基于二次受力的隧道套拱加固损伤衬砌模型试验

松动荷载引起损伤衬砌失稳是不良地层隧道运营期间关键的科学问题.针对此问题,研制了双车道公路隧道带缝衬砌套拱加固模型试验加载装置,可对衬砌结构任意位置施加松动荷载,在损伤衬砌受力同时进行套拱加固,解决了衬砌加固二次受力的“瓶颈”问题;开展1∶10模型试验,研究了松动荷载作用下损伤衬砌套拱加固补强效果,对比变形特性、力学响应及破坏模式.结果表明:衬砌结构刚度随荷载增加而退化,套拱加固有效修复受损衬砌,整体结构刚度明显增大,损伤严重衬砌经套拱加固后承载力仍可提高1倍;原衬砌结构破坏位置为拱顶、拱肩和边墙;套拱加固带缝衬砌构件关键控制截面为拱顶和墙脚,拱顶易发生大偏心压弯破坏,建议加强拱顶纵向配筋,提高抗拉承载力;墙脚出现斜裂缝,属于压剪破坏,应增设墙脚箍筋,以提高抗剪承载力.     

节理发育岩体隧道支护的动态设计方法与应用

动态设计方法对隧道工程的重要性不言而喻。然而,利益分配与协调管理机制的不完善、岩土体的复杂多变特性,致使隧道工程的动态设计仍处于尝试阶段、相关理论亦不成熟。基于理论分析与试点工程总结,针对节理发育地层,将隧道支护动态设计方法划分为预分析、支护参数的初步调整、节理特征的精细化描述、支护参数的优化分析4个步骤,并明确各阶段的实施要点。依托井冈山、桦树墕等隧道,开展试点工程,阐述动态设计方法的实施流程与要点,分析其应用成效。结果表明,基于动态设计方法提出的支护方案与实际围岩情况吻合,经济安全性更为合理,该方法已在江西井睦高速井冈山隧道、内蒙古榕乌高速桦树墕隧道、窑沟隧道及贵州独平高速的多条在建公路隧道建设过程中推广应用,获得良好成效。     

基于数字图像处理的隧道渗漏水病害检测技术

以隧道衬砌渗漏水面积为检测目标,研究出包括去噪、锐化、分割、修正的一整套数字图像处理算法。依次通过预处理、灰度变换、阈值分割、形态修正等步骤,实现病害目标的识别。通过室内外试验建立数字图像像素与实际拍摄面积的换算关系,最后开发隧道衬砌表面病害数字图像识别系统,为隧道衬砌渗漏水病害检测提供一种便捷、低成本、直观、高效的方法。     

基于亚像素圆心检测法的变形监测技术

 通过分析当前应用于变形监测的图像处理技术,基于传统的灰度重心法和圆边缘检测法,提出改进的有标点中心定位法--亚像素圆心检测法。为验证其精度,设计对比试验,从标点尺寸、拍摄距离、光源强弱和标点运动状态4个方面,对比分析改进算法相对于传统算法的优越性,并得到改进算法的理论精度。同时,通过研究标点位移的特点,建立基于亚像素圆心检测法的变形监测技术,并设计试验,从拍摄距离、光源强弱、标点运动状态3个方面分析该技术的理论可行性。试验结果表明：有标点亚像素圆心检测法精度较高,在50 m拍摄距离内精度达1 mm(15 cm直径圆);基于该算法的变形监测技术对标点坐标变化敏感,在40 m拍摄距离内,识别误差控制在1.0 mm范围内,在25 m拍摄距离内,误差严格控制在0.5 mm内,可行性强。依托江西省石城-吉安(石吉)线B8标李家寨高边坡,进行现场试验,监测结果显示,监测误差与理论研究结果相符,表明新型监测技术具有较好的工程适用性。经理论研究与实践证明,该算法监测精度高、可行性强、工程适用性强、成本较低、可实时反馈监测信息。     

激光扫描混凝土裂缝的超声检测

为了探究激光扫描混凝土裂缝进行超声检测的可行性, 采用激光扫描混凝土表面激发声场、表面波探头接收超声信号的方法, 进行了相应的实验验证。通过对实验信号峰峰值和双极性特征分析, 实现了混凝土表面裂缝的定位。同时采用有限元方法模拟了扫描激光在材料表面激发声场的过程, 对超声信号进行了时域和频域上的分析。结果表明, 当激光与裂缝边沿距离在1mm时, 接收信号具有典型的双极性, 且峰峰值达到极大值; 当激光与裂缝边沿距离继续减小时, 峰峰值迅速降低。通过扫描激光激发超声, 在打点范围上形成由信号峰峰值表征的2维图像, 由峰峰值突变特征和信号的双极性特征, 可以实现混凝土表面缺陷边缘的定位。     

断面扁平隧道结构套拱加固效果分析

结合浙江白阳山隧道采用塑性损伤与扩展有限元模型研究了扁平型隧道结构损伤演化机制与裂缝扩展规律,分析了叠合式套拱结构加固效果.研究表明,偏压荷载作用下,隧道破坏过程可分为弹性变形、左拱腰内侧开裂、左拱腰外侧压屈、钢筋屈服4个阶段,裂缝呈现出快速延伸、缓慢扩展以及快速张开的行为机制.取达到原结构破坏荷载的50％进行加固时,...     

不同损伤程度下公路隧道粘钢加固效果试验研究

衬砌裂损是隧道常见病害形式，直接影响到结构承载力，粘钢加固作为结构补强的方式应用较多，但公路隧道粘钢加固后结构的承载性能和不同损伤程度下的粘钢加固效果研究较少。采用1∶10模型加载试验，研究了公路隧道在不同损伤程度下加固后结构的承载性能、受力变形特征和破坏过程，分析了粘钢加固效果、加固时机。研究结果表明：(1)原结构和加固结构在松动荷载作用下的变形过程均可分为4个阶段，但破坏特征及形态存在差异。(2)剩余承载力为50%F,30%F(F为原结构极限承载力)时加固，破坏荷载相对原结构提升50%,51%。在结构失效前施作钢板可有效提升其极限承载力，且受加固点荷载影响较小。剩余承载力为50%F,30%F时加固，最终变形量比原结构增加59%,56%，可降低脆性破坏风险。(3)加固结构破坏模式为拱顶大偏心受压破坏。(4)加固过晚时，钢板会因衬砌的表面裂缝及变形速度而难以有效黏结或长时间协同变形，导致加速破坏。建议将结构剩余承载力介于62%F至50%F作为公路隧道合理加固时机。