跨孔雷达层析成像法在孤石探测中的数值模拟研究

地铁隧道施工过程中时常会遇到孤石,严重影响了地铁隧道的盾构掘进,导致耽误施工工期,造成巨大的经济损失。跨孔测量是钻孔雷达的一种测量方式,即在两个钻孔中分别放入发射天线和接收天线进行探测。本文主要通过研究钻孔雷达层析成像法,并对孤石模型进行数值模拟,应用ART算法和SIRT算法实现钻孔雷达跨孔探测方式的雷达波速度层析成像,建立跨孔雷达层析成像软件系统,结果表明,两种算法的成像结果局部都有不同程度的伪像存在,而且异常的范围比真实模型均稍大,但是成像结果能反映异常体的位置和规模。     

不同埋深铁路路基隐伏岩溶病害的地质雷达检测方法

针对铁路路基存在的隐伏岩溶病害问题,采用车载地质雷达检测技术进行模拟试验研究。论述和分析地质雷达工作原理,通过选择不同频率天线,对不同埋深隐伏岩溶典型病害的雷达图像进行数值模拟,对比分析不同频率天线对不同深度隐伏岩溶病害的探测效果,提出不同埋深病害的最佳检测方法。经现场试验验证,采用车载地质雷达检测系统配置方案可取得良好检测效果。     

高墩大跨及地质条件复杂特大桥物探模式

研究目的:以大(理)瑞(丽)线怒江特大桥和丽(江)香(格里拉)线金沙江特大桥为例,对高墩、大跨且地质条件特别复杂的特大桥综合物探模式进行研究,在兼顾勘探深度和勘探费用的原则下,达到提高探测精度的目的。研究结论:高墩、大跨且地质条件特别复杂的特大桥综合物探模式为:(1)分宏观、中等和较细三个层次的精度进行探测;(2)选择的物探方法为音频大地电磁法(CSAMT或AMT)、浅层地震反射波法、直流电测深法(或高密度电法)、跨孔弹性波层析成像(CT)法、跨孔电磁波层析成像(CT)法及单孔测井法;(3)工作重点放在定测(补定测)阶段、推荐方案的主墩位置。     

隧道质量无损检测的地质雷达技术

<正>1工作原理地质雷达(GPR)是利用超高频窄脉冲(106～109Hz)电磁波在介质中传播规律的一种无损检测设备,能使用户快速获得相关探测区域的详细信息。地质雷达系统采集数据时,天线发射端向测量表面以下发送球面波形式传播的电磁波。同时,天线接收端接收不同电介质特性的     

铁路隧道物探模式探讨

研究目的:针对高速铁路大规模建设,隧道长度和数量激增的情况,隧道地质勘探,特别是物探工作量大,技术难度大、方法多,费用高,对铁路隧道物探模式进行研究,在兼顾勘探费用的原则下,达到保证探测精度的目的.研究结论:(1)勘察设计阶段:以音频大地电磁法为主进行大于40 m深度的地面探测;选择对应的物探方法及其组合进行小于40m深度的地面探测;以多次覆盖地震反射波法为主进行水底(海底)隧道探测.(2)施工阶段:以直流电测深法为主进行隧底普查;采用跨孔弹性波层析成像(CT)法对煤窑采空区分布密集地段进行详查;采用跨孔电磁波层析成像(CT)法对岩溶特别发育地段进行详查;以TSP法为主进行隧道掌子面前方超前地质预报;以地质雷法为主进行隧道衬砌质量检测.     

基于横波的三维超前地质预报方法及应用

研究目的:针对现阶段隧道地震反射波法超前地质预报多以二维预报为主、准确率不高的问题,提出一种有效的三维地震反射波超前地质预报观测方式,在此基础上进行数据处理与成像的成套技术研究,通过数值模拟和物理实验对其进行可行性与可靠性验证,使其能有效地应用于隧道超前地质预报生产项目中。研究结论:(1)从弹性波基本理论出发,采用锤击震源,提出了基于横波的三维地震波超前地质预报观测系统,其相较于传统采用纵波预报的方法,分辨率更高,对水体更敏感;(2)实现了基于Kirchhoff积分的偏移成像方法,其利用能量叠加准则进行三维速度扫描,并采用快速行进法进行走时计算,不受观测系统的限制,计算效率高,不需要很精确的速度模型也能得到较精确的偏移成像结果;(3)实现了隧道三维地震波场有限差分数值模拟,并且建立不同倾角岩性分界面、不同厚度断层及不同直径溶洞等典型不良地质模型,分析并总结其三维成像特征;(4)通过物理模型以及应用案例验证,本文所述方法具有可行性与可靠性,可在隧道超前地质预报中推广应用。     

地质雷达在路基岩溶检测中的应用

公路路基下岩溶发育诱发的地质灾害对于公路工程的安全运行是重大灾害之一。首先介绍地质雷达检测原理,然后结合高速公路项目典型工程实例,再介绍地层岩性、雷达检测程序和方法等,利用地质雷达开展公路路基岩溶开挖回填和钻孔注浆后充填效果的检测研究,对所测地质雷达图像进行分析解释,从而为溶洞处治效果检测提供了重要的参考依据。     

高速铁路新建隧道衬砌质量检测车的研制与应用

根据我国高速铁路新建隧道建设期的检测需求和特点,提出检测车的主要技术指标和关键技术问题。该车采用轮胎式走行车辆平台,作业速度3～10 km/h,非作业运行最高速度80 km/h,兼具衬砌内部、隧底结构检测与衬砌裂缝识别功能,可同时对拱墙3条测线、仰拱2条测线进行检测。基于机器人自动追踪技术和地质雷达检测技术,雷达天线与衬砌表面距离可保持在(100±20)mm,确保隧道衬砌质量检测数据的连续性和准确性。轮胎式隧道检测车已在新建高速铁路隧道中得到应用,效果良好。     

高速铁路EMC线天线在低频段近场耦合的研究

天线系数是辐射类的电磁骚扰发射(EMI)检测中主要不确定度来源之一,如果天线没有被准确地校准,会影响到后续所有的测试过程。对于天线校准的方法,至今仍然有一些问题尚未很好地解决,譬如未考虑近场耦合问题以及平衡不平衡转换器(balun)对天线系数测量结果的影响等等。尤其是在低频(30M～180MHz)的情况下,近场耦合的影响相当明显,给测量带来很大的误差。针对这些问题,首先描述了一种能计算已知balun结构和近场耦合的数值仿真方法,然后利用该方法分析了不同的balun结构对EMC线天线的影响,并根据特定的balun结构对近场耦合进行了量值分析,最后重点针对常规EMC测试情况,根据特定的balun结构计算出了近场耦合系数,并且在一个实际的测试场地上尽可能地验证了数值计算的结果。     

强富水地层隧道含水构造精细预报技术研究

锦屏水电站引水隧道群施工中面临高压大流量地下水,富水地段占隧道全长约40%,主要采取表面雷达、钻孔雷达及地震波CT 3种方法综合对地下水进行预报,在引入钻孔雷达后,预报隧道掌子面前方含水构造比一般物探方法要准确且直接得多。引水隧洞群工程自开工到全部洞室贯通4 a间,经过多次突涌水的考验,从典型断面突涌水实例可以看出:钻孔雷达与地震CT法相结合能够精细预报地下含水构造和岩溶分布范围,有效探测掌子面前方的不连续体,判断含水、破碎带情况,预报准确性高,效果良好。同时要重视地质分析,结合预报图件、地质资料、水文资料以及掌子面地质描述,开展综合细致的解译工作,才能更好地为地下水导排及安全预警提供设计依据。     

用雷达干涉测量与雷达立体测量生产数字高程模型的试验

雷达干涉测量 (InSAR)和雷达立体测量 (Radargrammetry)是正处于发展中的两种主动遥感新技术。前者利用反射雷达波 (微波 )的相位信息 ,而后者利用其强度 (灰度 )信息。二者的基本工作原理虽存在本质区别 ,但均可基于雷达像对生成大范围的数字高程模型。本文介绍雷达干涉测量和雷达立体测量的基本原理和数字高程模型生产方法。以台湾和香港局部地区为试验区 ,展示利用它们生成数字高程模型的研究实例 ,并分析他们各自的技术优势和应用局限性 ,旨在引起铁路线路勘测设计工作者对这些新技术发展的关注。     

某高速公路多级边坡稳定性分析

以某高速公路多级边坡为例,分析多级边坡稳定性问题。采用工程物探与数值模拟相结合的方法进行分析,利用地质雷达物探手段得到边坡内部岩体破碎程度,通过物探结果结合数值反演分析得到边坡极限平衡法计算参数,由数值模拟方法计算边坡的稳定性与地质雷达物探结果进行对比。分析结果表明:根据地质雷达探测结果,四、五、六级台阶的破碎岩体范围不小于15 m埋深,根据数值反演分析可知边坡二级及其以上台阶稳定性较差,数值模拟与物探结果相符;采用25 mm的螺纹钢筋锚杆进行边坡支护可以较好地约束坡体的塑性应变和位移。     

地铁车站环控系统设计中气流组织方案的数值模拟

针对地铁车站环境控制系统设计中常用的几种典型气流组织方案,使用计算流体力学(CFD)的方法,采用重正化群双方程紊流模型,对待建地铁车站及其隧道内的温度场和气流速度场进行三维数值模拟,得到各种方案下的温度和气流速度分布。通过分析和比较,认为屏蔽门方案能够得到最优的站台候车环境,但会使隧道内的温度有较大的升高,且投资较大;在投资较小的3种方案中,混合回/排风方案的效果最佳,对该方案造成的站台上气流速度分布不均匀的情况提出了相应的改善措施,并对数值模拟方法在地铁车站环控系统设计中的应用进行了探讨。     

铁路隧道衬砌地质雷达检测影响因素试验研究

通过隧道实尺模型试验和现场试验,研究采用地质雷达非接触式检测隧道衬砌状态时天线类型、天线频率、天线离开衬砌的距离、检测速度等对检测结果的影响。研究结果表明:地质雷达检测衬砌厚度、空洞、回填不密实等具有分辨率高、经济、快速的优点;普通屏蔽天线可以用于非接触式检测衬砌,但离开衬砌表面的距离以不大于20 cm为宜;当天线距离检测目标表面距离超过30 cm时,使用空耦天线检测效果更理想;在扫描速率足够高的前提下,在一定速度范围之内,检测速度不会影响检测结果,但随着检测速度的增加,雷达图的清晰度有所下降,干扰信号有所增加;采用高频和中低频天线组合方式可以达到最佳检测效果,高频天线利于衬砌内钢筋和浅层部位的检测,中低频天线利于深部围岩的检测。     

隧道开挖数值模拟的围岩边界取值范围研究

研究目的:隧道数值模拟的应用已相当广泛,在数值建模过程中,如何从实际问题中提取出合理的边界范围,平衡计算精度和占用内存之间关系,选取较佳的结合点,是数值建模中重要的部分。文章结合某隧道的工程实际,从数值模拟分析的角度,分两倍洞跨、三倍洞跨、五倍洞跨和八倍洞跨四种围岩边界范围进行了数值模拟。通过比较其第一主应力、位移和塑性区等结果,提出一般情况下隧道围岩模型的边界范围取值。研究结论:不同边界范围对隧道其周围的应力场和位移场的分布影响不大;一般情况下,取3倍洞距边界范围对隧道进行数值模拟和结构设计,其分析结果和结构设计方案较为安全。     

井间地震层析成像在铁道勘察中的应用研究

岩溶对铁路桥梁、路基建设影响较大,在铁路勘察中必须将岩溶规模、边界探测准确。可以利用井间地震层析成像进行两孔间的岩溶勘察,即通过两个钻孔之间进行地震层析成像测试,得到孔间岩体弹性波速度情况,圈定溶洞的位置、规模、埋深。通过与声波测井及钻探资料的对比,确定井间地震层析成像反演结果是准确、可靠的。     

青岛地铁某地下车站结构抗震数值模拟计算分析

为了研究地铁地下车站在地震荷载作用下的受力情况,以青岛地铁某明挖地下车站为例,通过静力法和时程分析法分别建立二维数值模型,对明挖地下车站标准断面的受力进行结构抗震性能模拟分析;对车站大里程端节点结构建立三维数值模型,进行结构抗震性能模拟分析。车站标准断面二维模拟计算结果表明,时程分析法与静力法2种计算方法得到的内力计算结果比较接近,顶板跨中、底板支座、底板跨中、侧墙支座、侧墙跨中均受静力法计算结果控制,顶板支座、中板支座、中板跨中受时程分析法控制,对比基本荷载组合、准永久荷载组合的内力及相应的配筋计算,地震荷载组合对车站结构各构件承载力并不起控制作用;大里程端节点结构三维模拟分析结果表明,车站结构各构件满足抗震设计要求。     

高速铁路路基工程岩溶注浆效果无损检测评估方法研究

以京沪高速铁路山东段岩溶区路基处理为依托,研究探地雷达无损检测技术应用和判识指标特征。通过理论分析和测试,研究确定试验段岩溶化岩体和覆盖土层探地雷达测试需求参数;确定针对具体试验点雷达频率选取。应用有限元数值分析方法,研究典型溶洞和地层特征。选择典型岩溶进行现场模拟注浆试验,研究注浆前后典型岩溶雷达图像特征。在高速铁路注浆施工现场选择典型地段,结合钻孔勘查,分别应用不同频率雷达,以测线和测网方式,进行岩溶注浆效果雷达图像判识试验。综合试验和分析结果,给出岩溶注浆效果探地雷达无损检测判识特征指标表。     

铁路隧道整体式衬砌地质雷达检测模拟试验研究

根据我国铁路隧道模筑混凝土整体式衬砌结构,足尺寸施做整体式衬砌试件模型,并设置衬砌背后空洞、回填不密实等典型工况,进行地质雷达检测模拟试验。试验结果表明:地质雷达扫描图能反映各种预先设置的衬砌背后空洞、回填不密实等衬砌异常情况;并出现强反射区、同相轴连续等典型特征;衬砌及衬砌背后回填不密实厚度在准确测定各介质层相对介电常数条件下,能够进行定量分析,检测精度可达±4cm;衬砌背后空洞厚度则可通过其与反射波振幅比的线性关系计算。模拟试验结果可为实际工程地质雷达检测结果定性、定量解释提供参考。     

考虑边界约束的钢筋混凝土锈胀开裂模拟

大多数混凝土锈胀开裂数值分析仅限于对钢筋周围核心部位混凝土进行模拟。但核心混凝土处于周边混凝土的包裹之中,所以边界受到周边混凝土的约束。由于计算机内存不足而无法用格构式模型对全结构进行数值模拟,本文将运用ANSYS有限元分析软件及MTALAB数值模拟软件,提出一种组合模型分析方法,将格构式模型(核心混凝土)与双线性四边形单元模型(周围混凝土)进行耦合,实现两种模型之间力的传递,模拟了钢筋混凝土在边界约束下的锈胀开裂,做到更准确的模拟。