隧道衬砌渗漏水红外辐射特征影响因素试验研究

针对隧道渗漏水红外热成像检测问题,总结渗漏水红外辐射特征的影响因素(渗漏温差、流量、位置以及衬砌表面材料等),采用室内混凝土试块注水模拟各工况下隧道衬砌渗漏水,并利用红外热像仪记录分析渗漏水的红外辐射特征,研究不同因素对渗漏水红外辐射特征的影响规律.试验结果表明:渗漏水热图像呈现水流方向温度递减,水流横断面温度呈抛物线...     

混凝土破裂与渗水过程的红外辐射特征

 对内含水体的混凝土试样进行单轴压缩加载,利用红外热像仪并辅以声发射仪,观测加载过程中试样的红外辐射与声发射变化特征,研究混凝土破裂与渗水的红外异常前兆。实验结果显示,随着应力的阶段性发展,试样表面的红外辐射呈现早期整体性均匀上升、中期局部高温异常、后期低温异常的主要特征,声发射相应出现早期微量增加、中期均匀增加、后期快速增加的特征。加载中、后期红外热像出现的局部辐射温度“先升后降”现象是混凝土破裂–渗水的重要红外异常前兆,其出现的时间要早于应力和声发射前兆。整个破裂与渗水过程中,高温区域包围低温区域的温度场分布是热像的主要特征。基于实验结果,分析试样红外辐射阶段性变化以及破裂、渗水异常前兆的机制,讨论应力、红外及声发射灾变前兆时间差异性的原因。实验结果对水库大坝以及其他储水混凝土工程破裂与渗水的遥感监测与灾变预警具有重要的意义。     

一种改进的瓷套式电缆终端红外图像边缘提取算法

红外热像仪测温是电气设备状态检测的重要手段。在实际应用中,存在红外图像边缘粗糙模糊、噪声干扰严重等缺点,这给红外图像处理带来了极大的不便,为此提出一种基于改进Sobel算子和自适应最佳阈值的边缘提取算法。该算法利用八方向模板的Sobel算子对含有噪声的红外图像进行高温目标区域的边缘提取;通过广义高斯分布(GGD)描述图像的小波子带系数,并基于其间系数的局部领域信息进行方差估计,由此得到自适应最佳去噪阈值;结合改进Sobel算子和最佳阈值,最终得到所需边缘提取图像。MATLAB仿真结果表明:该算法在有效检测红外图像边缘信息的同时,极大提高了图像的抗噪能力。     

红外热成像法检测岩石渗水病害的实验研究

通过红外热像仪检测不同渗水程度岩石的模拟实验,验证了红外热成像法现场检测数据进行定量分析渗水严重程度的可行性。通过红外热成像法检测太阳照射下不同渗水程度岩石的热像变化特征分析可知,利用最小红外辐射温度指标可以确定岩石渗水严重程度。     

混凝土缺陷红外无损检测试验研究

针对混凝土内部空鼓缺陷的检测进行了持续加热红外无损检测试验,采用了绝对温度对比度方法,通过对试验的加热和散热全过程的红外热像图序列分析了缺陷大小、深度等对热像图特征的影响。在试验研究的基础上,利用大型三维有限元分析软件ANSYS对混凝土缺陷红外热像检测试验的过程进行了模拟计算,定量研究混凝土红外热像检测中对比度与缺陷参数的关系,以及缺陷边界在红外热像图中的表现特征,同时对混凝土缺陷红外热像检测及数据处理的方法进行了初步的探讨。     

非连续断层破裂红外辐射与声发射、应力场的对比研究

应用RFPA^2D程序模拟雁列和共线非连通两种非连续断层的应力场和声发射场，并与相同条件下的热红外辐射成像试验进行对比，分析非连续断层的温度场与应力场及声发射场之间的关系。研究结果表明：数值试验的声发射与实际试验中的热红外辐射温度具有类似的时序变化阶段和空间演化特征。通过对热红外图像与应力场的比较以及对裂纹破裂模式的分析，讨论试件各裂纹表现出的红外辐射特征差异，以进一步了解非连续断层的破裂过程和破裂机制。     

混凝土裂缝红外热成像分布式监测技术研究

提出了基于高分子导电膜拉敏效应的混凝土裂缝红外热成像检测方法.结果表明：在外部电压源激励作用下,涂覆在混凝土试件表面导电膜中的导电粒子由于隧道效应形成导电通路,混凝土裂缝处可形成局部热效应温度场,红外热成像仪能够分辨出混凝土裂缝位置及走向.该方法检测     

开挖诱发隧道围岩变形的红外热像试验研究

采用相似材料模拟试验方法,借助红外热像仪等红外设备,对岩爆诱发的深埋隧道围岩变形破坏规律进行试验研究。配制强度较高的脆性相似材料,模型采用三轴向约束,通过单轴加载,模拟三维初始地应力状态。试验采用先加载后开挖方式,对开挖过程中深埋隧道围岩变形破坏情况进行红外热像分析,研究考虑开挖速度和支护条件等因素影响的岩爆诱发过程中深埋隧道围岩变形破坏时温度变化规律,试验结果表明：开挖速度越快,模型表面温度变化越大,隧道围岩弹性能积聚越剧烈,围岩岩爆倾向越高;提高支护强度对降低深埋隧道围岩的岩爆倾向具有一定的作用;隧道围岩表面热辐射温度的快速升高引起的红外异常可作为发生岩爆前期征兆。试验揭示深埋隧道变形破坏与温度场变化之间的对应关系,为深埋隧道的合理开挖和安全支护提供参考依据。     

遥感-岩石力学（Ⅱ）——断层双剪粘滑的热红外辐射规律及其构造地震前兆意义

以构造地震孕震机制之二即断层粘滑发震为模拟对象，利用双轴加载实验系统和红外热像仪，对4类断层组合条件下双剪粘滑过程中的红外辐射温度场的时空演变特征进行了模拟实验研究。研究表明：断层表面温度场的时空演变不仅与应力水平有关，还与组成摩擦面的两侧岩性及其粗糙度有关。具体表现在：(1)应力集中和摩擦作用强的区域，其红外辐射较强；而应力松弛和摩擦作用弱的区域其红外辐射较弱。(2)当两断层岩性及摩擦面条件对称时，红外热像呈双蝶翼形；当摩擦面粗糙，红外热像呈非对称、非均衡时空演变特征，如串珠状、针状、倒针状、条带状、单蝶翼形或其依次变化。卫星热红外遥感与差分干涉雷达(D-INSAR)技术相结合，并以活动断层预滑及其后续粘滑为监测重点，可望成为构造地震遥感监测和地震短临时-空-强预报的新途径。     

遥感-岩石力学(II)——断层双剪粘滑的热红外辐射规律及其构造地震前兆意义

以构造地震孕震机制之二即断层粘滑发震为模拟对象,利用双轴加载实验系统和红外热像仪,对4类断层组合条件下双剪粘滑过程中的红外辐射温度场的时空演变特征进行了模拟实验研究.研究表明断层表面温度场的时空演变不仅与应力水平有关,还与组成摩擦面的两侧岩性及其粗糙度有关.具体表现在(1) 应力集中和摩擦作用强的区域,其红外辐射较强;而应力松弛和摩擦作用弱的区域其红外辐射较弱.(2) 当两断层岩性及摩擦面条件对称时,红外热像呈双蝶翼形;当摩擦面粗糙,红外热像呈非对称、非均衡时空演变特征,如串珠状、针状、倒针状、条带状、单蝶翼形或其依次变化.卫星热红外遥感与差分干涉雷达(D-INSAR)技术相结合,并以活动断层预滑及其后续粘滑为监测重点,可望成为构造地震遥感监测和地震短临时-空-强预报的新途径.     

高压水工隧洞钢筋混凝土衬砌开裂渗漏研究

 基于弹性损伤理论和等效连续介质渗流理论,提出一种可以在高压水工隧洞衬砌开裂后估算隧洞渗水量的方法。以不同水压力作用下钢筋混凝土衬砌的裂缝宽度变化作为考虑衬砌渗透性变化的主要因素,考虑衬砌裂缝与断层相交的情况和高压固结灌浆作用的影响,对水工隧洞充水、放空阶段的内外水渗漏做出相应探讨。将惠蓄高压隧洞的监测数据和数值模型计算结果进行对比得到,隧洞的渗水量与衬砌裂缝开度及洞周是否存在较显著的渗漏通道存在密切联系。在隧洞洞周没有或尚未形成显著渗漏通道的情况下充水或放空时,计算结果与实际监测结果吻合良好;在衬砌裂缝与断层连通的渗漏通道形成后,计算结果和监测结果则会存在一定的差距。研究结果可为水工隧洞充水期内水外渗和放空期外水内渗渗漏量计算提供一种有效的思路。     

Study on a new-styled measure for treating water leakage of the permafrost tunnels

The status of water leakage of Kunlun mountain tunnel on Qinghai–Tibet railway is introduced by the time step in this paper. Based on the status of water leakage, the reason of water leakage of the tunnel is analyzed. In the light of the principle of protecting the frozen soil layer from thawing, a new-styled measure for treating water leakage, filling the ripped stone layer, is presented, and the design of filling the ripped stone layer is made. According to the basic theories of heat transfer and seepage, considering the coupled effects of seepage field and temperature field, a three-dimensional calculational model of the coupled problem is given, the spatial domain finite element formulae of this problem are obtained by Galerkin method, the time domain finite element formulae are obtained by Crank–Nicholson method, the solution process is presented, and a computer program is written. Using this model and program, three-dimensional nonlinear analyses for the coupled problem of seepage field and temperature field of the flat buried part from DK977+578 to DK977+682 in Kunlun mountain tunnel on Qinghai–Tibet railway are made under the two conditions of filling the ripped stone layer and not filling the ripped stone layer. The results show that it is feasible that the ripped stone layer is used for preventing water leakage of the permafrost tunnels. So, a new-styled measure can be used for treating water leakage of the permafrost tunnels.     

渗水高压引水隧洞衬砌的设计研究

在借助渗流体积力考虑渗流场的力学效应，并由室内试验获得渗透系数随应力水平而变化的关系式的基础上，建立了裂缝混凝土衬砌和渗水围岩地层中渗流场与应力场的耦合计算模型，然后根据衬砌混凝土裂缝出现和开展后的受力变形的特征，提出了一种可供高压引水隧洞衬砌配筋采用的计算方法，并将其应用于广蓄电站二期工程高压引水隧洞衬砌的设计研究。     

盾构隧道长期渗漏水检测新方法

近年来我国地铁建设蓬勃发展,但地铁隧道的渗漏水问题却屡见不鲜,现有的隧道渗漏水检测方法多存在着效率低、成本高等缺点。因此,本文根据渗漏水后管片物理特性的变化,提出两种长期自动检测隧道渗漏水的新方法:温度梯度法和电导率法。通过一系列室内试验,证明这两种方法在不同渗漏水下均具有一定可行性。根据试验结果设计出两套渗漏水检测系统,在上海地铁隧道中进行现场检测,发现电导率法检测渗漏水更加高效、敏感,且价格低廉,具有良好的应用前景。     

隧道透水性衬砌环渗透系数合理取值与工程措施探讨

应用地下深埋隧道渗流场和考虑渗透体积力的弹塑性解,结合某工程实例分析衬砌与围岩渗透系数不同比值对隧道渗流场、渗漏流量、塑性区、位移和衬砌围岩压力等影响规律,探讨透水性衬砌的可行性和合理渗透系数取值。实例分析表明,当衬砌为不透水材料时,洞周围岩中孔隙水压、塑性区、塑性区边缘的位移和衬砌承受的围岩压力均最大;若稍增加衬砌渗透性,则孔隙水压、塑性区、塑性区边缘的位移和衬砌承受的围岩压力迅速减小;随衬砌渗透系数与围岩渗透系数比值的逐渐增大,趋于稳定值。分析结果进一步表明,采用透水性衬砌是可行的,且当衬砌渗透系数与围岩渗透系数比值等于或大于1.0时较为合理。最后,针对洞周环境要求的渗流量以及钢筋混凝土衬砌的耐久性问题提出衬砌环的设计思想,并探讨具体工程措施,以便工程设计参考。     

寒区隧道渗流场和温度场耦合问题的三维非线性分析

根据传热学和渗流力学的基本理论,考虑冻土渗流场和温度场的耦合影响,建立冻土渗流场和温度场耦合问题的三维数学模型,应用Galerkin法进行有限元分析,并编制有限元分析程序。运用该数学模型和有限元分析程序,进行了青藏铁路昆仑山隧道DK977+578～DK977+682浅埋段的温度场以及渗流场和温度场耦合问题的三维非线性分析。分析结果表明:渗流场对隧道围岩的温度场影响较大,在寒区隧道工程设计时,应该考虑渗流场与温度场的耦合影响。     

Stochastic analysis for the uncertain temperature field of tunnel in cold regions

In cold regions, the temperature is important to determine the stability of tunnel construction. However, the conventional finite element methods for stability analysis are always deterministic, rather than taking stochastic parameters and conditions into account. In this paper, the boundary conditions are considered as stochastic processes and the rock properties are considered as random fields. A stochastic analysis for the uncertain temperature characteristics of tunnel is presented. The stochastic finite element formulae are obtained by Neumann stochastic finite element method (NSFEM), and the stochastic finite element program is compiled by Matrix Laboratory (MATLAB) software. Using our program, the random temperature fields of a tunnel in a cold region are obtained and analyzed. The results show that the temperature of a large quantity of frozen surrounding rock is stochastic, and it is bad for the thermal stability of actual tunnel engineering in cold regions. The distributions of mean temperature are the same and the distributions of standard deviation are similar for the two cases in this paper. The average standard deviation increases with time, which implies that the results of conventional deterministic analysis may be far from the true value. These results can improve our understanding of the random temperature field of tunnel and provide a theoretical basis for actual engineering design in cold regions.     

Tunnel waterproofing practices in China

Water ingress in transportation tunnels not only will shorten the durability of concrete lining and reduce the function of establishments in the tunnel, but also will worsen the tunnel surrounding so much that the traffic will be greatly affected. In this situation, therefore, high maintenance costs are compulsory. In many cases, a perfect appearance is strongly recommended to take measures in order to prevent leakage. However, in China, tunnel waterproof requirements and standards for various special uses are considerably different, such that the basis which engineers apply to design in water-control is insufficient. Especially in montanic region, unpleasant geological condition confines engineers in working out more reasonable methods to stop water seepage, even leakage. In this paper, the current waterproofing requirements and measures in different special tunnels adopted in China are reviewed. The limitations of the popular methods in several practical cases applied to prevent water leakage, such as watertight lining, drainage system, as well as grouting, are analyzed at length. Then, some available measures, regarding concrete lining, watertight layer, drainage establishments as well as casting watertight concrete, are proposed, which we think indispensable for tunnel engineering to efficiently control water seepage and even completely prevent water leakage. In the end, to analyze the seepage field in montanic tunnels, the finite element and boundary element coupling analysis method is presented. As an example, the seepage field in Zhenwushan tunnel of Chongqing is simulated. The calculation results coincide with the in-situ data well, and provide credible evidence for the waterproof measures which will be taken in that tunnel project. The method presented in this paper will save expenditures for surveying measures and will enable more reasonable and reliable waterproofing measures to be taken.