基于分布式光纖應變傳感技術的隧道沉降監(jiān)測研究
發(fā)布時間：2021-08-15 21:58
隧道沉降是評估隧道結構安全性和穩(wěn)定性的重要指標,通過分布式光纖監(jiān)測技術,可以獲得被測部位的應變分布情況,但不能直觀地反映出隧道各個部位的沉降量大小。提出了基于分布式光纖應變的隧道沉降反演模型,將光纖應變曲線和隧道沉降曲線聯(lián)系起來,并通過理論推導、數(shù)值模擬、室內(nèi)試驗,驗證了模型的可行性。通過北京軌道交通新機場線07標暗挖區(qū)間分布式光纖監(jiān)測項目,對隧道臨時支護的破除階段進行了監(jiān)測,獲得了不同工況下隧道拱頂處的應變曲線,并借助提出的隧道沉降反演模型,對隧道拱頂沉降進行了計算,計算結果和現(xiàn)場實測結果能夠較好的吻合,其誤差可以滿足工程需要。研究結果可以為分布式光纖傳感技術應用于隧道沉降監(jiān)測提供理論與試驗基礎。
【文章來源】：巖土力學. 2020,41(09)北大核心EICSCD
【文章頁數(shù)】：11 頁
【部分圖文】：
圖1分布式光纖監(jiān)測原理圖Fig.1Testingprincipleofdistributedopticalfiber
3150巖土力學2020年對于本文來說，由于只研究一般情況下，即地層相對均勻時隧道的縱向沉降的監(jiān)測，而且隧道的寬度和高度相對于隧道的長度可以忽略不計，因此，將隧道簡化為一維的彈性地基梁，只分析其豎向的沉降。圖2隧道沉降簡化力學模型Fig.2Simplifiedmechanicalmodeloftunnelsettlement另一方面，隧道工程屬于線狀工程，隧道沿走向的沉降受沿線地質條件及工況的影響，而導致隧道縱向不均勻沉降最為常見的原因則是下臥層的性質和上覆土層厚度的變化。在彈性地基梁模型中，用基床系數(shù)來描述下臥土體變形的難易程度，不同土性地層的基床系數(shù)會不同。對于上覆土層厚度變化，則采用不同形式的分布荷載來進行模擬。本文主要研究以下幾種常見工況下隧道的縱向沉降模式，如圖3所示。采用有限元軟件進行分析，隧道采用梁單元模擬，半徑為5m，厚度為0.5m；地層反力采用地層彈簧模型模擬，土彈簧剛度為10kN/m，隧道長度為150m，彈性模量為30000MPa，泊松比為0.16，有限元模型如圖4所示。圖4中，U3為模型在豎直方向的位移。圖3隧道荷載分布形式Fig.3Distributionformsoftheloadonthetunnel圖4有限元計算模型Fig.4Finite-elementcomputingmodel在圖3中的每個工況下，設置5個分析步，將荷載q的值分別設置為10、20、30、40、50kN/m，計算完成后輸出隧道沿長度方向的沉降曲線，如圖5所示。(a)工況1(b)工況2(c)工況3(d)工況4(e)工況50306090120150543210距離/m沉降/mm1q=10kN/m2q=20kN/m3q=30kN/m4q=40kN/m5q=50kN/m
??晃?牡?緣鼗?海?環(huán)治銎涫?虻某?降。圖2隧道沉降簡化力學模型Fig.2Simplifiedmechanicalmodeloftunnelsettlement另一方面，隧道工程屬于線狀工程，隧道沿走向的沉降受沿線地質條件及工況的影響，而導致隧道縱向不均勻沉降最為常見的原因則是下臥層的性質和上覆土層厚度的變化。在彈性地基梁模型中，用基床系數(shù)來描述下臥土體變形的難易程度，不同土性地層的基床系數(shù)會不同。對于上覆土層厚度變化，則采用不同形式的分布荷載來進行模擬。本文主要研究以下幾種常見工況下隧道的縱向沉降模式，如圖3所示。采用有限元軟件進行分析，隧道采用梁單元模擬，半徑為5m，厚度為0.5m；地層反力采用地層彈簧模型模擬，土彈簧剛度為10kN/m，隧道長度為150m，彈性模量為30000MPa，泊松比為0.16，有限元模型如圖4所示。圖4中，U3為模型在豎直方向的位移。圖3隧道荷載分布形式Fig.3Distributionformsoftheloadonthetunnel圖4有限元計算模型Fig.4Finite-elementcomputingmodel在圖3中的每個工況下，設置5個分析步，將荷載q的值分別設置為10、20、30、40、50kN/m，計算完成后輸出隧道沿長度方向的沉降曲線，如圖5所示。(a)工況1(b)工況2(c)工況3(d)工況4(e)工況50306090120150543210距離/m沉降/mm1q=10kN/m2q=20kN/m3q=30kN/m4q=40kN/m5q=50kN/m1234503060901201503.02.52.01.51.00.50.0距離/m沉降/mm1q=10kN/m2q=20kN/m3q=30kN/m4q=40kN/m5q=50kN/m1234503060901201502.52.0
【參考文獻】：
期刊論文
[1]使用BOTDR技術進行隧道監(jiān)測的光纖護套效應[J]. 侯公羽,謝冰冰,胡濤,殷姝雅,韓育琛. 巖土力學. 2017(08)
[2]用于巷道沉降變形監(jiān)測的光纖鋸齒狀布設技術與原理[J]. 侯公羽,謝冰冰,江玉生,殷姝雅,韓育琛. 巖土力學. 2017(S1)
[3]基于BOTDR的光纖應變與頂板沉降變形關系的模型構建與試驗研究[J]. 侯公羽,謝冰冰,江玉生,殷姝雅,韓育琛. 巖土力學. 2017(05)
[4]基于柔度法梁模型的盾構隧道襯砌結構縱向變形計算方法[J]. 李曉軍,黃伯麒,朱合華,洪弼宸. 工程力學. 2016(04)
[5]基于分布式光纖應變傳感技術的盾構隧道橫截面收斂變形監(jiān)測方法[J]. 沈圣,吳智深,楊才千,洪萬,唐永圣,吳剛. 土木工程學報. 2013(09)
[6]淺埋大跨度隧道拆撐對初支安全性影響分析[J]. 張建國,王明年,羅祿森,吉艷雷. 巖土力學. 2009(02)
[7]盾構隧道縱向沉降模式及其結構響應[J]. 廖少明,白廷輝,彭芳樂,徐偉林. 地下空間與工程學報. 2006(05)
[8]軟土地鐵隧道縱向不均勻沉降導致的管片接頭環(huán)縫開裂研究[J]. 鄭永來,韓文星,童琪華,楊柳峰,潘杰. 巖石力學與工程學報. 2005(24)
[9]隧道健康診斷BOTDR分布式光纖應變監(jiān)測技術研究[J]. 施斌,徐學軍,王鏑,王霆,張丹,丁勇,徐洪鐘,崔何亮. 巖石力學與工程學報. 2005(15)
碩士論文
[1]基于光纖傳感的錨桿軸力監(jiān)測研究[D]. 高沖.西安科技大學 2010
本文編號：3345008
【文章來源】：巖土力學. 2020,41(09)北大核心EICSCD
【文章頁數(shù)】：11 頁
【部分圖文】：
圖1分布式光纖監(jiān)測原理圖Fig.1Testingprincipleofdistributedopticalfiber
3150巖土力學2020年對于本文來說，由于只研究一般情況下，即地層相對均勻時隧道的縱向沉降的監(jiān)測，而且隧道的寬度和高度相對于隧道的長度可以忽略不計，因此，將隧道簡化為一維的彈性地基梁，只分析其豎向的沉降。圖2隧道沉降簡化力學模型Fig.2Simplifiedmechanicalmodeloftunnelsettlement另一方面，隧道工程屬于線狀工程，隧道沿走向的沉降受沿線地質條件及工況的影響，而導致隧道縱向不均勻沉降最為常見的原因則是下臥層的性質和上覆土層厚度的變化。在彈性地基梁模型中，用基床系數(shù)來描述下臥土體變形的難易程度，不同土性地層的基床系數(shù)會不同。對于上覆土層厚度變化，則采用不同形式的分布荷載來進行模擬。本文主要研究以下幾種常見工況下隧道的縱向沉降模式，如圖3所示。采用有限元軟件進行分析，隧道采用梁單元模擬，半徑為5m，厚度為0.5m；地層反力采用地層彈簧模型模擬，土彈簧剛度為10kN/m，隧道長度為150m，彈性模量為30000MPa，泊松比為0.16，有限元模型如圖4所示。圖4中，U3為模型在豎直方向的位移。圖3隧道荷載分布形式Fig.3Distributionformsoftheloadonthetunnel圖4有限元計算模型Fig.4Finite-elementcomputingmodel在圖3中的每個工況下，設置5個分析步，將荷載q的值分別設置為10、20、30、40、50kN/m，計算完成后輸出隧道沿長度方向的沉降曲線，如圖5所示。(a)工況1(b)工況2(c)工況3(d)工況4(e)工況50306090120150543210距離/m沉降/mm1q=10kN/m2q=20kN/m3q=30kN/m4q=40kN/m5q=50kN/m
??晃?牡?緣鼗?海?環(huán)治銎涫?虻某?降。圖2隧道沉降簡化力學模型Fig.2Simplifiedmechanicalmodeloftunnelsettlement另一方面，隧道工程屬于線狀工程，隧道沿走向的沉降受沿線地質條件及工況的影響，而導致隧道縱向不均勻沉降最為常見的原因則是下臥層的性質和上覆土層厚度的變化。在彈性地基梁模型中，用基床系數(shù)來描述下臥土體變形的難易程度，不同土性地層的基床系數(shù)會不同。對于上覆土層厚度變化，則采用不同形式的分布荷載來進行模擬。本文主要研究以下幾種常見工況下隧道的縱向沉降模式，如圖3所示。采用有限元軟件進行分析，隧道采用梁單元模擬，半徑為5m，厚度為0.5m；地層反力采用地層彈簧模型模擬，土彈簧剛度為10kN/m，隧道長度為150m，彈性模量為30000MPa，泊松比為0.16，有限元模型如圖4所示。圖4中，U3為模型在豎直方向的位移。圖3隧道荷載分布形式Fig.3Distributionformsoftheloadonthetunnel圖4有限元計算模型Fig.4Finite-elementcomputingmodel在圖3中的每個工況下，設置5個分析步，將荷載q的值分別設置為10、20、30、40、50kN/m，計算完成后輸出隧道沿長度方向的沉降曲線，如圖5所示。(a)工況1(b)工況2(c)工況3(d)工況4(e)工況50306090120150543210距離/m沉降/mm1q=10kN/m2q=20kN/m3q=30kN/m4q=40kN/m5q=50kN/m1234503060901201503.02.52.01.51.00.50.0距離/m沉降/mm1q=10kN/m2q=20kN/m3q=30kN/m4q=40kN/m5q=50kN/m1234503060901201502.52.0
【參考文獻】：
期刊論文
[1]使用BOTDR技術進行隧道監(jiān)測的光纖護套效應[J]. 侯公羽,謝冰冰,胡濤,殷姝雅,韓育琛. 巖土力學. 2017(08)
[2]用于巷道沉降變形監(jiān)測的光纖鋸齒狀布設技術與原理[J]. 侯公羽,謝冰冰,江玉生,殷姝雅,韓育琛. 巖土力學. 2017(S1)
[3]基于BOTDR的光纖應變與頂板沉降變形關系的模型構建與試驗研究[J]. 侯公羽,謝冰冰,江玉生,殷姝雅,韓育琛. 巖土力學. 2017(05)
[4]基于柔度法梁模型的盾構隧道襯砌結構縱向變形計算方法[J]. 李曉軍,黃伯麒,朱合華,洪弼宸. 工程力學. 2016(04)
[5]基于分布式光纖應變傳感技術的盾構隧道橫截面收斂變形監(jiān)測方法[J]. 沈圣,吳智深,楊才千,洪萬,唐永圣,吳剛. 土木工程學報. 2013(09)
[6]淺埋大跨度隧道拆撐對初支安全性影響分析[J]. 張建國,王明年,羅祿森,吉艷雷. 巖土力學. 2009(02)
[7]盾構隧道縱向沉降模式及其結構響應[J]. 廖少明,白廷輝,彭芳樂,徐偉林. 地下空間與工程學報. 2006(05)
[8]軟土地鐵隧道縱向不均勻沉降導致的管片接頭環(huán)縫開裂研究[J]. 鄭永來,韓文星,童琪華,楊柳峰,潘杰. 巖石力學與工程學報. 2005(24)
[9]隧道健康診斷BOTDR分布式光纖應變監(jiān)測技術研究[J]. 施斌,徐學軍,王鏑,王霆,張丹,丁勇,徐洪鐘,崔何亮. 巖石力學與工程學報. 2005(15)
碩士論文
[1]基于光纖傳感的錨桿軸力監(jiān)測研究[D]. 高沖.西安科技大學 2010
本文編號：3345008
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