原文传递
基于光纤光栅传感的水下盾构隧道结构变形状态感知研究
| 论文题名： | 基于光纤光栅传感的水下盾构隧道结构变形状态感知研究 |
| 关键词： | 水下盾构隧道;结构变形;状态感知;光纤光栅传感 |
| 摘要： | 随着我国交通路网建设规模日益增长，盾构隧道作为跨江越海、连接各地理单元、克服水域阻碍的关键性工程，在促进区域经济单元间的流动与资源整合等方面具有重要作用。盾构隧道多建设于江河湖海之下，高水压、高地层荷载、断层破碎带等问题使得盾构隧道结构安全面临严峻挑战。众多问题中，又以水-土压力作用场景最为普遍与突出，且水-土压力引起管片横向收敛变形相反，成为影响隧道运营安全的重要因素。本文引入光纤布拉格光栅（FBG）传感技术，通过理论推导、数值仿真与模型试验等研究方法，以水下盾构隧道结构变形状态作为研究对象，结合光纤光栅变形感知方法，围绕水-土压力耦合作用下盾构隧道管片结构变形状态与变形规律开展研究，通过数值计算与模型试验对比验证，论文主要工作和研究成果如下： （1）基于剪切滞后原理和表贴式FBG传感元件结构，建立FBG传感元件与隧道管片之间应变传递力学模型，分析传感元件应变传递机制与影响因素，推导传感元件应变传递效率K与控制参数k的表达式。给出了元件与不同材料之间应变传递效率，通过数值模拟与模型试验，验证衬砌弹性模量和基材直径对应变传递效率的作用关系。通过曲率标定试验，给出了FBG传感元件对结构曲率的感知准确度与灵敏度，得到曲率感知精度与隧道直径的变化规律。 （2）借助数值仿真手段，采用实体单元构建水下盾构隧道匀质圆环模型，通过细化网格尺寸的方法得到盾构隧道管片应变分析的最佳网格长度，给出了FBG传感元件应用的最优长度。通过各级水-土荷载工况的加载，得到了水下盾构隧道管片在不同工况下的结构变形趋势。给出了水压能有效降低管片因地层荷载引起变形的范围，表明一定的水压能稳定管片结构变形。 （3）采用“盾构隧道-地层-水压复合试验系统”，制作盾构隧道管片衬砌缩尺模型，结合FBG传感技术，开展了水-土压力场景下盾构隧道相似模型试验，得到了管片模型结构变形信息，并与数值模拟所得信息对比验证，得到了可有效降低管片结构变形时水压与土压值，总结出水-土压力双因素作用下盾构隧道管片结构应变、曲率、位移三个参数的特征与变化规律。 |
| 作者： | 姚忠明 |
| 专业： | 建筑与土木工程 |
| 导师： | 邢荣军;蒋树屏 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 重庆交通大学 |
| 学位年度： | 2022 |
检索历史
应用推荐
