碎石泥土混合体介电常数研究及隧洞软弱带FDTD正演

 基于地质雷达(GPR)方法对深长引水隧洞施工过程中出现的软弱带进行地质超前预报。以软弱带碎石泥土的混合介电常数为研究对象,研究碎石泥土混合体的相对介电常数值及变化趋势,推导含水率与混合介电常数经验公式及关系曲线;通过对2种软弱带的空间分布情形进行FDTD(Finite Difference Time Domain)正演,分析其典型成像规律及特征,从而达到以实测数据推算软弱带的空间位置的目的。分析结果如下：碎石及泥土混合体的各成分体积比对其混合介电常数影响较大,混合体的水体对电磁波的反射特征明显并更容易形成多次波;通过建立FDTD模型正演对比隧洞内实测数据排除多次波干扰,修正地层含水率取值并建立地层三维切片图,可直观体现地层含水分布位置。从而对类似地质预报工作提供方法和指导作用。     

公路隧道衬砌缺陷几何形态及填充物FDTD正演分析

 公路隧道衬砌的缺陷直接关系到衬砌运营寿命。以公路隧道衬砌检测为研究背景,建立隧道工程中常见的衬砌结构缺陷的几何形态模型。首先,研究电磁波的不同子波主频的探测性能以及分辨率;其次,根据缺陷的几何形态建立其地电模型,以脱空厚度、圆形缺陷、矩形缺陷以及不同填充物如砂土、水、空气为主要研究内容,通过时域有限差分(FDTD)法模拟分析其成像特征及差异。研究结果表明：衬砌脱空厚度的增加引起深部目标体成像位置更接近扫描面;缺陷的几何形态对成像特征影响小于填充体的影响;含水填充体的电磁波成像特征比气体及砂土填充体更加明显,且对电磁波的吸收作用导致对深部目标体的产生多次波等干扰因素。     

基于改进后向投影算法的地质雷达探测岩体裂隙的成像方法

利用地质雷达(GPR)提前识别、探明裂隙对于认识岩体结构、预防岩体灾变十分重要,由于多次反射、绕射等问题,地质雷达对于较复杂裂隙网络的探测结果识别解译困难,后向投影(BP)算法能够获得高分辨的雷达成像,但是传统BP算法成像中杂波干扰严重,降低了地质雷达成像效果和分辨率。据此提出了改进BP算法,利用待成像点在各道上的雷达响应值之间的相关性,通过2次快速互相关操作增强了对其他点的干扰的抑制作用,并采用电磁波衰减补偿系数对地质雷达成像结果进行补偿,实现提高地质雷达的成像效果的目的。针对几种典型的岩体裂隙网络开展了地质雷达正演模拟和基于改进BP算法的成像仿真,同时利用物理模型试验进行了验证,发现利用基于改进的BP算法可以实现对裂隙网络的位置和形态进行成像,与传统的BP算法相比具有更强的干扰抑制效果。     

高频电磁波在媒质中的反射波特征分析

地质雷达探测方法是通过识别高频电磁波在媒质中的反射渡(即回波信号)特征来推断目标体的类型及空间赋存状态.文章以金属板、混凝土钢筋、地下含水层、破碎岩体、断层带及岩溶洞穴等目标体为例,分别对其反射信号的图像特征进行振幅特征、相位特征及时频特征分析,总结不同媒质对高频电磁波的反射特征,提高地质雷达探测方面对异常的判断能力和...     

单裂隙水流对岩体裂隙法向刚度的影响研究

岩体边坡工程与地下工程稳定性主要依赖岩体中的节理、裂隙、软弱夹层等结构面的力学性态。基于岩体低渗透性与结构面导水性,采用广义双重介质模型,对孔隙空间建立非饱和渗流HM耦合方程。对饱水/干燥裂隙空间建立裂隙受压体积变化的HM耦合方程。通过考虑孔隙和裂隙界面处压力连续,实现两处模型在应力边界上的耦合。对开口裂隙、封闭裂隙、半开半闭裂隙岩体的非饱和渗流过程进行了数值模拟计算。由计算结果得知:裂隙的闭合程度影响裂隙水向孔隙消散,从而影响裂隙刚度;在正应力作用下,裂隙受压逐渐分段闭合,由于裂隙的不同位置具有不同的刚度特征,整条裂隙不具同步性,甚至由于裂隙面性质不同,刚度变化甚至出现反复性。     

全景钻孔图像中结构面全自动识别方法研究

 数字全景钻孔摄像技术在实际工程上得到了广泛的应用,获得大量的高精度实测钻孔图像。这些钻孔图像准确记录了地质特征信息,特别是结构面的几何形态特征。然而,这些特征信息的获取通常是由人工完成的,工作量大,人为因素较多。针对该问题,提出一种针对全景钻孔图像的结构面全自动识别方法。该方法首先提出用图像灰度梯度合成信号在钻孔深度方向的投影的方法来划分结构面所在区域及其产状范围;然后提出用标准模板正弦函数迭代匹配结构面特征量的方法来搜寻区域内结构面的所有可能正弦曲线,并从中筛选出最优的正弦曲线作为结构面的特征曲线;最后结合区域划分和模板函数匹配的结果,分析特征曲线参数,并进行再匹配和转换,最终得到工程所需的结构面位置、倾向、倾角和隙宽等参数,从而实现钻孔图像结构面的全自动识别。结果表明该方法能够连续快速地全自动识别整个钻孔图像内的结构面,并获得对应的高精度几何参数,算法稳定可靠、结构面识别率高。与传统方法相比,该方法首次实现了整个钻孔图像中结构面的全自动识别与几何参数提取,极大地提高了工作效率,为钻孔图像的后期处理与信息获取提供一种实际可行的有效方法。     

地质雷达在复杂公路探测热力管线的研究及应用

基于地质雷达探测原理,论证地质雷达用于复杂公路管线探测的可行性。针对北京望京地区复杂公路,采用SIR-20型地质雷达对施工面地质情况、管线平面位置和埋深进行实测,探测结果表明：相对介电常数较大的目标体吸收周围介质的电磁波信号;最大反射雷达波强度出现在管线顶部;底部产生的雷达波图像中“弧形”宽度大于顶部。基于以上研究,提出针对复杂公路管线探测的设计方案及事故处理措施,同时结合现场制定地质雷达测试热力管线方案。研究结果验证了利用地质雷达探测热力管线的可行性,为后续安全动态施工设计提供了依据,也为地质雷达在复杂公路管线探测方面积累一定的经验。     

深厚覆盖层结构面及软弱夹层诊断与定位--以金沙江下游乌东德水电站坝址为例

深厚覆盖层是一种特殊工程地基。其结构松散、岩性不连续、成因类型及岩土体结构组成复杂、物理力学性质呈非均质性分布。深厚覆盖层中的结构面、软弱夹层呈非连续性分布,给分层带来困难,是目前尚未解决的热点工程地质问题。结合乌东德水电站坝址深厚覆盖层分层进行实测试验,依据孔间电磁波Color-CT成像结果,揭示出深厚覆盖层内保存有完好的软弱夹层地质事件证据。以孔间Color-CT成像为研究对象,采用非线性计算岩土体吸收系数,将岩土体结构面进行阈值划分,把不同结构面区域标定出来,最终通过面积、位置参数、形状等特征划分出软弱夹层区域,定位出孔间剖面内软弱夹层个体数量和空间分布。     

机场道面地质雷达无损检测技术的应用

针对老旧机场修建资料缺失的情况,采用地质雷达无损检测技术对道面结构进行了检测,通过研究地质雷达波在机场道面结构中的传播反射特征,分析了道面基层缺陷情况的雷达响应图像,采用了以反射波幅及道面钻芯取样厚度递推反算的方法,对机场道面结构层材料介电特性及其整体厚度进行了反算分析,现场检测结果表明,利用地质雷达分析道面的结构组成及缺陷情况具有良好的效果。     

裂隙岩体水力行为的数值模拟研究

针对工程裂隙岩体的水力学特点,论文围绕二维混合介质模型,开展了水力介质模型的评价方法、混合介质模型流量守恒方程和系统水力耦合行为数值模拟方法的建立3方面的工作。混合介质模型视大规模工程裂隙岩体为不同水力性质的块体及块间空隙组成的系统,其中块体是作为等效连续介质来反映数量众多且级别低的结构面的总体水力贡献,块间空隙反映数量少但级别高的结构面的水力贡献。该模型的地质基础明确,可操作性强。为此,论文基于力学原理、等效原则和单个结构面的水力特征,建立了等效连续介质中的物理量;基于Cundall平均应力原理证明…     

方钢管混凝土柱新型节点和异形柱在住宅钢结构中的应用

介绍了住宅钢结构的发展概况,提出了两种方钢管混凝土柱与H型钢梁连接的新型刚接节点——外肋环板节点和隔板贯通节点,分析了方钢管混凝土异形柱的特点。结合一栋6层钢结构住宅工程,阐述了这两种新型节点的构成和优点,并设计了分别应用于角柱、边柱和中柱节点的不同节点形式。设计了应用于异形柱结构中的L形、T形和十字形柱的外肋环板节点和隔板贯通式节点,提出了一体化的外肋环板节点和隔板贯通式节点,并分析了其在结构中不同部位的应用,为在工程中进一步推广应用这两种新型节点和异形柱结构体系奠定了基础。     

水盐条件下混合钠盐盐渍土的地质雷达波形

盐渍土在天然状态下的含水率与含盐量具有不定性,为了研究粗粒混合钠盐盐渍土的地质雷达波形特征,根据含水率和含盐量调配了4组模型填土;采用SIR-3000地质雷达配备900 MHz天线对模型填土实施探测,并据此获得探测彩色图像及其初步特征;为了对彩色图像及其初步特征进行验证,基于实际场地实施现场实测。结果表明:影响彩色图像特征的主要因素是含水率,当含水率大于35%时,探测彩色图像变得模糊不清并具有“斑点状”特征,无法继续开展有效的解译分析,低频特征明显且主频不超过中心频率的1/3;当含水率低于20%时,电磁反射的强度随含盐量的增加而增强,探测图像反射明显且清晰可见,可读性良好。研究结果能为基于地质雷达的粗粒混合钠盐盐渍土的无损探测提供一定的参考与借鉴。     

应力波穿越分形节理时的透反射规律研究

 为探讨应力波穿越不规则节理时的透反射规律,先借鉴分形损伤理论,建立分形损伤本构关系;在此基础上,基于线性位移不连续体模型,引入分形损伤本构,推导应力波穿越非规则节理时透反射系数的解析解,给出透反射系数与分形维数间的理论表达式。通过激光表面仪对节理进行扫描试验,分析节理面的分形几何特征,采用SHPB节理岩石冲击动力学试验手段,探讨应力波穿越单一分形节理时的透反射规律,并将解析解与试验结果进行对比分析,研究结果显示,透反射系数的试验值与理论值之间误差较小,表明所建立的分形损伤本构关系与推导的应力波穿越分形节理的解析解是正确的。     

库水与地震力共同作用下金沙江特大桥桥址边坡动力响应研究

针对复杂地质构造的岩质边坡稳定性问题,进行含有不连续节理岩质边坡的大型振动台模型试验,研究库水与地震力共同作用下岩质边坡的动力响应规律及其破坏机制。通过向模型箱中注水和抽水来实现库水位升降的模拟,运用消波装置削弱箱壁引起的库水波浪反射波。研究发现,随着地震波的输入,库水面以下的边坡裂缝扩展较快;在相同地震波输入条件下,由于库水压力的存在,高水位工况边坡的加速度放大效应比低水位工况小。模型在库水与地震力共同作用下的破裂观测结果表明:库水入渗加剧了边坡裂缝扩展,库水骤降使边坡表层的加速度放大效应更加明显,不利于边坡稳定。边坡的破坏模式为:地震诱发上层坡体出现沿节理的裂缝,地震力增加及库水入渗加剧裂缝扩展,出现沿节理的贯通性裂缝;在地震力、库水入渗及库水骤降共同作用下,坡体沿上层结构面发生倾覆滑动破坏。     

含单组节理的双重非线性弹性岩石介质中的P波传播规律

为研究含单组节理的双重非线性弹性岩石介质中的P波传播规律,在空间域内设置许多间距极小、刚度极大的假节理。对特定节理位置赋予节理非线性变形BB模型,结合非线性波传播的特征线方程,得到一维P波传过含单组不同条数节理的双重非线性弹性岩石介质时透射波的时域半数值解。编写有限差分程序,利用已有计算实例对程序进行验证,并通过计算模拟作进一步参数研究。详细讨论P波参数、节理力学参数、节理条数、节理间距和岩石非线性系数对透射波首波与后续波波形、首波透射系数、首波与后续波能量的影响。研究结果表明,随着传播距离的增大,大振幅且低频的P波波形发生畸变;小振幅且低频的P波对岩石的非线性作用不敏感。节理间距和岩石非线性系数对首波透射系数、首波能量和后续波能量产生不同程度的影响。振幅较小、频率较高的P波传过条数较多的单组节理时,节理表现出明显的滤波和分解能量的作用。     

钢筋套筒连接节点灌浆饱满度检测试验研究

采用冲击弹性波和超声波法对预制装配式剪力墙结构钢筋套筒连接节点的灌浆饱满度进行了检测,对比分析了竖向"梅花形"和双排对称套筒连接节点不同工况下的测试结果。结果表明,超声波法可通过声速值的变化判别出套筒连接节点的灌浆饱满度,冲击弹性波法可通过频谱图中卓越频率、测区名义厚度和反射时间的变化判别出套筒连接节点的灌浆饱满度;对于双排对称套筒连接节点,超声波法难以确定正反面哪根套筒具有脱空缺陷,而冲击弹性波法可通过卓越频率的变化判别出正反面每根套筒的灌浆饱满度。     

新型斜拉桥与摩天轮组合结构在地震多点激励作用下的响应分析

地震地面运动的空间变化效应(特别是行波效应)对大跨度结构的响应有很大影响。本文以天津慈海桥为工程背景建立了新型斜拉桥和摩天轮组合结构的动力分析模型,利用通用分析软件ANSYS对慈海桥行波效应进行了分析与讨论,研究比较了是否考虑行波效应以及不同相位差条件下行波效应的结构位移和内力响应,得到了慈海桥独特的地震反应特性。研究结果表明:与一致地震激励相比,地震动的空间变化特性可以使慈海桥的地震响应发生较大改变。     

深圳大运中心体育馆铸钢节点构造选型和模型试验研究

结合深圳大运中心体育馆大跨度钢结构关键连接节点,对铸钢节点的构造选型进行了设计。根据原型节点的受力特点,设计制作了1∶2的节点模型及其加载装置,并且进行了静力加载试验,对节点各分支杆件的应力状况和变形进行了测试。试验结果表明:在1.3倍设计荷载作用下,节点大部分区域处于弹性受力状态,节点杆件的转角和位移很小,说明该节点在承载力和刚度方面能够满足安全性和适用性要求;位于节点中轴面上的杆件连接耳板和销轴受压偏斜变形,为此提出了改进构造的措施——将杆件耳板直接顶压在节点区域,销轴不是用作抗剪构件而仅作为限位构件。将试验结果与有限元分析结果进行对比,结果符合较好。结合本研究针对铸钢节点的研究、设计制造、材质检验提出了建议。     

基于微观结构的多孔沥青混合料吸声模型

为了在设计阶段实现基于设计参数的多孔沥青混合料吸声性能预估,构建了基于微观结构的多孔沥青混合料吸声模型.依据声-电类比理论,计算了多孔沥青混合料吸声模型的声阻抗和吸声系数;运用图像处理技术及统计分析方法,得到了多孔沥青混合料"特征孔隙直径";依据多孔沥青混合料吸声模型微单元体中毛细管长度随圆球与毛细管截面直径比值的变化规律,得到了微单元体中毛细管的结构参数取值.结果表明:所构建的多孔沥青混合料吸声模型预测的给定声波频率下试件最大吸声系数及其对应频率与驻波管法实测值之间具有良好的相关性,验证了该模型在预测多孔沥青混合料吸声特性方面的准确性.