地质雷达在岩溶地区公路隧道超前探测中的研究与应用

在隧道施工中会遇到许多复杂的地质条件,因此需要在隧道开挖前了解掌子面前方围岩的地质状况,以备在开挖过程中做好相应的防范措施。文章介绍了目前公路隧道中常用的超前地质预报方法——地质雷达法(GPR),并采用时域有限差分法对一些常见的地质灾害模型进行数值模拟,从而了解其电磁响应特征,同时结合工程实例,进一步研究地质雷达在工程中的应用效果,为地质雷达在实践中的应用提供参考。     

基于GprMax的道路空洞探地雷达正演模拟

三维探地雷达作为一种新兴检测技术,具有快速、高效、无损检测等特点,广泛应用于道路病害体检测中。为快速掌握道路内部空洞在探地雷达下的电磁响应特征,给准确查明道路的空洞检测提供技术指导,本文使用基于时域有限差分方法原理的GprMax软件,针对不同形状、不同大小及不同填充物的空洞进行正演模拟。通过正演模拟结果,得到不同类型的雷达数据体,并分析不同类型空洞病害的雷达波场响应特征。     

隧道底部不良地质体的地质雷达探测数值模拟及应用

地质雷达在探明隧道底部不良地质体情况时有着重要作用,掌握隧道底部各种不良地质体在地质雷达图像上的响应特征是有效实施探测的基础。文章通过建立隧道底部复杂地质地电模型,利用时域有限差分法(FDTD)进行了数值模拟,对隧道底部存在岩溶、断层、破碎带等不同地质情况下的地质雷达图像响应特征进行了分析,为隧道底部地质雷达探测图像的精确解释提供了依据;结合某客运专线隧道底部岩溶及破碎带探测地质雷达实例,证明了地质雷达在探测隧道底部不良地质体中应用的准确性。     

基于支持向量机的隧道衬砌空洞机器识别方法

探地雷达是检测隧道衬砌空洞最为有效的方法之一,但检测数据的解析始终是限制其广泛应用的关键。基于支持向量机的基本理论,文章建立了一套隧道衬砌空洞探地雷达图像的机器识别方法,该方法包括图像预处理、特征提取和支持向量机识别三个步骤。首先,探地雷达图像需经过零时修正、滤波、偏移、增益等预处理以提高信噪比;其次,对图像的时域信号进行分段,在分段信号上提取方差、标准绝对偏差和四阶矩三个统计量作为图像特征;最后,利用已知数据对支持向量机模型进行训练,并用数值模拟和模型试验数据对训练好的支持向量机模型进行测试。结果表明,该方法不仅能够准确识别隧道衬砌和围岩内的空洞,还可以对空洞埋深及横向分布范围做出较准确的判断。     

基于SVM的隧道衬砌空洞填充物雷达图像识别研究北大核心CSCD

衬砌背后空洞及其填充物对隧道结构安全具有重要影响,开展空洞探测识别对于结构安全评估和病害处置具有重要意义。首先采用室内试验和FDTD正演模拟相结合的方法,获得了空洞内填充空气、水、干砂、湿砂条件下的雷达图谱数据,并对不同填充物波形规律进行对比分析;然后,基于支持向量机算法对波形特征进行提取和分类识别,建立了一种空洞填充物的人工智能辨识方法。研究结果表明,采用傅里叶变换前的平均值、方差、平均绝对离差和傅里叶变换后的最大幅度值max(fft(X))四个统计量作为支持向量机的识别特征,可以有效区分出衬砌背后填充物的六种类型;当采取单一倾向数据时,识别准确率较好,六种物质二分类问题准确率均可以达到90%以上。     

衬砌空洞对隧道结构安全性的影响规律研究

为了研究衬砌空洞对隧道结构安全性的影响,文章基于FLAC 3D有限差分软件,建立六种不同工况下的隧道衬砌空洞数值模型(无空洞和衬砌空洞位置分别为拱顶、拱肩、边墙、拱脚和底板),并通过对比不同位置衬砌空洞下隧道模型的变形位移、应力分布特征、最大主应力和最小主应力数值特点,得到了空洞位置对隧道衬砌结构变形和受力的影响规律。     

典型不良地质体地质雷达探测正演试验研究

地质雷达(GPR)作为一种常规探测方法已经被广泛应用在隧道超前地质预报中。由于隧道空间狭小,受洞内施工器具及探测结果多解性的影响,准确预报隧道不良地质体具有的一定的复杂性和难度。基于此,文章利用二维时域有限差分法正演模拟隧道典型不良地质体地质雷达剖面记录,分析了隧道空间不良地质体雷达剖面特征,获取了实测雷达资料解译的理论依据。通过在安江高速公路3座岩溶隧道施工中进行大量地质雷达探测现场试验,并结合施工现场掌子面地质素描资料,成功预报了含水溶洞、空腔溶洞、溶蚀破碎带等不良地质体。该研究提高了地质雷达法在隧道空间内探测不良地质体的精度,为隧道工程施工提供了安全保证。     

基于数值分析的隧道衬砌病害检测技术研究

在高速公路隧道质量控制中,隧道衬砌质量常常因其隐蔽性,而难以做到直观有效的检测。现阶段,关于隧道衬砌质量检测技术的研究主要集中在地质雷达探测、声波探测、回弹检测等无损检测方法的应用方面,而关于检测中发现的衬砌质量缺陷对结构稳定性影响方面的研究较少。文章依托工程实践,通过地质雷达探测的病害分布信息,采用MIDAS GTS NX有限元数值模拟手段,建立荷载-结构法的二维平面模型,研究不同脱空位置对衬砌结构受力的影响,发现隧道衬砌结构受力对拱腰部位的衬砌脱空最敏感,当脱空尺寸达0.2m(高)×1m(长)时,衬砌结构最大von Mises应力位置发生变化,应力增幅达58%,从而为有效指导工程实践提供了数据支撑。通过探索雷达检测与数值分析相结合的手段在公路隧道衬砌质量检测中的应用,可为类似检测工程提供参考借鉴。     

GPR无损检测在隧道仰拱中的应用探讨

在概述GPR探地雷达无损检测技术优势及应用历程的基础上,以某病害隧道工程为例,对400MHz天线探地雷达在该病害隧道仰拱密实度、内部缺陷规模大小等方面的检测应用进行分析探讨,无损检测结果和同时进行的钻孔验证结果完全吻合.结果表明,GPR探地雷达无损检测技术检测过程快速简便、直观高效、抗干扰性强、分辨率高、可实现对待检测对向的实时连续检测,在隧道仰拱、初支、衬砌等混凝土结构检测中具有推广应用价值.     

隧道超前预报中不同性质充填溶洞地质雷达正演实验研究

隧道掘进过程中常遇到溶洞等不良地质体,根据溶洞填充物不同,将其划分为空气溶洞、充水溶洞、淤泥溶洞和干砂溶洞。文章基于时域有限差分法(FDTD)原理,对这些常见岩溶病害进行了正演模拟,并结合工程实例验证了理论模拟的效果。结果表明:溶洞雷达正演图像基本特征是一条双曲线同相轴。通过分析双曲线同相轴的运动学和动力学特征,可以推测出溶洞的几何位置,以及定性判断溶洞填充物的类型,且理论模拟效果与实测隧道剖面吻合良好。     

基于全景展开图像的隧道衬砌渗漏水数字化识别方法研究

文章通过隧道衬砌展开影像生成器软件对隧道衬砌渗水区域采集影像进行特征点提取、图像匹配、模型识别、图像展开与拼接处理,得到隧道衬砌的全景展开图像。利用图像分割与处理技术,对全景图像采用灰度图像转换、阀值选取、二值图像开闭运算等原理实现对图像渗水区域信息的识别与修正,并基于贵州某运营公路隧道衬砌渗漏水实例,经过若干算法程序提取出该隧道渗水病害的位置、面积及病害长度等特征信息,建立了一套隧道衬砌渗漏水病害的数字化识别系统,可为隧道衬砌渗漏水检测提供一种便捷、高效、全面的综合检测手段。     

公路隧道衬砌混凝土厚度及密实性试验研究

文章根据公路隧道初期支护的情况,制作了足尺寸的衬砌模型,并在模型中设置了模拟隧道初期支护背后空洞、回填不密实等典型缺陷工况,采用地质雷达进行检测试验。试验结果显示采用不同频率的雷达天线时,异常体的测试分析结果有较明显的差异,表现出了各自的优缺点;同时结合相对介电常数标定、时长参数设定、距离归一化、脉冲响应滤波及天线的选择使用方面提出了相应的处理建议,可供使用地质雷达法检测隧道初期支护的工程技术人员参考。     

铁路隧道衬砌台车拱顶带模及时注浆工艺研究

文章简述了拱顶脱空、空洞等缺陷的常规处理方法以及如何预防拱顶脱空、空洞的方法,重点研究了衬砌台车拱顶预埋RPC管与带模及时注浆工艺。通过雷达扫描检测验证,该工艺有效地解决了拱顶脱空、空洞、混凝土不密实等缺陷,提高了注浆材料与衬砌的整体性,确保结构更加安全。     

流变荷载作用下公路隧道二次衬砌开裂特征研究

针对流变荷载作用下公路隧道二次衬砌裂损情况随运营年限增加不断显现的问题,文章基于离散元-有限差分耦合计算方法,对流变荷载作用下二次衬砌的裂损过程进行分析,并探讨了地应力场及衬砌背后空洞对二次衬砌破坏特征的影响。结果表明:(1)地应力场对二次衬砌的破坏形态有较大影响,当λ=0.5时,裂损主要发生在拱顶与拱底区域;当λ=1或2时,裂损主要发生在左右拱腰区域;(2)当拱顶存在空洞时,衬砌裂损过程及最终破坏形态与无空洞情况存在差异;当拱肩存在空洞时,衬砌裂损过程及最终破坏形态与无空洞情况相似;当拱腰存在空洞时,衬砌裂损过程与无空洞情况不同,但其最终破坏形态与无空洞情况相似;(3)当拱顶及拱肩存在空洞时,衬砌裂损过程及最终破坏形态与仅拱顶存在空洞情况相似;当拱肩与拱腰或拱顶与拱腰存在空洞时,衬砌裂损过程及最终破坏形态与单一空洞情况存在差异;(4)不同空洞数量及空洞组合情况下,空洞附近处的混凝土均出现开裂。     

西南水电工程水工隧洞涌突水问题分析

水电是缓解当前能源危机和环境污染的关键技术。作为水电工程的重要建筑物,水工隧洞的安全施工和运营是关键。西南地区地质条件复杂,隧洞穿越不良地层易引发涌突水,威胁人民生命财产安全。文章基于大量既有资料和文献,分析了西南水电工程水工隧洞涌突水问题,得出的结论为:(1)水工隧洞主要类型有枢纽区隧洞群型和傍河长距离型;(2)基于水文地质结构,枢纽区隧洞群型主要发生有裂隙涌突水,傍河长距离型主要发生有裂隙涌突水、复杂构造破碎带涌突水和岩溶涌突水;(3)发生涌突水隧洞的围岩常表现为裂隙和构造发育、可溶岩分布广等特征;(4)为了水工隧洞的安全、经济和生态,需系统分析地下水特征,优化裂隙、岩溶系统探测,开发涌突水定量化数学、数值模型,组建专家决策团体,编写具体、完整、针对性和科学性的规程,并提出治理措施。     

衬砌弹性模量对圆形隧洞动力响应的影响研究

基于Biot理论,分析研究了衬砌与饱和土体弹性模量之比的变化对衬砌隧洞动力响应的影响.假定隧洞衬砌为弹性体,土体为饱和多孔介质,结合边界条件及连续条件,通过傅立叶变换得到频率-波数域中衬砌和土体的应力、位移和孔隙水压力等动力响应解答,最后用傅立叶积分逆变换得到时-空域中圆形衬砌隧洞在移动环形荷载作用下的动力响应的数值解...     

大伙房输水隧洞混凝土衬砌层的地震响应分析

文章结合大伙房输水隧洞二期工程,考虑围岩与衬砌层、水体与衬砌层的相互作用,采用现代岩体力学模型,对其进行模态分析和时程分析,分析了混凝土衬砌层的动力特性和地震响应,探讨了埋深、衬砌厚度、围岩弹性模量和水体等因素对混凝土衬砌层地震响应的影响;并指出衬砌层的环向应力是地震破坏作用的主导,埋深和围岩弹性模量是影响衬砌层地震性能的重要因素,衬砌厚度和水体的影响较小。     

衬砌缺陷防治技术在运营铁路隧道中的应用研究

运营铁路隧道存在拱顶空洞、衬砌开裂掉块、渗漏水等缺陷,危及列车运行安全。基于此,文章从理论及破坏模型方面分析了衬砌空洞的破坏方式,对常规衬砌缺陷整治方法的优缺点进行了分析。针对已运营的某铁路隧道衬砌缺陷,提出采用衬砌缺陷成套技术中的带模注浆防治技术进行加固和修复。应用效果表明,经过注浆修复后的衬砌整体性良好,治理效果显著,具有节省工期、提高工效、不返修等特点。     

流变荷载作用下隧道二次衬砌损伤行为研究

软弱围岩的流变效应容易导致隧道二次衬砌开裂,影响结构的安全性和耐久性。因此,文章以广甘高速杜家山隧道为例,建立考虑Weibull损伤分布的混凝土数值计算模型,对流变荷载作用下二次衬砌的损伤演化行为进行了研究。结果表明:(1)若二次衬砌与围岩接触良好,衬砌损伤区域在侧压力系数λ为0.5,1,2时,分别分布在拱腰、拱脚以及拱顶与拱底附近;(2)空洞对衬砌损伤区域及其出现顺序都有较大影响,即损伤首先在空洞附近的混凝土中产生,且该位置处的混凝土均会产生较为严重的损伤;(3)地应力对存在空洞的二次衬砌损伤模式的影响可以分为两种,即影响损伤位置出现的先后顺序,但不影响结构最终损伤形态,或既影响损伤的出现顺序,又影响结构的最终损伤形态。     

近场地震动作用下背后空洞圆形隧洞的动力损伤特性试验研究

文章考虑近场地震动作用,对背后存在空洞的圆形隧洞进行了振动台模型试验,对比分析了地基场域加速度反应、土—结构接触动土压力、隧洞结构加速度反应及其动应变规律,并基于损伤模型研究了近场地震动作用对隧洞结构的动力损伤行为。研究结果表明:1)地震波加载过程中,圆形隧洞不同位置横截面处的加速度反应存在少许差别,隧洞结构的存在会对两侧地基土峰值加速度产生影响,但频谱特性变化并不明显;2)当输入近场地震动强度较小时,结构顶部空洞横截面的平均峰值加速度较小、平均动应变反应较大,而结构顶部密实状态横截面的平均峰值加速度较大、平均动应变反应较小;3)若采用应变损伤模型衡量结构的破坏程度,在衬砌背后存在空洞的横截面顶部±30°附近圆形隧洞损伤程度最大,这与已有的圆形隧洞震害现象吻合。