基于DEM-FDM耦合模拟的盾构隧道浆液扩散特性研究

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作者 汪优 李国鹏 +2 位作者 王瑞 黄参 李国伟 《工程地质学报》 北大核心 2025年第2期667-678,共12页

盾构隧道注浆对于保障隧道的后期沉降稳定以及减缓地表沉降具有重要意义,然而目前大多盾构施工过程中的注浆工作缺乏完整系统的理论参考,尤其是其数值实现,更是鲜有开展。针对盾构施工过程中的壁后注浆,开展了基于DEM-FDM耦合及颗粒生... 盾构隧道注浆对于保障隧道的后期沉降稳定以及减缓地表沉降具有重要意义,然而目前大多盾构施工过程中的注浆工作缺乏完整系统的理论参考,尤其是其数值实现,更是鲜有开展。针对盾构施工过程中的壁后注浆,开展了基于DEM-FDM耦合及颗粒生成器的数值仿真,以实现精细化模拟浆液自注浆孔注入盾尾间隙并对围岩及管片产生浆液压力的过程。研究分析了两种盾尾间隙形式时,浆液在管片后间隙中的扩散状态以及对于围岩的挤密效应。结果表明,浆液在盾尾间隙中的扩散可分为以各注浆孔为起始点的扩散阶段、各个注浆孔注入的浆液泡相互连接接触阶段,以及最终的间隙填充阶段3个阶段;注浆过程中,浆液以一定初速度喷射进入盾尾间隙,但浆液向两侧及向上的扩散速度缓慢,因此造成应力快速增大,而当停止注浆后,浆液压力逐渐消散稳定,呈现出下降趋势;浆液注入盾尾间隙后能够显著减小地表沉降。 展开更多

关键词 盾构隧道 注浆 离散元 有限差分 颗粒生成器

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一种局部受激布里渊光时域反射系统最优探测距离自动识别方法 被引量：1

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作者 陈奕 高波 +7 位作者 付林林 王笑微 朱海军 刘江涛 钟振涛 李拥政 郭林峰 徐小敏 《光子学报》 北大核心 2025年第3期43-56,共14页

工程使用中的分布式传感光缆的长度、种类和状态,以及布里渊光时域反射系统中光源器件的线宽、功率等参数都会影响受激布里渊散射阈值的大小,如何在各种不同的状态对应的受激阈值条件下,最大程度发挥系统检测性能,是紧凑型中低成本布里... 工程使用中的分布式传感光缆的长度、种类和状态,以及布里渊光时域反射系统中光源器件的线宽、功率等参数都会影响受激布里渊散射阈值的大小,如何在各种不同的状态对应的受激阈值条件下,最大程度发挥系统检测性能,是紧凑型中低成本布里渊光时域反射系统在工程应用中值得研究的问题。提出一种基于短时傅里叶变换的自动识别光纤沿线受激布里渊散射的光电路解调方案以及信号处理方法,以确定局部受激布里渊光时域反射系统最优传感距离。在实验中,对2000 m的光纤进行测量,设置脉冲宽度为20 ns,使用20 kHz的脉冲频率,识别到受激布里渊散射位置为1230.2 m,并通过布里渊频移实验数据验证了该方法的有效性。此外,还对不同脉冲宽度、频率和光纤长度进行了实验。通过实验研究进一步明确了紧凑型低成本局部受激布里渊光时域反射系统中传感光纤的有效受激区域和最佳传感使用距离,增强了布里渊光时域反射系统的工程实用性。 展开更多

关键词 分布式光纤传感 布里渊光时域反射 短时傅里叶变换 自发布里渊散射 受激布里渊反射

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利用局部受激散射提升布里渊光时域反射系统性能 被引量：4

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作者 陈映恺 乐晨 +7 位作者 郑永红 朱海军 钟振涛 刘江涛 刘阳 李拥政 郭林峰 徐小敏 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第6期122-131,共10页

分布式光纤传感技术在工程领域中逐渐得到大规模应用,为了简化传感解调模式以提高光纤监测方案的工程便捷性和可行性,在降低光纤监测成本的同时提高监测的精度和准确性,提出了一种基于局部受激散射的布里渊光时域反射系统。在采取光纤... 分布式光纤传感技术在工程领域中逐渐得到大规模应用,为了简化传感解调模式以提高光纤监测方案的工程便捷性和可行性,在降低光纤监测成本的同时提高监测的精度和准确性,提出了一种基于局部受激散射的布里渊光时域反射系统。在采取光纤单端探测以满足工程便捷使用要求的基础上,利用连续泵浦光的自发布里渊散射与系统中的探测脉冲光作用,通过自发布里渊散射系统中产生的局部受激布里渊散射模式,来提升布里渊光时域反射仪的传感距离和测温精度。通过此方法,可使原低成本布里渊光纤传感系统在使用宽度为100 ns的常用探测光脉冲基础上,将2.7 km测温光缆的末端测温精度提升至±1.27℃,提升了283%,改善了系统的测温精度和传感距离,且该结构不额外增加运算时间及其他冗余光电器件。与传统相干探测结构相比,该系统为改善低成本建筑工地专用布里渊光时域反射仪的性能提供了一种途径,尽量满足当前阶段建筑工程领域对超低成本分布式光纤解调仪的应用需求。 展开更多

关键词 光纤传感 布里渊光时域反射仪 受激布里渊散射 测温精度 结构优化

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施工顺序对微型钢管桩加固既有基础变形的影响试验研究

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作者 刘江涛 李存军 +3 位作者 于江华 张彦红 张春彬 孔纲强 《土木与环境工程学报（中英文）》 CSCD 北大核心 2024年第4期100-108,共9页

微型钢管桩由于具有施工效率高、对周围环境友好等技术优点,被广泛应用于既有建筑物的增层改造、加固及纠偏工程中。施工顺序会影响加固或纠偏效果,甚至影响建筑物的安全,然而围绕施工顺序对微型钢管桩加固既有基础的变形特性影响的研... 微型钢管桩由于具有施工效率高、对周围环境友好等技术优点,被广泛应用于既有建筑物的增层改造、加固及纠偏工程中。施工顺序会影响加固或纠偏效果,甚至影响建筑物的安全,然而围绕施工顺序对微型钢管桩加固既有基础的变形特性影响的研究仍相对不足。基于透明土材料和粒子图像测速(Particle Image Velocimetry,PIV)处理技术,开展不同沉桩顺序(逆时针、顺逆时针结合、Z字形及对称形)下既有基础微型桩加固的可视化模型试验,分析加固过程引起的桩周土体位移场变化,以及不同沉桩加固顺序对既有承台的影响规律,并确定最优的加固方案。结果表明,在试验条件下,承台面下方的桩对桩周的土体有挤密作用,在承台周边压桩时,承台面下方的桩周围土体位移较小,相对于无承台情况影响范围缩小42%,最大位移缩小36%;对称加固顺序相对最优,施工过程中对既有基础的抬升位移仅为最不利加固顺序时的56%。 展开更多

关键词 既有基础 微型钢管桩 透明土 加固顺序 位移场

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一种减小光纤传感系统频谱噪声的信号处理方法研究

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作者 黄秋茗 乐晨 +4 位作者 朱海军 钟振涛 刘阳 李拥政 郭林峰 《仪表技术与传感器》 CSCD 北大核心 2024年第9期106-111,117,共7页

针对基于短时傅里叶变换的布里渊光时域反射仪(STFT-BOTDR)系统噪声频谱泄漏导致的布里渊频移误差问题,提出利用布莱克曼窗函数解决频谱噪声的信号处理方法。首先搭建STFT-BOTDR系统,采集到包含系统变频模块产生低频噪声的布里渊信号,... 针对基于短时傅里叶变换的布里渊光时域反射仪(STFT-BOTDR)系统噪声频谱泄漏导致的布里渊频移误差问题,提出利用布莱克曼窗函数解决频谱噪声的信号处理方法。首先搭建STFT-BOTDR系统,采集到包含系统变频模块产生低频噪声的布里渊信号,然后分别利用海明窗函数和布莱克曼窗函数解调的布里渊增益谱和布里渊频移分布。实验结果显示:利用布莱克曼窗函数比利用海明窗函数更能有效解决STFT-BOTDR系统中由于低频噪声发生频谱泄漏产生的谐波使布里渊增益谱失真的现象,减少布里渊频移的测量误差。实验表明利用窗函数解决系统频谱噪声的方法,在1.8 km的待测光纤上利用布莱克曼窗函数解调的布里渊频移分布测量精度达到1.4691 MHz,系统性能得到了提升,有利于加速低成本、中精度STFT-BOTDR系统的工程应用进程。 展开更多

关键词 短时傅里叶变换 布里渊光时域反射仪 频谱泄漏 布莱克曼窗函数 测量精度

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悬挂式深基坑地下连续墙支护数值模拟及工程优化 被引量：23

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作者 丰土根 乔广轩 +1 位作者 刘江涛 张箭 《科学技术与工程》 北大核心 2021年第29期12679-12687,共9页

现场监测难以预测基坑和围护结构后期变形规律,为提前预判并规避基坑破坏风险,采用数值模拟方法预测基坑变形及围护结构工作状态。依托南京市和燕路过江通道八卦洲明挖段实际工程,针对悬挂式地下连续墙深基坑支护方式,动态模拟基坑开挖... 现场监测难以预测基坑和围护结构后期变形规律,为提前预判并规避基坑破坏风险,采用数值模拟方法预测基坑变形及围护结构工作状态。依托南京市和燕路过江通道八卦洲明挖段实际工程,针对悬挂式地下连续墙深基坑支护方式,动态模拟基坑开挖,研究地连墙墙体深层水平位移和墙体弯矩变化规律,对比监测数据验证模拟合理性。结果表明,改变悬挂式地下连续墙厚度及埋深,发现地连墙厚度增大可减小深层水平位移,但对抗弯性能要求较大;增大墙体埋深可减小水平位移和墙体弯矩,但超过一定深度影响减小,通过寻求墙体厚度及埋深合理值,优化施工方案。 展开更多

关键词 悬挂式深基坑 地下连续墙 数值模拟 工程优化

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水冷作用对地铁车站板式结构硬化翘曲影响现场试验 被引量：4

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作者 胡帅军 孔纲强 +3 位作者 刘江涛 周杨 钟国 杨庆 《铁道科学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第5期1929-1938,共10页

混凝土水化作用引起结构发生温度开裂,严重威胁混凝土的施工质量,造成车站结构渗漏。目前针对车站结构水化热温控技术的研究相对不足。为此,在混凝土结构中埋设换热管搭建地铁车站结构的水管冷却温控系统,开展地铁车站板式结构水化热水... 混凝土水化作用引起结构发生温度开裂,严重威胁混凝土的施工质量,造成车站结构渗漏。目前针对车站结构水化热温控技术的研究相对不足。为此,在混凝土结构中埋设换热管搭建地铁车站结构的水管冷却温控系统,开展地铁车站板式结构水化热水管冷却现场试验,实测车站结构的水化热温度和早期应变变化。首先,对比分析水管冷却技术对车站结构水化热的温控效果,并讨论水管冷却的换热机理;其次,分析车站板式结构的硬化变形行为,进一步探讨水管冷却对车站结构早期硬化热力行为的影响。研究表明:由换热管、水泵、水箱等设备构成的水管冷却系统可以用于地铁车站板式结构的水化热温控调节;与自然冷却相比,水管冷却通过加速内部混凝土与外界环境的热交换可降低车站结构水化热峰值温度3℃,提前水化进程约35 h;车站板式结构的水化热残余拉应力较块状结构和柱状结构略大,其水化热变形可分为受热“凹形”翘曲、散热翘曲恢复和散热“凸型”残余翘曲3个阶段;水管冷却可降低车站结构的早期峰值压应力、残余拉应力、温度翘曲应力约1/3,表明水管冷却系统可以有效控制车站结构的早期裂缝。研究结果对地下地铁车站结构早期开裂控制有一定的参考价值。 展开更多

关键词 地铁车站 水管冷却 混凝土水化热 翘曲变形 现场试验

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泡沫稳定性对土压平衡盾构砂卵石渣土改良效果 被引量：2

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作者 齐飞 刘江涛 +2 位作者 钟小春 张坤勇 丰土根 《河海大学学报（自然科学版）》 CAS CSCD 北大核心 2023年第1期105-109,137,共6页

为确保土压平衡盾构在砂卵石地层施工时切削的渣土具有良好的工程特性,以成都轨道17号线明九区间2号风井—九江北区间为背景,采用不同稳定性的泡沫剂分别掺入卵砾石含量为20%、40%和60%的砂卵石渣土中,开展室内坍落度试验、渗透试验和... 为确保土压平衡盾构在砂卵石地层施工时切削的渣土具有良好的工程特性,以成都轨道17号线明九区间2号风井—九江北区间为背景,采用不同稳定性的泡沫剂分别掺入卵砾石含量为20%、40%和60%的砂卵石渣土中,开展室内坍落度试验、渗透试验和喷涌试验,研究各种泡沫土流动性、渗透性和时效性的变化规律,探讨泡沫剂稳定性与砂卵石渣土的适应性。结果表明:稳定性好的泡沫能够适应卵砾石含量低于60%的砂卵石土层,即泡沫稳定性的提高有利于扩大砂卵石地层的适用范围;稳定性好的泡沫剂能够保持改良砂卵石渣土掘削排渣全过程良好的流动性、抗渗性;过量的泡沫掺入改良的砂卵石渣土易发生离析,造成改良后的渣土难以达到良好的和易性;泡沫改良砂卵石渣土的喷涌压力可作为检验改良效果的重要指标。 展开更多

关键词 土压平衡盾构 砂卵石地层 泡沫剂 渣土改良

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土压平衡盾构渣土浆液配比优化研究 被引量：18

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作者 张箭 金俊杰 +1 位作者 丰土根 刘江涛 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第4期748-757,共10页

粉质黏土是城市浅覆盾构隧道工程中常见渣土,如何实现渣土的就地资源再利用是盾构领域亟待解决的问题。以南京地铁7号线某粉质黏土地层盾构掘进段为工程背景,采用X射线衍射技术及室内试验等手段,结合SPSS多元回归分析及Matlab多目标规... 粉质黏土是城市浅覆盾构隧道工程中常见渣土,如何实现渣土的就地资源再利用是盾构领域亟待解决的问题。以南京地铁7号线某粉质黏土地层盾构掘进段为工程背景,采用X射线衍射技术及室内试验等手段,结合SPSS多元回归分析及Matlab多目标规划工具,开展符合现场要求的渣土浆液配比优化研究,探讨粉质黏土替代壁后注浆浆液膨润土的可行性,结合现场实际,研究浆液性能及注浆参数等对渣土浆液渗透阶段扩散规律的影响。研究结果表明:通过配比优化,粉质黏土可替代膨润土制备满足现场施工要求的渣土注浆浆液;性能最优配比渣土浆液在7d和28d强度、泌水率和28d结石体收缩率方面有优势,具备较好的胶结强度、结石效果和稳定性,可节省10.0%的成本;成本最优配比浆液比原配比浆液性能更优,且可节省20.2%的成本。相较于原配比浆液,采用性能最优配比浆液时要适当的减小注入率,采用成本最优配比浆液时要适当的增加注入率。 展开更多

关键词 盾构隧道 同步注浆 粉质黏土 多目标规划 扩散机理

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南通地铁盾构下穿既有建筑诱发基础沉降分析 被引量：16

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作者 张斌 王瑞 汪优 《土木与环境工程学报（中英文）》 CSCD 北大核心 2023年第3期24-33,共10页

针对盾构机下穿既有建筑问题,以南通地铁1号线环城东路站至中级人民法院站盾构区间下穿森大蒂花苑老旧居民区为研究对象,基于现场沉降监测,进行盾构施工对既有邻近建筑基础沉降的影响分析,针对盾构隧道下穿该老旧居民区进行数值模拟,综... 针对盾构机下穿既有建筑问题,以南通地铁1号线环城东路站至中级人民法院站盾构区间下穿森大蒂花苑老旧居民区为研究对象,基于现场沉降监测,进行盾构施工对既有邻近建筑基础沉降的影响分析,针对盾构隧道下穿该老旧居民区进行数值模拟,综合考虑上部建筑荷载及盾构施工对围岩的扰动,对建筑物基础沉降进行分析。结果表明:盾构机在高富水砂土、粉土中掘进时,由于对地层的扰动和孔隙水消散等原因,易使机头扭转,造成掘进不稳定,最终引起地表沉降;而通过设置合理的土压力值,保持掘进面平衡,尽量使盾构机平稳通过,同时做好注浆、衬砌与地层间缝隙填充等工作,能够有效减小盾构引起的地表沉降。 展开更多

关键词 盾构隧道 地表沉降 基础沉降 邻近建筑 数值模拟

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新近施工邻桩水化热消散过程相互影响现场试验 被引量：2

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作者 戴国豪 孔纲强 +2 位作者 卢春林 阮国余 刘民易 《土木工程学报》 EI CSCD 北大核心 2023年第S01期1-11,共11页

在地铁车站基坑支护桩施工期间,钻孔灌注桩在混凝土浇筑初期由于水化热的作用扰动桩周土体温度场,对邻近既有混凝土灌注桩的水化热消散过程产生影响。基于南京地铁7号线车站基坑工程,开展邻桩施工水化热消散过程相互影响的现场试验,实... 在地铁车站基坑支护桩施工期间,钻孔灌注桩在混凝土浇筑初期由于水化热的作用扰动桩周土体温度场,对邻近既有混凝土灌注桩的水化热消散过程产生影响。基于南京地铁7号线车站基坑工程,开展邻桩施工水化热消散过程相互影响的现场试验,实测桩身温度、热致应变或应力等变化规律;初步探讨向灌注桩身内通入循环冷却水流对混凝土早期水化热消散过程的影响;采用有限线源传热模型对邻桩施工水化热引起的既有桩基温度变化进行分析,通过与试验结果的对比验证了模型。研究结果表明,水化热线源传热模型适用于桩基浇筑前期(14d内)水化热消散过程中温度变化的计算,而后期的水化热传导过程需考虑桩土接触面上的热阻以及计算点处热量的消散等影响因素;本文试验条件下,水化热消散引起的桩身温度应力,最高可达到C35混凝土轴心抗压强度的18.6~46.7%;既有桩基产生的使得新近施工桩基的水化热分布比单独桩基水化热自然消散的温度分布相对更为均匀;当桩的中下部存在高导热系数的岩土层时,可以加速桩周土的温度上升和水化热耗散过程。2倍桩间距情况下,邻桩孔位的温度升高值最大不超过0.15℃,影响可以忽略不计,隔桩施工、邻桩浇筑间隔时间应不小于7天以减轻邻桩水化热的相互影响,促进桩周土体热流的均匀分布。 展开更多

关键词 基坑支护 钻孔灌注桩 水化热 温度应力 传热模型 现场试验

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小净距盾构隧道施工诱发邻近建筑物沉降分析 被引量：6

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作者 李国鹏 王瑞 +1 位作者 赵晓薇 汪优 《铁道建筑》 北大核心 2023年第1期105-110,共6页

针对小净距穿越两栋建筑物的地铁盾构隧道施工引起地表沉降和两侧建筑物倾斜的问题,采用数值模拟方法分析盾构隧道施工对邻近建筑物及其桩基础的影响。结果表明:后行线(北线)开挖引起的隧道轴线上方地表沉降略小于先行线(南线),两者叠... 针对小净距穿越两栋建筑物的地铁盾构隧道施工引起地表沉降和两侧建筑物倾斜的问题,采用数值模拟方法分析盾构隧道施工对邻近建筑物及其桩基础的影响。结果表明:后行线(北线)开挖引起的隧道轴线上方地表沉降略小于先行线(南线),两者叠加形成的沉降槽呈偏W形;开挖面位置一定时,桩顶沉降大于水平位移,桩底沉降与水平位移接近;随着开挖面接近桩,桩顶沉降和桩底水平位移逐渐增大,在开挖面通过2倍洞径后桩底水平位移逐渐趋于稳定,在开挖面通过6倍洞径后桩顶沉降逐渐趋于稳定;随着开挖面接近桩,桩顶及桩底水平位移朝向隧道,桩中部则远离隧道。 展开更多

关键词 地铁隧道 地表沉降 建筑物倾斜 沉降监测 数值模拟 小净距隧道 盾构 桩基础

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