基于分布式光纤应变传感技术的隧道沉降监测研究
发布时间：2021-08-15 21:58
隧道沉降是评估隧道结构安全性和稳定性的重要指标,通过分布式光纤监测技术,可以获得被测部位的应变分布情况,但不能直观地反映出隧道各个部位的沉降量大小。提出了基于分布式光纤应变的隧道沉降反演模型,将光纤应变曲线和隧道沉降曲线联系起来,并通过理论推导、数值模拟、室内试验,验证了模型的可行性。通过北京轨道交通新机场线07标暗挖区间分布式光纤监测项目,对隧道临时支护的破除阶段进行了监测,获得了不同工况下隧道拱顶处的应变曲线,并借助提出的隧道沉降反演模型,对隧道拱顶沉降进行了计算,计算结果和现场实测结果能够较好的吻合,其误差可以满足工程需要。研究结果可以为分布式光纤传感技术应用于隧道沉降监测提供理论与试验基础。
【文章来源】：岩土力学. 2020,41(09)北大核心EICSCD
【文章页数】：11 页
【部分图文】：
图1分布式光纤监测原理图Fig.1Testingprincipleofdistributedopticalfiber
3150岩土力学2020年对于本文来说，由于只研究一般情况下，即地层相对均匀时隧道的纵向沉降的监测，而且隧道的宽度和高度相对于隧道的长度可以忽略不计，因此，将隧道简化为一维的弹性地基梁，只分析其竖向的沉降。图2隧道沉降简化力学模型Fig.2Simplifiedmechanicalmodeloftunnelsettlement另一方面，隧道工程属于线状工程，隧道沿走向的沉降受沿线地质条件及工况的影响，而导致隧道纵向不均匀沉降最为常见的原因则是下卧层的性质和上覆土层厚度的变化。在弹性地基梁模型中，用基床系数来描述下卧土体变形的难易程度，不同土性地层的基床系数会不同。对于上覆土层厚度变化，则采用不同形式的分布荷载来进行模拟。本文主要研究以下几种常见工况下隧道的纵向沉降模式，如图3所示。采用有限元软件进行分析，隧道采用梁单元模拟，半径为5m，厚度为0.5m；地层反力采用地层弹簧模型模拟，土弹簧刚度为10kN/m，隧道长度为150m，弹性模量为30000MPa，泊松比为0.16，有限元模型如图4所示。图4中，U3为模型在竖直方向的位移。图3隧道荷载分布形式Fig.3Distributionformsoftheloadonthetunnel图4有限元计算模型Fig.4Finite-elementcomputingmodel在图3中的每个工况下，设置5个分析步，将荷载q的值分别设置为10、20、30、40、50kN/m，计算完成后输出隧道沿长度方向的沉降曲线，如图5所示。(a)工况1(b)工况2(c)工况3(d)工况4(e)工况50306090120150543210距离/m沉降/mm1q=10kN/m2q=20kN/m3q=30kN/m4q=40kN/m5q=50kN/m
??晃?牡?缘鼗?海?环治銎涫?虻某?降。图2隧道沉降简化力学模型Fig.2Simplifiedmechanicalmodeloftunnelsettlement另一方面，隧道工程属于线状工程，隧道沿走向的沉降受沿线地质条件及工况的影响，而导致隧道纵向不均匀沉降最为常见的原因则是下卧层的性质和上覆土层厚度的变化。在弹性地基梁模型中，用基床系数来描述下卧土体变形的难易程度，不同土性地层的基床系数会不同。对于上覆土层厚度变化，则采用不同形式的分布荷载来进行模拟。本文主要研究以下几种常见工况下隧道的纵向沉降模式，如图3所示。采用有限元软件进行分析，隧道采用梁单元模拟，半径为5m，厚度为0.5m；地层反力采用地层弹簧模型模拟，土弹簧刚度为10kN/m，隧道长度为150m，弹性模量为30000MPa，泊松比为0.16，有限元模型如图4所示。图4中，U3为模型在竖直方向的位移。图3隧道荷载分布形式Fig.3Distributionformsoftheloadonthetunnel图4有限元计算模型Fig.4Finite-elementcomputingmodel在图3中的每个工况下，设置5个分析步，将荷载q的值分别设置为10、20、30、40、50kN/m，计算完成后输出隧道沿长度方向的沉降曲线，如图5所示。(a)工况1(b)工况2(c)工况3(d)工况4(e)工况50306090120150543210距离/m沉降/mm1q=10kN/m2q=20kN/m3q=30kN/m4q=40kN/m5q=50kN/m1234503060901201503.02.52.01.51.00.50.0距离/m沉降/mm1q=10kN/m2q=20kN/m3q=30kN/m4q=40kN/m5q=50kN/m1234503060901201502.52.0
【参考文献】：
期刊论文
[1]使用BOTDR技术进行隧道监测的光纤护套效应[J]. 侯公羽,谢冰冰,胡涛,殷姝雅,韩育琛. 岩土力学. 2017(08)
[2]用于巷道沉降变形监测的光纤锯齿状布设技术与原理[J]. 侯公羽,谢冰冰,江玉生,殷姝雅,韩育琛. 岩土力学. 2017(S1)
[3]基于BOTDR的光纤应变与顶板沉降变形关系的模型构建与试验研究[J]. 侯公羽,谢冰冰,江玉生,殷姝雅,韩育琛. 岩土力学. 2017(05)
[4]基于柔度法梁模型的盾构隧道衬砌结构纵向变形计算方法[J]. 李晓军,黄伯麒,朱合华,洪弼宸. 工程力学. 2016(04)
[5]基于分布式光纤应变传感技术的盾构隧道横截面收敛变形监测方法[J]. 沈圣,吴智深,杨才千,洪万,唐永圣,吴刚. 土木工程学报. 2013(09)
[6]浅埋大跨度隧道拆撑对初支安全性影响分析[J]. 张建国,王明年,罗禄森,吉艳雷. 岩土力学. 2009(02)
[7]盾构隧道纵向沉降模式及其结构响应[J]. 廖少明,白廷辉,彭芳乐,徐伟林. 地下空间与工程学报. 2006(05)
[8]软土地铁隧道纵向不均匀沉降导致的管片接头环缝开裂研究[J]. 郑永来,韩文星,童琪华,杨柳峰,潘杰. 岩石力学与工程学报. 2005(24)
[9]隧道健康诊断BOTDR分布式光纤应变监测技术研究[J]. 施斌,徐学军,王镝,王霆,张丹,丁勇,徐洪钟,崔何亮. 岩石力学与工程学报. 2005(15)
硕士论文
[1]基于光纤传感的锚杆轴力监测研究[D]. 高冲.西安科技大学 2010
本文编号：3345008
【文章来源】：岩土力学. 2020,41(09)北大核心EICSCD
【文章页数】：11 页
【部分图文】：
图1分布式光纤监测原理图Fig.1Testingprincipleofdistributedopticalfiber
3150岩土力学2020年对于本文来说，由于只研究一般情况下，即地层相对均匀时隧道的纵向沉降的监测，而且隧道的宽度和高度相对于隧道的长度可以忽略不计，因此，将隧道简化为一维的弹性地基梁，只分析其竖向的沉降。图2隧道沉降简化力学模型Fig.2Simplifiedmechanicalmodeloftunnelsettlement另一方面，隧道工程属于线状工程，隧道沿走向的沉降受沿线地质条件及工况的影响，而导致隧道纵向不均匀沉降最为常见的原因则是下卧层的性质和上覆土层厚度的变化。在弹性地基梁模型中，用基床系数来描述下卧土体变形的难易程度，不同土性地层的基床系数会不同。对于上覆土层厚度变化，则采用不同形式的分布荷载来进行模拟。本文主要研究以下几种常见工况下隧道的纵向沉降模式，如图3所示。采用有限元软件进行分析，隧道采用梁单元模拟，半径为5m，厚度为0.5m；地层反力采用地层弹簧模型模拟，土弹簧刚度为10kN/m，隧道长度为150m，弹性模量为30000MPa，泊松比为0.16，有限元模型如图4所示。图4中，U3为模型在竖直方向的位移。图3隧道荷载分布形式Fig.3Distributionformsoftheloadonthetunnel图4有限元计算模型Fig.4Finite-elementcomputingmodel在图3中的每个工况下，设置5个分析步，将荷载q的值分别设置为10、20、30、40、50kN/m，计算完成后输出隧道沿长度方向的沉降曲线，如图5所示。(a)工况1(b)工况2(c)工况3(d)工况4(e)工况50306090120150543210距离/m沉降/mm1q=10kN/m2q=20kN/m3q=30kN/m4q=40kN/m5q=50kN/m
??晃?牡?缘鼗?海?环治銎涫?虻某?降。图2隧道沉降简化力学模型Fig.2Simplifiedmechanicalmodeloftunnelsettlement另一方面，隧道工程属于线状工程，隧道沿走向的沉降受沿线地质条件及工况的影响，而导致隧道纵向不均匀沉降最为常见的原因则是下卧层的性质和上覆土层厚度的变化。在弹性地基梁模型中，用基床系数来描述下卧土体变形的难易程度，不同土性地层的基床系数会不同。对于上覆土层厚度变化，则采用不同形式的分布荷载来进行模拟。本文主要研究以下几种常见工况下隧道的纵向沉降模式，如图3所示。采用有限元软件进行分析，隧道采用梁单元模拟，半径为5m，厚度为0.5m；地层反力采用地层弹簧模型模拟，土弹簧刚度为10kN/m，隧道长度为150m，弹性模量为30000MPa，泊松比为0.16，有限元模型如图4所示。图4中，U3为模型在竖直方向的位移。图3隧道荷载分布形式Fig.3Distributionformsoftheloadonthetunnel图4有限元计算模型Fig.4Finite-elementcomputingmodel在图3中的每个工况下，设置5个分析步，将荷载q的值分别设置为10、20、30、40、50kN/m，计算完成后输出隧道沿长度方向的沉降曲线，如图5所示。(a)工况1(b)工况2(c)工况3(d)工况4(e)工况50306090120150543210距离/m沉降/mm1q=10kN/m2q=20kN/m3q=30kN/m4q=40kN/m5q=50kN/m1234503060901201503.02.52.01.51.00.50.0距离/m沉降/mm1q=10kN/m2q=20kN/m3q=30kN/m4q=40kN/m5q=50kN/m1234503060901201502.52.0
【参考文献】：
期刊论文
[1]使用BOTDR技术进行隧道监测的光纤护套效应[J]. 侯公羽,谢冰冰,胡涛,殷姝雅,韩育琛. 岩土力学. 2017(08)
[2]用于巷道沉降变形监测的光纤锯齿状布设技术与原理[J]. 侯公羽,谢冰冰,江玉生,殷姝雅,韩育琛. 岩土力学. 2017(S1)
[3]基于BOTDR的光纤应变与顶板沉降变形关系的模型构建与试验研究[J]. 侯公羽,谢冰冰,江玉生,殷姝雅,韩育琛. 岩土力学. 2017(05)
[4]基于柔度法梁模型的盾构隧道衬砌结构纵向变形计算方法[J]. 李晓军,黄伯麒,朱合华,洪弼宸. 工程力学. 2016(04)
[5]基于分布式光纤应变传感技术的盾构隧道横截面收敛变形监测方法[J]. 沈圣,吴智深,杨才千,洪万,唐永圣,吴刚. 土木工程学报. 2013(09)
[6]浅埋大跨度隧道拆撑对初支安全性影响分析[J]. 张建国,王明年,罗禄森,吉艳雷. 岩土力学. 2009(02)
[7]盾构隧道纵向沉降模式及其结构响应[J]. 廖少明,白廷辉,彭芳乐,徐伟林. 地下空间与工程学报. 2006(05)
[8]软土地铁隧道纵向不均匀沉降导致的管片接头环缝开裂研究[J]. 郑永来,韩文星,童琪华,杨柳峰,潘杰. 岩石力学与工程学报. 2005(24)
[9]隧道健康诊断BOTDR分布式光纤应变监测技术研究[J]. 施斌,徐学军,王镝,王霆,张丹,丁勇,徐洪钟,崔何亮. 岩石力学与工程学报. 2005(15)
硕士论文
[1]基于光纤传感的锚杆轴力监测研究[D]. 高冲.西安科技大学 2010
本文编号：3345008
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