深埋隧道煤层区围岩内部位移特征

隧道围岩内部位移为研究围岩变形、确定围岩松弛范围和检验支护参数是否合理的重要依据.通过采用多点位移计对通渝深埋隧道C1煤层围岩深部位移的量测,分析了围岩深部位移-时间特征、位移-深度特征和围岩松弛范围,预测了围岩的变形发展趋势,并对围岩的稳定性和支护参数的合理性进行了评价,对深埋隧道的设计和施工具有重要的指导意义.     

光纤光栅位移计组在围岩变形连续监测中的应用研究

针对多点变位计和滑动测微计在监测地下洞室围岩变形方面存在轴向位移分布连续性不足和无法实现自动化的问题,提出了将光纤光栅位移传感器通过组装成串应用在围岩变形连续监测的方法。该方法可准确得到仪器埋设沿线任一测点的监测量,由于光纤光栅位移计组具有精度高的特性,测得的围岩位移变化与洞室扩挖施工关系密切,与多点变位计监测结果总体变形规律基本一致,但光纤光栅位移计组能够监测到整个大尺度的监测线中任意间距的轴向位移分布,取得的成果信息量更大更为直观。作为对光纤光栅位移计在岩土工程变形监测中的应用探索,具有一定借鉴意义。     

小金口隧道围岩内变形的监控和量测

记述了小金口隧道围岩变形的量测方法和量测数据的处理，并且利用施工中的围岩监控量测技术，指导隧道的施工方法和施工工序，使之更有效进行。监控量测是现代隧道施工中不可缺少的部分。     

基于回归分析与灰色理论的围岩变形组合预测

监控量测是隧道动态设计与信息化施工的重要组成内容。由于现场的量测数据具有离散性,而且包含着偶然误差的影响,隧道围岩变形原始量测数据需要做必要的数理统计分析后才能进行量化的预测。在总结变形预测方法与应用的基础上,针对量测数据量的多少、量测时间的间隔、数据离散程度的不同,研究了开展隧道围岩变形的中短期组合预测方法。提出在隧道变形量测的数据量不多、离散性较大、量测时间间隔相同时,可采用灰色预测GM(1,1)模型做短期的预测;当隧道变形量测的数据量多、拟合程度较高时,可选用指数函数做中长期的回归分析预测。以实际工程作为算例检验了两种预测方法的特点和效果。     

隧道新奥法监控量测的传感器监控

依据公路隧道施工监控量测方案设计和现场测试经验,介绍公路隧道施工监控量测手段,主要通过选测项目中的钢筋计监测方法对公路隧道围岩变形对锚杆的力学作用和压力盒监测方法监测围岩对二次衬砌的力学进行探讨。通过对白马隧道现场监控量测数据的分析,证明了传感器监测方法是一套有效的隧道围岩稳定性监测方法。     

挤压性围岩隧道大变形机理及分级标准研究

结合高地应力条件下挤压性大变形隧道--乌鞘岭隧道工程实例,通过变形的现场量测结果,分析了挤压性围岩隧道大变形的基本特征。采用室内试验及现场量测等手段,综合分析确定了围岩物理力学参数,定量分析了洞室周边产生塑性区的条件、塑性区及洞壁位移的影响因素、塑性区半径与洞壁位移的关系。以现场量测数据为依托,结合理论计算,参考以往类似隧道经验,分别考虑了围岩的相对变形、强度应力比、原始地应力、弹性模量作为分级指标,并提出了综合系数α指标,采用综合指标判定法给出了大变形的分级标准,以及相应的防治措施。     

大风垭口岩石公路隧道围岩及初期支护变形与内力研究

按“新奥法”施工的云南大风垭口隧道全长约3300m，为上、下行分离的双洞单向行车双车道，属于长、大岩石公路隧道。通过现场施工量测，在分析了收敛位移、拱顶位移、围岩内部位移及钢支撑内力等大量实测数据的基础上，研究了围岩及初期支护的变形包括岩石蠕变变形、内力随开挖进度及时间变化的规律，讨论了上、下台阶开挖对围岩的影响。研究结论可望为岩石公路隧道施工提供一定的指导。     

光纤传感技术在隧道工程中的应用与展望

根据应用对象的不同,从应变传感和温度传感两个角度出发,主要介绍了隧道工程中分布式光纤传感技术和光纤光栅传感技术(FBG)在隧道管片收敛变形、隧道结构纵向沉降或隆起、周边土体位移、围岩变形及稳定性、隧道火灾报警等方面的应用,对具体应用中的光纤布设工艺作了简要介绍。同时讨论光纤传感技术在应用中存在的问题,并展望了该技术在隧道工程上的应用前景。     

老鹰山隧道拱顶下沉建模与监测比对分析

隧道监控量测中拱顶下沉是重要的必测项目之一。根据隧址区不同围岩性质及围岩级别确定参数预计算出围岩最终变形十分重要,对隧道动态设计预留变形量具有指导意义。依托老鹰山隧道为案例,对隧道拱顶下沉项目通过有限元正分析软件进行建模分析,计算围岩受力及最终位移。通过对应实际监控量测的数据利用回归分析法验证,并比对有限元正分析计算最终位移与通过实际监测数据得出的最终位移,得出结论,为今后类似隧道拱顶下沉项目提供借鉴作用。     

隧道监控量测数据分析与应用

在隧道施工中,监控量测是隧道新奥法施工三大要素之一,通过量测及时收集施工中围岩变形与支护受力数据,对数据整理分析及时反馈指导施工。隧道施工监控量测因用途的不同有各种选项,拱顶沉降和周边位移是最常用的二项,文章以某隧道量测结果为例,主要论述拱顶沉降和周边位移量测数据通过回归分析建立数学模型,从而评价和预测围岩的稳定情况。     

江西风电边坡防护设计以及稳定性模拟分析

为解决现有的边坡稳定性分析方法计算效率低、误差大等问题,设计了一种新型光纤光栅(Fiber Bragg Grating,FBG)传感器。在考虑温度补偿的情况下,该传感器采集边坡内部位移变化,并采用中心差分法(Central Difference Method,CDM)作为将测得的应变转换为周围土体水平位移的优化算法,该算法的优点在于计算误差较小,一旦监测工作准备就绪,根据目标函数的最大位移增量,在优化模型中由监测位移确定潜在的边坡滑动面。最后,采用毕肖普法进行积分处理,估算边坡安全系数。在同样的滑动面荷载情况下,相比于积分法的安全系数具有较小的下降梯度。通过模拟实验,验证了该分析方法和光纤光栅监测技术的可行性和可靠性。     

结构健康监测的自补偿光纤光栅位移计的研究

结构健康监测对保证结构的长期安全运行具有重要的意义,而位移监测是主要监测内容之一。光纤光栅是目前在智能材料系统与结构健康监测研究与应用最为广泛的敏感材料之一,具有分布式绝对测量、抗腐蚀能力强等优点。本文基于光纤光栅的应变测量原理,设计开发出一种新型的光纤光栅位移传感装置,详细推导和试验验证了该装置的传感特性。试验结果表明,该装置具有温度自补偿、线性度和重复性好、精度较高等优点,具有良好的应用前景。     

Displacement measurement techniques and numerical verification in 3D geomechanical model tests of an underground cavern group

In this paper, the stability of an underground cavern group is investigated on the basis of large-scale 3D geomechanical model tests and numerical simulations. Multiple measurement techniques are developed to measure the convergence of deformation in the cavern, displacements at key points in the side walls and the damage pattern during the excavation simulation process. The digital photogrammetric technique and fiber Bragg grating (FBG) based displacement sensing bars are applied to measure displacements in the surrounding rock masses. Mini multi-point extensometers with high-precision grating scales are developed as transducers for displacement monitoring. Afterward, a nodal-based Discontinuous Deformation Analysis (NDDA) method is applied to simulate the whole process of the physical model tests and to compare with experimental results. The variation process and law curves of the displacements in the surrounding rock and at key points in the side walls are obtained at excavation stages. The study shows that the application of the displacement measurement methods used in the surrounding rock masses for large-scale model tests of cavern group under true 3-D stress state have achieved satisfactory results.     

Applications of FBG-based sensors to ground stability monitoring

Over the past few decades, many optical fiber sensing techniques have been developed. Among these available sensing methods, optical fiber Bragg grating(FBG) is probably the most popular one. With its unique capabilities, FBG-based geotechnical sensors can be used as a sensor array for distributive(profile) measurements, deployed under water(submersible), for localized high resolution and/or differential measurements. The authors have developed a series of FBG-based transducers that include inclination, linear displacement and gauge/differential pore pressure sensors. Techniques that involve the field deployment of FBG inclination, extension and pore-pressure sensor arrays for automated slope stability and ground subsidence monitoring have been developed. The paper provides a background of FBG and the design concepts behind the FBG-based field monitoring sensors. Cases of field monitoring using the FBG sensor arrays are presented, and their practical implications are discussed.     

松散层沉降光纤光栅监测的应变传递及其工程应用

 为了研究深部厚松散层失水沉降变形特征,建立光纤光栅–胶结层–封装材料及传感器封装材料–钻孔封孔材料–松散层的应变传递计算模型。通过对光纤光栅应变与松散层应变的传递分析,指出前人应变传递理论中所推导的公式不适用于松散层监测的应变计算,由此给出钻孔植入光纤光栅传感器的松散层应变传递计算模型,并分析影响松散层应变传递的因素,指出封孔材料弹性模量在8～15 GPa范围内时可以得到较高应变传递率。针对某矿松散层12个层位安装的24个光纤光栅传感器,采用该模型得出92.40～148.69 m范围内松散层变形沉降的应变监测结果。工程实践表明,该煤矿松散层埋深97.56～104.33,141.94～144.88 m处为最易出现压应力集中的区域,这与煤矿的实际情况、采用相关方法监测的结果基本一致。光纤光栅应变传递理论研究对推动光纤传感技术发展及其工程应用具有重要实践意义。     

Detecting deformations in uncompacted strata by fiber Bragg grating sensors incorporated into GFRP

Coalfields based in east China, such as Huaibei, Datun, Xuzhou, Yanzhou, Yongxia and Huainan, have suffered paroxysmal shaft lining fracture and repeated deformation after repair in the last three decades. This phenomenon has required the development of fractured shaft lining repairing technology and a method for detecting rock strata settlement. It is proposed in this paper that, with the method of fiber Bragg grating sensor incorporated into GFRP, a sensing network of fiber Bragg grating wavelength division multiplexing (WDM)/spatial division multiplexing (SDM) mixing array composed of 18 fiber gratings is formed, and it is used for monitoring the settlement of uncompacted hydrous strata. It is the first time that the fiber Bragg grating sensing system is embedded into the 180-m deep uncompacted strata, and the field experiments are conducted at No. 3 Jingning Coal Mine. The layout of optical sensors, the fiber Bragg grating detecting system, the drilling of the borehole and the embedding method of fiber Bragg grating sensors are introduced. The monitoring results of fiber Bragg grating sensors are compared with groundwater level monitoring results. Engineering practice shows that the fiber Bragg grating sensors are working normally and they can be used to detect strain safely and stably.     

温度自补偿光纤光栅应变传感器研制及其在索力测量中的应用

光纤光栅应变传感器在测量过程中存在温度和应变交叉影响的问题,且温度对应力测量结果影响较大。为获得精确的应力测量结果,必须大幅度减少或消除温度的影响。目前参考光栅法或温度测量系数修正法,难获得理想的结果。文中提出以截面对称的悬臂梁结构作为敏感元件,利用其上下表面拉压异号等应变和温度变化同应变的原理,通过在悬臂梁上下表面对称粘贴两根光纤光栅,利用结果差来消除温度影响,并提高测量灵敏度。文中对此种温度自补偿新型光纤光栅应变传感器的传感性能进行了研究,并将此类传感器安装在拉索的锚具上进行索力测量。研究结果表明:研制的光纤光栅应变传感器,能大幅度降低温度的影响,达到温度自补偿的目的;将此类传感器用于索力测量,具有较高的精度及灵敏度,能满足工程应用的实际需要。     

紧邻基坑的地铁隧道监测技术方案研究

城市深基坑施工会对紧邻环境产生影响,如导致紧邻建(构)筑物产生变形甚至破坏.本文制定了一种新的纵向及横向光纤传感网络的监测方案,对紧邻基坑开挖时既有盾构隧道的受力状态进行了监测.该方案的基础是测量隧道的纵向应变分布,所提出的光纤传感器网络能够将隧道纵向运动解耦分解为剪切和弯曲分量.方案中采用全分布式光纤传感器和光纤光栅...     

光纤传感技术在边坡模型试验中的应用

 关于边坡模型的坡体变形监测较为困难,将光纤传感技术应用于边坡模型试验尝试解决这一问题。构建边坡模型进行人工降雨试验,采用光纤布里渊散射光时域反射测量技术(BOTDR)监测坡体变形和光纤光栅(FBG)传感技术监测坡面变形。将BOTDR光纤分层埋入坡体不同位置,以边坡后缘模型箱为固定的参照点,监测坡体内不同位置的应变变化;将光纤光栅传感器铺设在坡面的不同位置,以坡面后缘为固定参照点,监测坡面各位置处位移变化。根据降雨前、降雨过程中及降雨后变形记录资料,得到边坡在降雨作用下的变形规律：在降雨初始一段时间内,边坡并没有明显变形,随着降雨时间的发展,坡体和坡面位移会出现突发性的大幅度增长,并且距坡面较近的土体产生较大的变形,坡体底部变形较小。总体规律是随着坡体深度的增大,坡体变形受降雨入渗的影响越来越不明显,这解释了降雨诱发的均质土坡破坏容易出现在浅层的原因。在坡面上,后缘产生较大位移,而坡体前端位移较小。降雨停止后,部分变形值会变小。试验结果表明,用光纤BOTDR和FBG传感技术监测有众多的优点,且光纤传感技术在岩土模型试验中具有良好的应用价值和前景。