基于光纤传感的隧道管片结构形态感知试验及数值模拟研究

作     者：宋明 刘继国 舒恒 彭文波 邢荣军 李铮 SONG Ming;LIU Jiguo;SHU Heng;PENG Wenbo;XING Rongjun;LI Zheng

作者机构：中交第二公路勘察设计研究院有限公司湖北武汉430056 中国交建隧道与地下空间工程技术研发中心湖北武汉430056 重庆交通大学重庆400074 中国路桥工程有限责任公司北京100011 

基　　金：新疆维吾尔自治区重大科技专项(2020A03003-4) 湖北省重点研发计划项目(2023BCB048) 中交集团重大科技研发项目(KJFZ-2023J-038) 

出 版 物：《隧道建设（中英文）》 (Tunnel Construction)

年 卷 期：2024年第44卷第10期

页      码：1993-2004页

摘      要：为精确感知环境荷载作用下隧道管片的结构形态,采用光纤传感技术,构建表贴式光纤传感元件纤芯层-防护层-基体层-被测层的多层力学模型,分析光纤应变传递机制,推导表贴式光纤传感元件的应变传递率公式,验证光纤传感元件对隧道管片结构形态感知的精度。采用1∶20缩尺模型开展试验研究,测量不同水压、土压力下管片的应变变化。结合ANSYS数值模拟,对比分析在有水压与无水压2种荷载工况下隧道管片结构的应变响应,揭示水-土耦合压力对隧道管片结构变形的影响机制。结果表明:1)在10 mm光栅长度下,光纤传感元件的平均应变传递率可达到95.1%;2)均布水压的存在对隧道管片结构变形具有一定的稳定效果;3)水-土耦合压力作用下,隧道管片结构拉、压应变变化呈现不同步现象,其中拱腰处压应变变化较拱顶处拉应变变化更为提前,表明拱腰区域对水-土耦合压力的作用更为敏感;4)有水压地层环境下,当地层荷载为0~1.6 MPa时,隧道管片结构位移呈现波动变化趋势;5)当荷载进一步达到1.6~2.4 MPa时,隧道管片结构位移呈线性增加趋势。

主 题 词：隧道管片 光纤传感 应变传递 数值模拟 缩尺模型 结构形态感知 

学科分类：081406[081406] 08[工学] 0814[工学-地质类] 082301[082301] 0823[工学-农业工程类] 

核心收录：

D　O　I：10.3973/j.issn.2096-4498.2024.10.008

馆 藏 号：203155535...