面撞击类震源应采用横波进行预报;2)作为表面撞击震源,可控冲击震源能量可控,运输便利,能量百倍于锤击;3)在完整、坚硬围岩条件下,可替代炸药,探测距离达100m。     

应用反射波法检测抗滑桩质量

介绍了反射波法检测桩基质量的原理，方法，以及在现场的实际应用结果。     

基于数据驱动的隧道地质信息精细化管理系统研发与应用

针对现阶段隧道超前地质预报系统管理粗放、数据利用率低等问题，结合数据驱动原理重塑业务逻辑，研发新的隧道地质信息系统TGIS。通过高度集成隧道勘察设计阶段地质、施工阶段超前预报地质及掌子面开挖揭示地质，实现基于数据驱动的预报方法优选、临近预报提醒、分级实时预警与有效处置、掌子面自动素描、预报成果辅助判识等功能，达到隧道地质信息精细化管理的目的。经现场使用表明： 基于数据驱动的隧道地质信息精细化管理系统界面友好、运行稳定、效果良好，各项功能达到设计要求，相对于传统超前地质预报系统具有明显的优势，可普遍服务于隧道建设。     

TGP地震预报技术在隧道超前地质预报中数据异常原因分析及处理措施

隧道施工常采用地震反射波法采集地震波数据,受施工进度、地质情况、现场配合、操作人员水平等因素限制,使得很多采集到的数据出现异常。为提高数据采集质量,避免出现异常数据,通过TGP地震预报技术在铁路隧道工程中的应用实践,从触发与装药、电压(流)干扰、耦合不良、隧道管波、岩性变化5方面分析总结异常数据出现的原因,并提出相应的处理措施:1)提高装药质量;2)远离高压电缆及设备;3)保证成孔质量;4)做好注水和堵孔;5)重视基础地质工作。通过采取以上措施,达到准确预报前方地质情况的目的。     

地质超前预报在葵岗隧道施工中的应用

以地质雷达法及地震反射波法在葵岗隧道超前预报中的成功运用为例,介绍采用地质雷达法及地震波反射法进行隧道地质超前预报的原理、方法。     

长大隧道地震响应分析与试验方法新进展

隧道抗震研究是当今地下工程防灾领域重要的研究方向之一。目前在隧道发展建设规模化、结构空间尺度大型化和局部节点构造形式复杂化的新形势下,针对长大隧道抗震研究所面临的纵向抗震设计理论、大规模地震响应分析方法、非一致地震激励效应等科学难题,在分析国内外隧道抗震研究现状的基础上,聚焦基础设施建设的重大需求,系统阐述长大隧道地震响应分析与试验方法新进展。介绍面向长大隧道纵向抗震设计的几种简化分析模型,推导任意动载作用下长大隧道纵向动力响应解析解,退化出行波效应下长大隧道纵向响应的理论解,直观地给出各参数之间相互关联的解析表达,并基于多质点-弹簧-梁模型进一步提出面向长大隧道纵向抗震设计的快速简化分析方法;建立长大隧道-地层大规模地震响应模拟的多尺度动力耦合分析方法,同时获得隧道-地层的整体宏观响应与隧道各组件细观动态演化,且不需要任何附加过滤和阻尼即可有效消除宏-细观多尺度界面的高频波虚假反射;提出长大隧道多点非一致激励振动台模型试验方法,推导模拟基岩面多个离散输入与连续输入的关联性,研制节段型模型箱及其联动装置,构建振动台阵多个独立台面分区多点输入的非一致激励隧道地震试验平台。以港珠澳大桥沉管隧道等实际重大工程为应用案例,阐述所建立长大隧道非一致地震响应分析原理和试验方法的适用性。最后介绍隧道关键节点的减震控制方法。研究结果在一定程度上反映了目前长大隧道纵向抗震设计和分析的发展水平,同时也为今后抗震工作的研究重点指明了方向。     

基于高分辨率地震反射波法的公路下伏采空区勘查

采用高分辨率地震反射波法对十大高速公路窑沟采空区进行勘查,在地震勘查测线总计解释煤层采空段7处。勘查结果表明,在采空区调查中采用高分辨率地震散射波法地震勘查的技术是可行且有效的。在地震勘查数据采集中,选择了S―Land全数字化地震数据采集系统和机械冲击震源的实际应用效果表明,在黄土塬沟壑地区采用非爆炸震源进行地震勘查是可行的,这为该区采用地震勘查进行采空区调查积累了经验。     

跨断层地震动及其对桥梁结构影响研究进展

与常规地震动激励的情况相比，跨断层地震动作用下桥梁结构具有更复杂的动力响应、更大的地震需求以及更严重的地震损伤。伴随着川藏铁路等超级基础工程的开工建设，越来越多的桥梁具有跨越潜在断层的风险，相关研究亟待开展。从跨断层桥梁震害出发，首先阐述了近/跨断层地震动的基本特性并介绍了相关模拟方法，然后综述了跨断层桥梁抗震分析理论、数值模拟和模型试验等研究的相关进展，进而归纳了考虑跨断层地震动作用的应对策略。结果表明：现有的跨断层地震动模拟方法合理可行，但存在一定的应用条件和改进空间；跨断层桥梁研究对象大多为中小跨径梁桥，其地震响应和损伤破坏模式受断层类型、跨越位置、跨越角度、永久位移等多因素影响；针对跨断层桥梁的减隔震和防落梁限位措施等技术得到初步发展。最后展望了未来跨断层桥梁抗震研究的发展方向，主要包括：发展更为精确、高效的跨断层地震动模拟技术；开展大跨径桥梁的跨断层振动台台阵试验及倒塌数值模拟研究；突破跨断层桥梁振动台台阵试验技术瓶颈；明确跨断层地震动参数对不同类型桥梁结构地震损伤机理的影响规律；进一步发展相应的减隔震技术、防落梁措施以及韧性防控技术，并进行试验验证等。     

基于Newmark滑块位移法的堆积体边坡稳定性分析

针对堆积体边坡稳定问题,基于摩擦滑移结构的抗震机理,在动力时程响应分析时考虑土体抗剪强度在地震过程中的波动效应,在动强度的基础上将拟静力极限平衡分析与地震动力反应相结合,进而利用Newmark滑块位移法得到位移增量和累计滑动位移。计算结果表明,塑性滑动在滑动方向上的累计滑移量更符合实际工程。并根据地震Newmark位移与临界加速度两者之间存在较好的相关性,判别地震滑坡的危险度。     

钢管混凝土拱桥的三维弹塑性地震反应理论分析

为了对钢管混凝土拱桥的抗震性能进行更加深入的了解,提出基于“统一理论”的钢管混凝土拱桥弹塑性地震响应分析方法。首先利用钢管混凝土构件“统一理论”双线性力-变形关系,运用集中塑性铰模型,建立了钢管混凝土构件梁柱单元,在此基础上开发一钢管混凝土拱桥弹塑性地震响应分析程序。使用DRAIN-2D和笔者开发的程序共同对一单拱模型进行计算,验证了程序的正确性。     

桥梁抗震智能与韧性的发展

随着科学技术的飞速发展，各种新技术相互融合，改变着人们的生活，社会呈现出人口、建筑以及财富的高密度特征，人们对灾患的预警、应灾、灾后复原、恢复和重建能力有着更高、更全面的要求，桥梁抗震也向着对各种实际需求具有高质量、高性能适应性的智能性方向发展。为进一步深化可持续发展，当前结构抗震已经从基于生命安全的结构抗震减震转向震后结构功能可恢复与快速修复，这对桥梁抗震的韧性提出了要求。为此，首先介绍了桥梁抗震中智能和韧性的含义，指出其是桥梁抗震研究的2个主要关注点，阐明了智能和韧性之间的相互关联、相互补充关系。而后从近断层地震荷载、桥梁减震体系设计、桥梁装置的设计、可恢复结构和预制装配技术以及桥梁路网系统等方面，基于智能和韧性的视角，总结了研究人员为提升桥梁防震能力所做的努力。并基于现有的工作基础，从抗震体系或装置的多功能与高性能化、监测技术的高效发展以及韧性评价体系的完善方面，阐述了进一步推进抗震智能与韧性应该做的工作。最后，结合当前“互联网+”与“人工智能”等技术在社会各领域中表现出来的引领作用，对未来在设计、运营、震后维修等阶段如何方便、快捷、高效地保证桥梁抗震智能和韧性进行了展望和构想。     

马鞍山三塔悬索桥抗震性能研究

以马鞍山三塔悬索桥的工程设计为背景,根据大桥结构的重要性确定了桥梁在两种概率水平的地震作用下的设防标准,并提出了相应的性能目标.根据桥址处地震危险性分析研究报告所给定的地震动数据对大桥进行反应谱分析和非线性动力时程分析,研究该桥的动力特性和地震反应特点,根据分析结果研究确定优化桥梁的抗震性能措施.经过计算分析比较得出,通过加设合理的液压阻尼装置可以减小结构在地震作用下的结构响应,提高全桥结构的能力需求比,增强了该桥的抗震性能水平,有利于桥梁结构在地震中的安全.     

基于监测数据的斜拉桥地震事件安全评估

震荷载是大跨径斜拉桥的重要控制因素,在地震事件后需要快速评估,以确定损伤情况并给出需检查的薄弱环节。介绍了一种基于监测数据的斜拉桥地震事件安全评估策略。首先,对比监测到的和设计采用的地震加速度谱,初步确定地震的严重程度;然后,根据已建立的基准有限元模型,以监测地震荷载为输入进行时程有限元分析;最后通过比较理论和实际监测的结构响应,确认结构的震后性能。     

基于PXA-S30的ABS轮速信号采集技术的研究

介绍了PHILIPS十六位单片机PXA-S30的可编程计数器阵列(PCA)的功能和结构以及在ABS轮速信号采集中的应用,并给出了用C语言设计的中断采集程序。     

某波形钢腹板组合箱梁桥的抗震性能研究

为了探究波形钢腹板组合箱梁桥的抗震性能,为类似工程的抗震设计提供技术支持,以某组合梁桥为例,首先介绍了时程分析方法的理论,然后利用Midas Civil有限元软件,对该组合梁桥在不同方向地震波影响下的位移和内力情况进行了数值模拟研究。成果表明:Nemark法的实质是对线性加速度法的修正和改进,该方法对结构力学模型进行了合理的简化,在基于有限元的桥梁结构抗震性能分析中能得到良好的应用效果;水平向地震波对波形钢腹板组合箱梁的影响最大,以桥墩墩底和中跨跨中位置的影响最为严重。