共16個(gè)結(jié)果
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0731
結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)關(guān)于位移傳感器的選擇和注意事項(xiàng)
位移傳感器導(dǎo) 電 塑 料 電 位 器 （ 又 稱 電 子 尺 ）其 功 能 是 把 一 個(gè) 機(jī) 械 位移 轉(zhuǎn) 換 成 電 氣 信 號(hào) ，并 且 該 信 號(hào) 能 夠 與 機(jī) 械 運(yùn) 動(dòng) 成 正 比 。電刷裝配 連接 到 機(jī) 械 激勵(lì) 器 ， 繼 而 使 塑 料 阻 軌 產(chǎn) 生 一 個(gè) 電 壓 分 配 器 。電位計(jì)的阻軌兩端連接到穩(wěn)定的直流電壓（ 允許小電 流）。當(dāng)在電刷和修 正 阻 軌之 間測(cè) 量時(shí) ， 信號(hào)電壓 是電 壓分配器的主要部分，并且與阻軌上的電刷位置成正比。導(dǎo)電塑料電位器作為一個(gè)電壓分配器 ， 可以不必著重于阻軌上的總電阻的準(zhǔn)確度， 因?yàn)闇囟炔▌?dòng)只對(duì)電 阻產(chǎn) 生 作 用 ， 不會(huì)影響到 測(cè)量 結(jié)果 。導(dǎo) 電 塑 料 電 位 器 在 低 溫 下 輸 出 變 化 小 ， 低 扭 矩 操 作 和 高 速 應(yīng)用是導(dǎo)電塑料技術(shù)的獨(dú) 有特 征。 L V D T 的優(yōu)點(diǎn)在 于 ① 無(wú) 摩 擦 測(cè) 量 ； ② 無(wú) 限 的 機(jī) 械 壽 命 ；③無(wú)限的分辨 率 ； ④零位可重復(fù) 性 ； ⑤精度高 ； ⑥堅(jiān)固耐用 ； ⑦輸人/輸 出 隔離。L V D T 的 主 要 限 制 是 ： ① 為 得 到 線 性 性 能 ， 傳 感 器 的 外 殼 要比行程 長(zhǎng) ； ②輸出信號(hào)對(duì)輸入被測(cè)量存在一定的非線 性 ； ③價(jià)格相對(duì) 昂 貴 。 磁 致 伸 縮 位 移 傳 感 器 是 利 用 磁 致 伸 縮 原 理 ，通過(guò)兩個(gè)不同磁場(chǎng)相交產(chǎn)生一個(gè)應(yīng)變脈沖信號(hào)來(lái)準(zhǔn)確地測(cè)量位置的。這種傳感 器 的 輸 出 信 號(hào) 是 一 個(gè) 真 正 的 絕 對(duì) 值 ， 而 不 是 比 例 的或 放大處理的 信 號(hào) ，所以不存在信號(hào)漂移 或變 值的 情況 ， 更 無(wú) 需 定期標(biāo)定。磁致伸縮位移傳感器特點(diǎn) ： ①內(nèi)部非接觸式測(cè)量;②性能價(jià)格比高 ； ③多種輸出方式可供選 擇 ； ④ 防 浪 涌 、 防射頻干 擾 ； ⑤不需定期標(biāo)定和維 護(hù) ； ⑥ 安裝方 便 ;⑦ 高 精 度 、高 穩(wěn) 定 性 、高 可 靠 性 ； ⑧使用壽命 長(zhǎng) ； ⑨ 具 有輸 入電 源反 向 極性 保 護(hù) 功 能 ； ⑩ 結(jié) 構(gòu) 精 巧 、 環(huán)境適 應(yīng) 性 強(qiáng) 。它的缺點(diǎn)是不適于小位移的測(cè)量需求。G P S 動(dòng) 態(tài) 差 分 載 波 相 位 方 法 的 優(yōu) 點(diǎn) 是 ： ①各測(cè)站間無(wú)需通視 ， 是相互獨(dú)立的觀測(cè) 值 ；②可以全天候作業(yè)； ③能同時(shí)測(cè)定點(diǎn)的動(dòng)靜態(tài)三維**坐標(biāo)，無(wú)漂移現(xiàn)象 ； -
0723
水庫(kù)大壩時(shí)空變形監(jiān)測(cè)研究
水庫(kù)大壩時(shí)空變形監(jiān)測(cè)研究某水庫(kù)建于博格達(dá)山北麓和準(zhǔn)噶爾盆地南緣的沖積平原上，位于新疆阜康縣境內(nèi)。水庫(kù)工程2002 年4 月開(kāi)工建設(shè)，2005 年7 月大壩全斷面填筑至503． 00 m，水庫(kù)主體工程完成。放水涵洞底板及洞身混凝土的澆筑自2003 年9 月開(kāi)始，2004 年4 月完成。調(diào)水工程于2005 年9 月下旬試通水成功，水庫(kù)開(kāi)始蓄水，2006 年6 月正式通水，至2009 年7 月12 日庫(kù)內(nèi)**水位蓄至493． 35 m。該水庫(kù)庫(kù)容為2． 81 × 108 m3，屬大( 2) 型水庫(kù)，工程等級(jí)為Ⅱ等，其主要建筑物為粉質(zhì)壤土均質(zhì)土壩和鋼筋混凝土涵洞。壩頂高程503． 00 m，**壩高28 m。該水庫(kù)均質(zhì)土壩有如下兩個(gè)特點(diǎn): 一是壩軸線長(zhǎng)，大壩全長(zhǎng)約17． 6 km，其中主壩( 中壩段) 長(zhǎng)8． 264 km，東副壩長(zhǎng)3． 038 km，西副壩長(zhǎng)3． 27 km，南副壩長(zhǎng)3． 104 km; 二是壩基為深覆蓋軟基層，其中東、西、南副壩壩基埋深2 ～ 4 m 處還存在厚2 ～ 4 m 的軟弱夾層; 三是工程的泄水建筑物因地形限制采用在壩內(nèi)埋。為準(zhǔn)確掌握大壩的變形規(guī)律并及時(shí)做出分析預(yù)報(bào)，利用該水庫(kù)大壩14期的變形監(jiān)測(cè)資料，對(duì)該水庫(kù)大壩庫(kù)區(qū)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位的水平位移與豎向位移的關(guān)系進(jìn)行了初步的分析。大壩變形監(jiān)測(cè)布設(shè)和施測(cè)過(guò)程1． 1 大壩變形監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)變形監(jiān)測(cè)目的是對(duì)監(jiān)視對(duì)象或物體進(jìn)行測(cè)量以確定其空間位置隨時(shí)間的變化特征［1］。對(duì)水庫(kù)壩體重點(diǎn)部位進(jìn)行變形監(jiān)測(cè)，準(zhǔn)確掌握大壩的變形規(guī)律并及時(shí)做出分析預(yù)報(bào)，為水庫(kù)的運(yùn)營(yíng)管理提供科學(xué)的依據(jù)，這是大壩設(shè)計(jì)施工和運(yùn)行管理中不可缺少的一部分［2-3］。該水庫(kù)大壩共布置了56 個(gè)監(jiān)測(cè)斷面，212 個(gè)壩面變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)。作為承重壩的中壩每隔200 m 設(shè)置一個(gè)觀測(cè)斷面，每個(gè)斷面設(shè)置4 個(gè)綜合位移觀測(cè)標(biāo)點(diǎn)( 水平位移和豎向位移觀測(cè)共用) ，分別布置在壩頂上下側(cè)、下游壩馬道和坡腳; 東西副壩每隔300 m 設(shè)置一個(gè)觀測(cè)斷面，每個(gè)斷面設(shè)置3個(gè)斷面綜合位移觀測(cè)標(biāo)點(diǎn)，分別位于壩頂上下側(cè)和坡角。壩面變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)位如圖1 所示。變形監(jiān)測(cè)一個(gè)重要的特點(diǎn)是必須對(duì)變形體進(jìn)行周期性觀測(cè)。本工程實(shí)例中大壩建設(shè)初期為了更好地獲取大壩變形趨勢(shì)，2006 年持續(xù)觀測(cè)了4 期，當(dāng)大壩及其基礎(chǔ)變形過(guò)程已經(jīng)變得緩慢則可以減小觀測(cè)周期，2006 年后則每年定期觀測(cè)兩期。1． 2 大壩變形監(jiān)測(cè)實(shí)施過(guò)程大壩變形監(jiān)測(cè)主要完成的內(nèi)容包括: 水平位移基準(zhǔn)點(diǎn)檢測(cè)，豎向位移工作基點(diǎn)測(cè)量，大壩水平位移變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)測(cè)量，大壩豎向位移變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)測(cè)量。GPS 測(cè)量，共投入9 臺(tái)套標(biāo)稱精度為± 5 mm + 1 × 10 － 6 D ( D 表示距離，單位為km) 的Trimble Ｒ7 雙頻及Leica 單頻GPS 接收機(jī)，設(shè)置觀測(cè)衛(wèi)星高度角為15°，數(shù)據(jù)采樣間隔30 秒。數(shù)據(jù)采用Leica GPS 數(shù)據(jù)處理軟件廣播星歷計(jì)算，采用強(qiáng)制對(duì)中觀測(cè)方法，消除了人為對(duì)中誤差產(chǎn)生的影響［4］，天線基座上圓氣泡應(yīng)嚴(yán)格居中，偏差≤3( ') ［5］。對(duì)大壩基準(zhǔn)點(diǎn)、工作基點(diǎn)和監(jiān)測(cè)點(diǎn)分別進(jìn)行B、C、D 等級(jí)的觀測(cè)。其中B 級(jí)網(wǎng)觀測(cè)8 小時(shí)兩個(gè)時(shí)段; C 級(jí)網(wǎng)觀測(cè)時(shí)選擇2個(gè)穩(wěn)定的B 級(jí)點(diǎn)做滾動(dòng)觀測(cè)，觀測(cè)時(shí)間為2 小時(shí); D 級(jí)網(wǎng)與C 級(jí)網(wǎng)基準(zhǔn)點(diǎn)一并組網(wǎng)觀測(cè)，觀測(cè)時(shí)間為90 分鐘。幾何水準(zhǔn)測(cè)量方法是目前變形測(cè)量的主要手段，主要利用精密水準(zhǔn)儀進(jìn)行基準(zhǔn)點(diǎn)和沉降觀測(cè)點(diǎn)的高程測(cè)量，根據(jù)各周期沉降觀測(cè)點(diǎn)的高程變化分析建筑物的沉降變形情況［6］。本次觀測(cè)共投入Trimble DINI 型電子水準(zhǔn)儀2 臺(tái)套。基準(zhǔn)點(diǎn)檢測(cè)施測(cè)時(shí)各測(cè)段往返閉合差不大于豎向位移基準(zhǔn)點(diǎn)、工作基點(diǎn)二等水準(zhǔn)檢測(cè)。豎向位移變形點(diǎn)三等水準(zhǔn)觀測(cè)，起始于豎向位移工作基點(diǎn)II004，符合于豎向位移工作基點(diǎn)II005，與大壩變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)、C 級(jí)GPS 點(diǎn)、測(cè)井管口高程點(diǎn)、沉降管高程點(diǎn)、出水口底板監(jiān)測(cè)點(diǎn)等統(tǒng)一構(gòu)成一個(gè)大網(wǎng)?；鶞?zhǔn)點(diǎn)檢測(cè)施測(cè)時(shí)各測(cè)段往返閉合差不大于± 0． 72槡n ( n 為測(cè)站數(shù)) ; 壩面觀測(cè)點(diǎn)的豎向位移用三等水準(zhǔn)測(cè)量方法觀測(cè)，各測(cè)段往返閉合差不大于± 1． 4槡n ( n 為測(cè)站數(shù)) ［7］。通過(guò)計(jì)算統(tǒng)計(jì)得出，GPS 測(cè)量中D 級(jí)點(diǎn)點(diǎn)位中誤差M≤1 mm 的點(diǎn)數(shù)為36 個(gè)，所占比例為11． 1%; 點(diǎn)位中誤差1 mm ＜ M≤2 mm 的點(diǎn)數(shù)為96 個(gè)，所占比例為88． 9%; 點(diǎn)位中誤差2 mm ＜ M≤3 mm 的點(diǎn)數(shù)為0; *弱點(diǎn)位中誤差實(shí)測(cè)值為+ 1． 9 mm，允許值為± 3． 0 mm。變形點(diǎn)三等水準(zhǔn)網(wǎng)高程中誤差MH≤1 mm 所占比例為8． 6%，1 mm ＜ MH≤2 mm 所占比例為87． 6%，2 mm ＜ MH≤3 mm 所占比例為3． 8%，充分說(shuō)明了野外觀測(cè)數(shù)據(jù)的可靠性。表1 給出了水平位移C 級(jí)點(diǎn)點(diǎn)位精度統(tǒng)計(jì)情況。表1 C 級(jí)GPS 網(wǎng)二維約束平差點(diǎn)位精度統(tǒng)計(jì)表/mm點(diǎn)名中誤差x 中誤差y 中誤差C001 0． 3 0． 2 0． 6C002 0． 2 0． 1 0． 5C003 0． 2 0． 1 0． 5C004 0． 2 0． 2 0． 5C005 0． 2 0． 2 0． 5C006 0． 2 0． 2 0． 5C007 0． 2 0． 2 0． 5C008 0． 2 0． 2 0． 5C009 0． 3 0． 2 0． 6C010 0． 3 0． 2 0． 7C011 0． 3 0． 2 0． 6C012 0． 2 0． 1 0． 5C013 0． 2 0． 1 0． 42 大壩外部變形監(jiān)測(cè)成果分析及數(shù)學(xué)建模利用監(jiān)測(cè)資料對(duì)監(jiān)測(cè)對(duì)象所產(chǎn)生的變形進(jìn)行分析并預(yù)報(bào)其形變發(fā)展趨勢(shì)是變形監(jiān)測(cè)工作的一項(xiàng)重要內(nèi)容［8］。該水庫(kù)壩面變形監(jiān)測(cè)由新疆地震局測(cè)繪研究院承擔(dān)，本文中采用了前14 期變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)并進(jìn)行分析。2． 1 大壩豎向位移分析自2005 年9 月**監(jiān)測(cè)至第14 期觀測(cè)，豎向位移量較大測(cè)點(diǎn)主要集中在中壩直線段( 中壩3 + 601—中壩4 + 602) 和西轉(zhuǎn)彎壩段( 中壩4 + 848—中壩5 + 800) 。從第14 期監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析來(lái)看，在所有的212 個(gè)豎向位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)中，下沉的點(diǎn)位達(dá)到209 個(gè)，占所有監(jiān)測(cè)點(diǎn)比例為98． 6%，而抬升的點(diǎn)位只有3 個(gè)，所占比例僅為1． 4%，單從這里點(diǎn)來(lái)說(shuō)，大壩主體呈下降趨勢(shì)，但下降趨勢(shì)比往期已大大減緩( 圖2、圖3) 。從圖2、圖3 來(lái)看，大壩沉降變形量整體上是隨著大壩自身載荷的增加和時(shí)間的推移而呈現(xiàn)不斷下降的趨勢(shì)。從累計(jì)位移過(guò)程折線圖來(lái)看，大壩下沉的趨勢(shì)減緩。大壩建成初期，蓄水量較小，大壩基礎(chǔ)不穩(wěn)定，大壩沉降明顯，觀測(cè)點(diǎn)Z312 下沉量**，達(dá)到453． 74 mm。2009 年7 月12 日庫(kù)內(nèi)水位**蓄至493． 35 m，相應(yīng)庫(kù)容為1． 3 × 108 m3。由于蓄水量( 荷載) 的增加，從第4 期至第7 期下沉量又有急劇增加的趨勢(shì)，這一點(diǎn)可以從折線圖上得到很好地反映，之后下沉量逐漸減小。本期位移量大于10 mm 的監(jiān)測(cè)點(diǎn)有29 個(gè)，其中監(jiān)測(cè)點(diǎn)Z1113 下沉**達(dá)到26． 23 mm，但比往期下沉量有所減小，為確保大壩運(yùn)營(yíng)期間的安全，還應(yīng)該繼續(xù)定期進(jìn)行觀測(cè)。2． 3 回歸分析回歸分析是處理變量之間相關(guān)關(guān)系的一種數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法［9］，這種方法可進(jìn)行變形的物理解釋和變形預(yù)報(bào)［10］。SPSS 的基本功能包括數(shù)據(jù)管理、統(tǒng)計(jì)分析、圖表分析、輸出管理等。SPSS 統(tǒng)計(jì)分析過(guò)程包括描述性統(tǒng)計(jì)、均值比較、一般線性模型、相關(guān)分析、回歸分析等。本文中運(yùn)用IBM SPSS 軟件進(jìn)行回歸分析并建立數(shù)學(xué)模型，對(duì)自變量和因變量進(jìn)行長(zhǎng)期大量的觀測(cè)，則可以用回歸分析方法近似地估計(jì)出因變量與自變量，即確定變形與變形影響因子之間的函數(shù)關(guān)系。2． 3． 1 SPSS 簡(jiǎn)介SPSS( Statistical Product and Service Solutions) ，是一個(gè)組合式軟件包，它集數(shù)據(jù)處理、分析功能于一身。用戶可以根據(jù)實(shí)際需要和計(jì)算機(jī)的功能選擇模塊，以降低對(duì)系統(tǒng)硬盤容量的要求，有利于該軟件的推廣應(yīng)用。SPSS 統(tǒng)計(jì)分析過(guò)程包括描述性統(tǒng)計(jì)、均值比較、一般線性模型、相關(guān)分析、回歸分析、對(duì)數(shù)線性模型、聚類分析、數(shù)據(jù)簡(jiǎn)化、生存分析、時(shí)間序列分析、多重響應(yīng)等幾大類，每類中又分幾個(gè)統(tǒng)計(jì)過(guò)程，比如回歸分析中又分線性回歸分析、曲線估計(jì)、Logistic 回歸、Probit 回歸、加權(quán)估計(jì)、兩階段*小二乘法、非線性回歸等多個(gè)統(tǒng)計(jì)過(guò)程，而且每個(gè)過(guò)程中又允許用戶選擇不同的方法及參數(shù)。2． 3． 2 回歸方程中應(yīng)變量與自變量的確定在大壩變形分析中，當(dāng)用回歸分析法建模時(shí)，自變量因子的初步選擇主要有3 類因素: 水位因子、溫度因子、時(shí)間因子［9］。而在此項(xiàng)目變形觀測(cè)過(guò)程中，沒(méi)有獲取水位因子和溫度因子的準(zhǔn)確信息，所以在建模時(shí)，只能選擇時(shí)間T 作為**的自變量因子，即本文中選取的時(shí)間天數(shù)，選取監(jiān)測(cè)點(diǎn)位每期的水平位移或者豎向位移的總量作為因變量Y。下面將建立兩者之間的數(shù)學(xué)關(guān)系。2． 3． 3 回歸方程的建立分別從東壩、西壩，尤其是作為承重壩的中壩選取8 個(gè)點(diǎn)進(jìn)行回歸分析及其數(shù)學(xué)模型的建立。指定“時(shí)間T”變量為散點(diǎn)圖的橫軸變量，指定“豎向位移Y”為縱軸，先生成“豎向位移Y和時(shí)間T”的散點(diǎn)圖，經(jīng)過(guò)圖形樣條內(nèi)插，然后在此基礎(chǔ)上進(jìn)行回歸分析。SPSS 軟件回歸分析過(guò)程中，在不明確究竟哪種模型能更好去擬合樣本數(shù)據(jù)時(shí)，可選擇上述模型中的多種模型進(jìn)行擬合，SPSS 軟件將自動(dòng)完成模型的參數(shù)估計(jì)，并在結(jié)果輸出中判定系數(shù)Ｒ2、回歸方程顯著性檢驗(yàn)的F 值和概率P 值，**作為判定系數(shù)為主要依據(jù)，選擇其中**的模型進(jìn)行預(yù)測(cè)。在本文中選擇了曲線模型( Logarithmic) 、S 曲線模型( S) 、逆函數(shù)曲線模型( Inverse) 進(jìn)行對(duì)比分析，數(shù)學(xué)建模得到的圖形如圖5。通過(guò)對(duì)判定系數(shù)Ｒ2、回歸方程顯著性檢驗(yàn)的F 值和概率P 值的比較可以得出各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的回歸方程形式為Y = A + B × lg( X) ，系數(shù)A、B 的值如表2所示。表2 各監(jiān)測(cè)點(diǎn)回歸方程系數(shù)統(tǒng)計(jì)表監(jiān)測(cè)點(diǎn)位系數(shù)A 系數(shù)BD113 － 60． 578 799 14． 449 645Z212 － 637． 668 317 130． 372 590Z222 － 652． 336 295 131． 719 367Z317 － 624． 045 632 125． 593 341Z327 － 585． 486 245 117． 966 619Z1117 － 523． 469 086 109． 807 430Z312 － 828． 214 134 169． 418 978X114 － 112． 478 167 24． 692 699通過(guò)對(duì)圖5 中的圖形對(duì)比發(fā)現(xiàn)，所選擇的回歸方程很大程度上與散點(diǎn)圖走勢(shì)大致相似，大壩整體下降趨勢(shì)已逐步減緩，朝著穩(wěn)定的趨勢(shì)發(fā)展，這一點(diǎn)和圖3 圖形所得出的結(jié)論一致。但是回歸分析法有兩個(gè)重要的保證: 一是要有大樣本，因?yàn)閿?shù)據(jù)量小會(huì)導(dǎo)致分析結(jié)果不準(zhǔn)確甚至分析無(wú)法進(jìn)行; 二是要有特征分布［11］，而對(duì)于大壩水平位移因其特征分布不明顯( 從圖4 水平位移過(guò)程線圖可以看出) ，在此將不進(jìn)行回歸分析和建立數(shù)學(xué)函數(shù)模型。 -
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客運(yùn)專線特大橋沉降變形監(jiān)測(cè)?研究
文章編號(hào): 0494-0911( 2012) 07-0065-03中圖分類號(hào): TU196 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: B客運(yùn)專線特大橋沉降變形監(jiān)測(cè)研究牛海鵬，譚志祥，鄧喀中，郭 倉(cāng)( 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 國(guó)土環(huán)境與災(zāi)害監(jiān)測(cè)國(guó)家測(cè)繪局重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 徐州 221116) The Extra-large Bridge Monitor Research of Ballast Less Track for Passenger TrafficNIU Haipeng，TAN Zhixiang，DENG Kazhong，GUO Cang摘要:為獲得有效的客運(yùn)專線無(wú)砟軌道特大橋沉降數(shù)據(jù)，為客運(yùn)專線建設(shè)中的無(wú)砟軌道鋪設(shè)工作提供依據(jù)，在對(duì)客運(yùn)專線特大橋 沉降變形觀測(cè)特征研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合實(shí)例詳述該特大橋沉降變形測(cè)量的布點(diǎn)及觀測(cè)方法，并編制了三點(diǎn)法沉降評(píng)估的通用程 序，通過(guò)對(duì)沉降數(shù)據(jù)的處理與分析得出一些特大橋墩身沉降及梁體徐變的規(guī)律，為今后客運(yùn)專線的施工管理和科學(xué)研究等提供可 靠的資料。關(guān)鍵詞:客運(yùn)專線; 特大橋; 無(wú)砟軌道; 變形監(jiān)測(cè)一、引 言近年來(lái)，高速鐵路的興建極大地便利了人們的 出行。然而，行車速度達(dá) 200 km / h 以上的高速鐵路 與普通鐵路具有本質(zhì)上的差異。為滿足高速列車 安全、舒適的要求，保證線路的高平順性，無(wú)砟軌道 的鋪設(shè)與運(yùn)營(yíng)對(duì)路基、橋涵、隧道等線下結(jié)構(gòu)的工 后沉降要求均非常嚴(yán)格［1］。且無(wú)砟軌道具有建成 后不可調(diào)整的特點(diǎn)，要求線下工程沉降基本穩(wěn)定或 達(dá)到無(wú)砟軌道鋪設(shè)條件后才能開(kāi)始進(jìn)行無(wú)砟軌道 的鋪設(shè)工作，因此在客運(yùn)專線建設(shè)中必須對(duì)線下工 程進(jìn)行沉降變形觀測(cè)工作［2-3］。不少學(xué)者與工程技術(shù)人員對(duì)特大橋沉降變形 觀測(cè)與評(píng)估方法進(jìn)行了研究。楊吉新［4］ 根據(jù)對(duì)哈 大客運(yùn)專線中橋梁墩臺(tái)的點(diǎn)位布置及觀測(cè)方法進(jìn) 行了研究，并采用灰色系統(tǒng)模型進(jìn)行沉降預(yù)測(cè)，分 析了沉降規(guī)律。李明領(lǐng)［5］ 結(jié)合武廣鐵路客運(yùn)專線 沉降變形評(píng)估工作探討了工后沉降的預(yù)測(cè)方法及 評(píng)估條件與標(biāo)準(zhǔn)。秦國(guó)兵［6］ 結(jié)合沉陷性黃土地區(qū) 客運(yùn)專線工程，系統(tǒng)地介紹了沉陷性黃土地區(qū)無(wú)砟 軌道橋梁沉降預(yù)測(cè)及鋪設(shè)條件評(píng)估技術(shù)，并針對(duì)墩 臺(tái)沉降曲線擬合回歸的多種方法進(jìn)行了分析對(duì)比。 劉偉［7］等從客運(yùn)專線鐵路橋臺(tái)的設(shè)計(jì)方面進(jìn)行了 研究，從設(shè)計(jì)的角度分析了橋臺(tái)類型及構(gòu)造特點(diǎn)。 以上工作為無(wú)砟軌道沉降變形觀測(cè)與評(píng)估的開(kāi)展 奠定了基礎(chǔ)，然而無(wú)砟軌道沉降變形觀測(cè)與評(píng)估畢竟是近幾年才開(kāi)展的工作，目前國(guó)內(nèi)對(duì)于客運(yùn)專線特大橋沉降變形監(jiān)測(cè)的研究尚未有比較成熟的經(jīng) 驗(yàn)，還有很多技術(shù)問(wèn)題需要在工程實(shí)踐中不斷探 索，并加以完善。本文以河北某地客運(yùn)專線為例， 在對(duì)客運(yùn)專線特大橋沉降監(jiān)測(cè)的特點(diǎn)進(jìn)行分析后， 對(duì)該線路的特大橋沉降情況進(jìn)行了監(jiān)測(cè)和分析，研 究成果為無(wú)砟軌道客運(yùn)專線的沉降監(jiān)測(cè)具有一定 的借鑒作用。二、工程概況該客運(yùn)專線特大橋位于河北某地，總長(zhǎng) 3 409． 07 m， 地層為第四系全新統(tǒng)沖積層( Q4al + pl) 和第四系上 更新統(tǒng)沖積層( Q3al + pl) ，主要為黏土、粉質(zhì)黏土、 粉土、粉砂、細(xì)砂、中砂、粗砂、礫砂。地下水為第四 系孔隙潛水，地下水埋深 20． 0 ～ 26． 0 m，主要由大 氣降水及側(cè)向補(bǔ)給。 水位受季節(jié)影響，變化幅度2 ～ 3 m。該區(qū)段有橋臺(tái) 2 個(gè)，橋墩 102 個(gè)，連續(xù)梁 1片，其中承臺(tái)、墩身有 312 個(gè)觀測(cè)點(diǎn)。橋梁變形觀測(cè)應(yīng)以墩臺(tái)基礎(chǔ)的沉降和預(yù)應(yīng)力 混凝土梁的徐變變形為主。根據(jù)《客運(yùn)專線鐵路無(wú) 碴軌道鋪設(shè)條件評(píng)估技術(shù)指南》［1］ 的規(guī)定，橋梁基 礎(chǔ)沉降觀測(cè)標(biāo)志的設(shè)置如下。1． 承臺(tái)及墩身觀測(cè)標(biāo)設(shè)置路基上鋪設(shè)無(wú)砟軌道的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題是沉降 控制，尤其是對(duì)不均勻沉降的控制。承臺(tái)設(shè)置兩個(gè) 觀測(cè)標(biāo)，一個(gè)設(shè)置于底層承臺(tái)左側(cè)小里程角上，另收稿日期: 2011-06-28基金項(xiàng)目: 國(guó)家自然科學(xué)基金( 41071273)作者簡(jiǎn)介: 牛海鵬( 1987—) ，男，河北保定人，碩士生，主要研究方向?yàn)樽冃伪O(jiān)測(cè)。一個(gè)設(shè)置于底層承臺(tái)右側(cè)大里程角上。承臺(tái)觀測(cè) 標(biāo)為臨時(shí)觀測(cè)標(biāo)，當(dāng)墩身觀測(cè)標(biāo)正常使用后，承臺(tái)表 2 預(yù)應(yīng)力混凝土豎向變形觀測(cè)頻次觀測(cè)頻次觀測(cè)標(biāo)隨基坑回填將不再使用，沉降變形觀測(cè)點(diǎn)轉(zhuǎn)觀測(cè)階段備注觀測(cè)期限 觀測(cè)周期移至墩身。根據(jù)京津、武廣客專經(jīng)驗(yàn)，認(rèn)為每個(gè)墩臺(tái)的觀梁體施工完成 — — 設(shè)置觀測(cè)點(diǎn)測(cè)點(diǎn)可減少至 2 個(gè)，故墩身觀測(cè)點(diǎn)數(shù)量每墩不少于預(yù)應(yīng)力張拉期間 全程 張拉 前 后 各一次測(cè)試 梁 體 彈性變形2 處，且位于墩身兩側(cè)，橋墩標(biāo)一般設(shè)置在墩底高出 地面 1． 0 m 左右。橋臺(tái)觀測(cè)標(biāo)原則上設(shè)置在臺(tái)頂 ( 臺(tái)帽及背墻頂) ，測(cè)點(diǎn)數(shù)量不少于 4 處，分別設(shè)在橋 梁 附 屬 設(shè) 施 安裝預(yù)應(yīng)力張拉期間全程 安裝 前 后 各一次1 次 /1、3、測(cè)試 梁 體 彈 性變形臺(tái)帽兩側(cè)及背墻兩側(cè)( 橫橋向) ，從而方便了觀測(cè)、保證了精度。至 無(wú) 砟 軌 道 鋪設(shè)前無(wú) 砟 軌 道 鋪 設(shè)≥60 天5 天 后 期1 次 / 周2． 簡(jiǎn)支箱梁變形觀測(cè)期間 全程 1 次 / 天徐變是混凝土結(jié)構(gòu)作為粘滯彈性體特有的性無(wú) 砟 軌 道 鋪 240 ～ 3 個(gè)月1 次 / 月殘余 徐 變 變質(zhì)，對(duì)于簡(jiǎn)支梁橋而言，混凝土的徐變雖然僅引起結(jié)構(gòu)的變形，但對(duì)于采用階段法施工的混凝土連續(xù) 梁橋而言，由于各部分混凝土的加載齡期不同且屬設(shè)完成后個(gè) 4 ～ 12 個(gè)月 1 次/3 個(gè)月月 13 ～ 24 個(gè)月 1 次/6 個(gè)月形長(zhǎng)期觀測(cè)于超靜定結(jié)構(gòu)，徐變不僅增加結(jié)構(gòu)的變形，而且引 起結(jié)構(gòu)的內(nèi)力重分配［8］。這樣就能對(duì)橋梁造成過(guò) 大的變形甚至倒塌，故必須對(duì)橋梁進(jìn)行徐變觀測(cè)。 按照要求對(duì)該梁對(duì)稱布置了 14 個(gè)觀測(cè)點(diǎn)。三、變形觀測(cè)精度及頻度根據(jù)《客運(yùn)專線無(wú)砟軌道鐵路工程測(cè)量暫行規(guī) 定》［9］，路 基 觀 測(cè) 樁、沉 降 板 及 橋 涵、隧 道 觀 測(cè) 樁 ( 標(biāo)) 均按二等變形測(cè)量( 即國(guó)家一等水準(zhǔn)測(cè)量) 方 法進(jìn)行測(cè)量。精度應(yīng)達(dá)到 ± 0． 1 mm，故讀數(shù)應(yīng)保留0． 01 mm。其限差規(guī)定及精度要求如表 1 所示。表 1 沉降觀測(cè)的各項(xiàng)限差規(guī)定及精度要求四、沉降監(jiān)測(cè)方法沉降變形觀測(cè)測(cè)量按《客運(yùn)專線鐵路無(wú)碴軌道 鋪設(shè)條件評(píng)估技術(shù)指南》［1］、《客運(yùn)專線無(wú)碴軌道鐵 路工程測(cè)量暫行規(guī)定》［9］ 的要求執(zhí)行，故該段在全 線二等精度高程控制測(cè)量布設(shè)的基巖點(diǎn)、深埋水準(zhǔn) 點(diǎn)及一般水準(zhǔn)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，按照國(guó)家二等水準(zhǔn)測(cè)量 的技術(shù)要求進(jìn)一步加密水準(zhǔn)基點(diǎn)和設(shè)置工作基點(diǎn) 至滿足工點(diǎn)垂直位移監(jiān)測(cè)。根據(jù)京津城際沉降觀 測(cè)經(jīng)驗(yàn)，加密后的水準(zhǔn)基點(diǎn)間距未超過(guò) 200 m。沉降觀測(cè)點(diǎn)的高程測(cè)量可采用從鄰近水準(zhǔn)基點(diǎn) 直接測(cè)至沉降觀測(cè)點(diǎn)的支路線法，也可采用從鄰近水 準(zhǔn)基點(diǎn)測(cè)至沉降觀測(cè)點(diǎn)，再閉合至臨近另一水準(zhǔn)基點(diǎn)視線 每站前 長(zhǎng)度 后視距視距累 積差視線 基輔分劃 高度 讀數(shù)之差基輔分劃 所測(cè)高差的附合水準(zhǔn)路線法。為保證測(cè)量的精度與準(zhǔn)度在該 測(cè)段采取附合水準(zhǔn)路線法。附合水準(zhǔn)路線法往返測(cè)/ m差 / m/ m/ m/ mm之差 / mm的高差之差及附合路線閉合差均≤ ± 4槡L mm( L 為≤50 ≤1． 0≤2． 0≥0． 3≤0． 4≤0． 6經(jīng)計(jì)算得: 每測(cè)站高差中誤差≤ ± 0． 5 mm; 每 測(cè)段往返較差或附合路線允許閉合差: ≤ ± 槡n mm 或≤ ± 4 槡Lmm( 注: n 為測(cè)站數(shù); L 為水準(zhǔn)路線長(zhǎng)度，單位為 km) ; 沉降觀測(cè)點(diǎn)相對(duì)于水準(zhǔn)基點(diǎn)高差中誤差≤ ± 1． 0 mm。梁體徐變變形觀測(cè)需在梁體施工完成后開(kāi)始 布置測(cè)點(diǎn)，自梁體預(yù)應(yīng)力張拉開(kāi)始至無(wú)砟軌道鋪設(shè) 前為主要變形階段，故在張拉預(yù)應(yīng)力前，進(jìn)行** 觀測(cè)。預(yù)應(yīng)力混凝土豎 向變形觀測(cè)頻次如表 2 所示。兩相鄰水準(zhǔn)基點(diǎn)間的水準(zhǔn)路線長(zhǎng)度，單位為 km) 。五、觀測(cè)結(jié)果及預(yù)測(cè)通過(guò)對(duì)該鐵路線多次觀測(cè)，獲得了大量有效的 實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)。預(yù)測(cè)鐵路線的后續(xù)沉降量對(duì)鐵路路線 的施工和運(yùn)營(yíng)安全至關(guān)重要。該客運(yùn)專線施工已 經(jīng)完成，經(jīng)過(guò)不同階段的觀測(cè)，并將觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行 整理分析，可以階段性地了解路基的變形情況和總 結(jié)各個(gè)觀測(cè)點(diǎn)的沉降變化情況。由于變形觀測(cè)點(diǎn) 比較多，故只選取其中變形**和*小的觀測(cè)點(diǎn)進(jìn) 行分析。根據(jù)實(shí)測(cè)觀測(cè)沉降量推算*終沉降量方 法主要有規(guī)范雙曲線法、修正雙曲線法、固結(jié)度對(duì) 數(shù)配合法( 三點(diǎn)法) 、指數(shù)曲線法、Asaoka 等 8 種方法［10］，此次使用三點(diǎn)法。筆者根據(jù)觀測(cè)數(shù)據(jù)采用三點(diǎn)法進(jìn)行沉降分析 與預(yù)測(cè)，并將預(yù)測(cè)值與實(shí)際觀測(cè)值進(jìn)行對(duì)比，得到 時(shí)間-沉降實(shí)測(cè)曲線及沉降變形評(píng)估曲線。1． 橋墩**與*小沉降點(diǎn)分析 架梁后該區(qū)段**沉降發(fā)生于 45 號(hào)墩，沉降量為 3． 03 mm，預(yù)測(cè)*終沉降量為 3． 53 mm。*小沉 降發(fā)生在 10 號(hào)墩，沉降量為 2． 04 mm，預(yù)測(cè)*終沉 降量為 2． 19 mm。區(qū)段平均沉降量為 2． 55 mm，且 沉降量均在 1 ～ 4 mm 范圍，后期沉降趨于穩(wěn)定狀 態(tài)。對(duì)該點(diǎn)的沉降數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，列出該點(diǎn)的實(shí)測(cè) 沉降與評(píng)估沉降對(duì)比曲線圖，如圖 1、圖 2 所示。件評(píng)估技術(shù)指南》［1］對(duì)沉降預(yù)測(cè)時(shí)間的要求。2． 現(xiàn)澆梁徐變分析現(xiàn)選取區(qū)段中的部分現(xiàn)澆梁徐變匯總信息列 于表 3。由于混凝土徐變的影響，軌道梁的變形隨 時(shí)間不斷發(fā)展，而高速客運(yùn)專線對(duì)軌道的平順性要 求很高。且由于沒(méi)有道砟來(lái)調(diào)節(jié)軌道的高程，故需 對(duì)橋梁的徐變進(jìn)行控制。由表 3 可知連續(xù)梁體跨中 實(shí)測(cè)徐變上拱量為 19． 88 mm、19． 39 mm、19． 78 mm， 且后期變形趨于穩(wěn)定?？鄢龔椥宰冃?、終張拉 60 天 后的徐變上拱量預(yù)測(cè)值為 1． 79 mm、1． 02 mm、1． 86 mm，小于文獻(xiàn)［1］對(duì)梁體后期徐變的限值( 跨 度 L≤50 m 時(shí)為 7 mm) 。故梁體徐變符合要求。表 3 現(xiàn)澆梁徐變匯總信息跨度 終張拉 梁號(hào)/ m日期當(dāng)前 當(dāng)前梁體 觀測(cè) 上拱值 日期 / mm終張拉后60 天徐變 上拱量/ mm26-27322009-12-1 2010-4-2019． 8801． 7927-28482009-12-1 2010-4-2019． 3901． 0228-29322009-12-1 2010-4-2019． 7801． 86圖 1 45 號(hào)墩沉降評(píng)估曲線圖 2 10 號(hào)墩沉降評(píng)估曲線由以上兩圖可以看出，墩身觀測(cè)標(biāo)反映的墩身 沉降變化趨勢(shì)與理論沉降變化趨勢(shì)基本一致，表明 墩身的豎向沉降變化很小。且在預(yù)應(yīng)力張拉期間 和橋梁附屬設(shè)施安裝期間沉降很不穩(wěn)定，預(yù)計(jì)不太 準(zhǔn)確，但是用于預(yù)計(jì)該點(diǎn)的*終沉降量所得結(jié)果與 觀測(cè)值相差較小。筆者編制了三點(diǎn)法沉降評(píng)估的 通用計(jì)算程序，經(jīng)計(jì)算該點(diǎn)*終沉降量與預(yù)計(jì)沉降 量分別相差 0． 5 mm 和 0． 15 mm。橋梁施工完成后， 預(yù)測(cè)時(shí)的沉降觀測(cè)值與預(yù)測(cè)的*終沉降量( 不包含 結(jié)構(gòu)層 引 起 的 沉 降 量) 之 比 大 于 75% ，即 s ( t ) /s( ∞ ) ≥75% ，滿足《客運(yùn)專線鐵路無(wú)砟軌道鋪設(shè)條六、結(jié) 論1) 客運(yùn)專線特大橋承臺(tái)及墩身沉降觀測(cè)是客 運(yùn)專線建設(shè)的重要內(nèi)容，本文在對(duì)客運(yùn)專線沉降變 形觀測(cè)特點(diǎn)研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合實(shí)例詳述了客運(yùn)專 線特大橋承臺(tái)、墩身、簡(jiǎn)支箱梁變形觀測(cè)標(biāo)的布點(diǎn) 及監(jiān)測(cè)方法，這對(duì)今后的施工具有指導(dǎo)作用。2) 作出了三點(diǎn)法沉降評(píng)估曲線，并與實(shí)測(cè)曲線 進(jìn)行對(duì)比，得出了三點(diǎn)法沉降評(píng)估曲線與實(shí)測(cè)曲線 的差異。3) 采用三點(diǎn)法進(jìn)行沉降評(píng)估，計(jì)算出了該點(diǎn)* 終沉降量與預(yù)計(jì)沉降量的差值，得出了該點(diǎn)預(yù)測(cè)時(shí) 的沉降觀測(cè)值與預(yù)測(cè)的*終沉降量之比大于 75% 的結(jié)論，這對(duì)今后的施工進(jìn)程具有指導(dǎo)作用。4) 由于對(duì)特大橋沉降及徐變規(guī)律的認(rèn)識(shí)及研 究的不足，觀測(cè)成果的運(yùn)用存在一些不足之處，本 文對(duì)特大橋沉降及現(xiàn)澆梁徐變特性進(jìn)行了研究，對(duì) 今后研究特大橋沉降及梁體徐變規(guī)律具有一定的 參考價(jià)值。參考文獻(xiàn):［1］ *******鐵道部． 鐵建設(shè)［2006］158 號(hào) 客運(yùn)專 線鐵路無(wú)砟軌道鋪設(shè)條件評(píng)估技術(shù)指南［M］． 北京: 中國(guó)鐵道出版社，2006．( 下轉(zhuǎn)第 104 頁(yè))［3］ 陳穎彪，潘安定，夏麗華． 高校地理信息系統(tǒng)專業(yè)課程 設(shè)置與 現(xiàn) 狀 分 析［J］． 中山大學(xué)學(xué)報(bào)論 叢，2004，24( 3) : 145-149．［4］ 錢樂(lè)祥，秦奮，許叔明，等． 地理信息系統(tǒng)專業(yè)教育的 實(shí)踐與思考［J］． 測(cè)繪科學(xué)，2002，27( 1) : 54-58．［5］ 許捍衛(wèi)，張友靜． 論 GIS 專業(yè)的實(shí)踐教學(xué)體系構(gòu)建［J］．測(cè)繪通報(bào)，2005( 3) : 62-65．［6］ 夏麗華，陳穎彪，馮艷芬，等． 地理信息系統(tǒng)專業(yè)實(shí)習(xí)模式 探 索 性 研 究———以 廣 州 大 學(xué) GIS 專 業(yè) 實(shí) 習(xí) 為 例［J］． 地理信息世界，2007，4( 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中國(guó)巖石工程若干進(jìn)展與挑戰(zhàn)
中國(guó)巖石工程若干進(jìn)展與挑戰(zhàn) 佘詩(shī)剛 1，林 鵬 2(1. 中國(guó)科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所 巖土力學(xué)與工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢 430071；2. 清華大學(xué) 水沙科學(xué)與水利水電工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100084) 摘要：根據(jù)中國(guó)作者近年在中國(guó)巖石工程領(lǐng)域相關(guān)期刊發(fā)表的文章，結(jié)合巖石工程相關(guān)領(lǐng)域的國(guó)家獎(jiǎng)獲獎(jiǎng)內(nèi)容、973 國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究計(jì)劃項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)基金重大項(xiàng)目的研究成果及本學(xué)報(bào)系列“陳宗基講座”的內(nèi)容， 對(duì) 10 余年中國(guó)巖石工程學(xué)科的進(jìn)展與挑戰(zhàn)進(jìn)行分析和論述；進(jìn)而總結(jié)歸納了中國(guó)巖石工程中的主要問(wèn)題、關(guān)鍵理 論、勘測(cè)設(shè)計(jì)、開(kāi)挖加固、預(yù)警預(yù)報(bào)等方面的若干進(jìn)展，并介紹了中國(guó)典型巖石工程案例；*后基于中國(guó)巖石工 程的特點(diǎn)與不足，提出 10 個(gè)挑戰(zhàn)性問(wèn)題，并指出了巖石工程領(lǐng)域的發(fā)展方向。 關(guān)鍵詞：巖石工程；科技進(jìn)步獎(jiǎng)；973 項(xiàng)目；關(guān)鍵問(wèn)題；挑戰(zhàn)；若干進(jìn)展中圖分類號(hào)：TU 45 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1000–6915(2014)03–0433–25 SOME DEVELOPMENTS AND CHALLENGING ISSUES IN ROCK ENGINEERING FIELD IN CHINA SHE Shigang1，LIN Peng2(1. State Key Laboratory of Geomechanics and Geotechnical Engineering，Institute of Rock and Soil Mechanics，Chinese Academy of Sciences，Wuhan，Hubei 430071，China；2. State Key Laboratory of Hydroscience and Hydraulic Engineering，Tsinghua University，Beijing 100084，China) Abstract：According to the papers published in some relevant journals in the field of rock mechanics and geotechnical engineering in China，the representive papers published in recent years written by Chinese authors are analyzed. In association with China National Awards，“973 Program”，“The Major Projects of National Science Foundation”， and“TAN Tjongkie Lecture”etc.，in the last decade，the challenging，development and relevant progress in rock engineering field are summarized. The major issues，key theories，engineering survey and design，rock excavation and reinforcement ，and early warning and forecast in rock engineering are presented. Some typical rock engineering cases in China are also analyzed. Based on analysis of characteristics andassociated problems in Chinese rock engineering developments，ten challenging issues in rock engineering are proposed subsequently；furthermore，some suggestions are given for adressing those problems.Keywords：rock engineering；China National Awards；973 Program；key issues；challengings；some developments1 引 言 現(xiàn)代巖石力學(xué)與工程學(xué)科是在二次世界大戰(zhàn)后,建立并發(fā)展的。1962 年國(guó)際巖石力學(xué)學(xué)會(huì)成立更促進(jìn)了該學(xué)科的發(fā)展。自 1985 年 6 月中國(guó)巖石力學(xué)與 工程學(xué)會(huì)成立以來(lái)，中國(guó)巖石力學(xué)與工程學(xué)科在以 陳宗基、潘家錚、孫 鈞、王思敬、錢七虎等為代表的幾代科學(xué)家的帶領(lǐng)下，緊密結(jié)合大型巖石工程實(shí) 踐，從三峽、葛洲壩、二灘、小灣、溪洛渡、錦屏、 溪洛渡、南水北調(diào)等大型水電、水利工程，成昆、 寶成、京廣、京九、青藏、京滬高鐵等鐵路工程， 國(guó)家干線高速公路工程，跨海大橋工程，國(guó)防地下 工程，登月工程，到撫順、大同、徐淮、金川、銅 陵等礦山工程，開(kāi)展了“六五”至“十二五”等專 項(xiàng)攻關(guān)[1-4]和“973 計(jì)劃”等課題的科研工作。一方面，近 30 a 取得的一系列成績(jī)，有力推動(dòng) 了中國(guó)在能源、交通、國(guó)防等關(guān)系國(guó)家經(jīng)濟(jì)命脈和國(guó)家戰(zhàn)略安全的重大基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的發(fā)展；另一方 面，這些工程的開(kāi)展也大大促進(jìn)了巖石力學(xué)與工程的科技進(jìn)步?；仡?、分析和總結(jié)重大巖石工程的特點(diǎn)、經(jīng)驗(yàn)和不足，對(duì)促進(jìn)巖石力學(xué)與工程的科技發(fā) 展大有裨益。佘詩(shī)剛和董隴軍[5]從文獻(xiàn)統(tǒng)計(jì)分析角度，窺察了 30 a 來(lái)中國(guó)巖石力學(xué)的發(fā)展?fàn)顩r與研究進(jìn)展，包括巖石強(qiáng)度與變形理論、巖石斷裂與損傷 力學(xué)、巖石動(dòng)力學(xué)與本構(gòu)關(guān)系、巖石非線性、巖石多場(chǎng)耦合、巖石加固與穩(wěn)定性分析等方面，并展望了巖石力學(xué)面臨的挑戰(zhàn)性難題。這些挑戰(zhàn)性難題的 提出與解決都與巖石工程實(shí)踐即工程的勘測(cè)、設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)行密切相關(guān)。本文擬在總結(jié)中國(guó)巖石工程主要成就的基礎(chǔ) 上，著重針對(duì)巖石工程面臨的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題、關(guān)鍵理論以及勘測(cè)設(shè)計(jì)、開(kāi)挖加固、監(jiān)測(cè)預(yù)警預(yù)報(bào)等領(lǐng)域的進(jìn)展和挑戰(zhàn)展開(kāi)討論，并對(duì)當(dāng)代重大巖石工程 關(guān)鍵問(wèn)題的突破進(jìn)行論述。*后，基于當(dāng)前巖石工程實(shí)踐與理論研究的特點(diǎn)和不足，提出并展望了中國(guó)巖石工程發(fā)展面臨的 10 個(gè)挑戰(zhàn)問(wèn)題。 2 近 10 a 巖石工程主要進(jìn)展與成就——以國(guó)家三大獎(jiǎng)為例 隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，中國(guó)巖石工程取得 了舉世矚目的成就。國(guó)家科技獎(jiǎng)勵(lì)是這些成就的集 中體現(xiàn)，表 1 列舉了近 10 a (2003～2013 年)與巖石 力學(xué)與巖土工程直接相關(guān)的＊＊＊獎(jiǎng)勵(lì) 54 項(xiàng)(含 5 項(xiàng)發(fā)明獎(jiǎng)，不包括涉密獎(jiǎng)項(xiàng))[6]，涉及獲獎(jiǎng)單位 130 余家。獎(jiǎng)項(xiàng)的第一完成人大多是中國(guó)巖石力學(xué)與工 程領(lǐng)域的＊＊中年專家學(xué)者。2.1 隧道與地下工程特長(zhǎng)鐵路隧道修建、深部鹽礦采鹵溶腔大型地下 儲(chǔ)氣庫(kù)建設(shè)關(guān)鍵技術(shù)、深層鹽膏巖蠕變規(guī)律及其在石油工程中的應(yīng)用和大幅度提高油氣產(chǎn)量的非平面壓裂技術(shù)與工業(yè)化應(yīng)用；大型巖體工程穩(wěn)定性和優(yōu) 化的分析方法、硬巖高應(yīng)力災(zāi)害孕育過(guò)程的機(jī)制、 預(yù)警與動(dòng)態(tài)調(diào)控關(guān)鍵技術(shù)和大型水利水電工程可視 化仿真技術(shù)；地下工程水害防治新技術(shù)和隧道含水 構(gòu)造等不良地質(zhì)超前預(yù)報(bào)定量識(shí)別及其災(zāi)害防治關(guān) 鍵技術(shù)。2.2 煤炭開(kāi)采與瓦斯抽采復(fù)雜特困條件下高瓦斯煤層群瓦斯抽放理論、 煤與瓦斯突出礦井深部動(dòng)力災(zāi)害一體化預(yù)測(cè)與防治關(guān)鍵技術(shù)；煤巖電磁輻射的力電耦合理論模型與沖 擊礦壓統(tǒng)一預(yù)測(cè)準(zhǔn)則和煤礦沖擊地壓預(yù)測(cè)與防治成 套技術(shù)；煤礦巷道**安全支護(hù)成套技術(shù)創(chuàng)新體系、 破碎巖體滲流規(guī)律及其在煤礦突水防治中的應(yīng)用、 煤礦千米深部巖巷穩(wěn)定控制、中國(guó)東部煤礦深井巷道松軟圍巖失穩(wěn)安全控制關(guān)鍵技術(shù)和綜放開(kāi)采頂煤放出理論與厚煤層開(kāi)采圍巖控制技術(shù)；礦井(隧道) 復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造探測(cè)裝備、HEMS 降溫裝備系統(tǒng)及 深井熱害控制技術(shù)和煤礦井下地質(zhì)力學(xué)原位快速 測(cè)試及圍巖控制技術(shù)。2.3 金屬礦及其他非煤礦山(磷礦和鹽礦)開(kāi)采深部開(kāi)采動(dòng)力災(zāi)害預(yù)測(cè)及其危害性評(píng)價(jià)理論； 金屬礦床無(wú)廢害、礦巖致裂控制和金屬礦產(chǎn)資源安 全與災(zāi)害控制；復(fù)雜破碎條件下露天–地下聯(lián)合高 效開(kāi)采；深部(含海底)大型金屬礦高效開(kāi)采與安全 保障關(guān)鍵技術(shù)及空區(qū)處理方法；散體動(dòng)力學(xué)應(yīng)用技 術(shù)和磷化工全廢料自膠凝充填采礦技術(shù)；深部巖巷圍巖“三高一軟”特點(diǎn)的穩(wěn)定性分析方法與“分步聯(lián)合控制理論”；巖石破裂過(guò)程失穩(wěn)理論、破斷巖體 表面形貌與力學(xué)行為研究等。2.4 大壩與邊坡工程中國(guó)西南高邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)及災(zāi)害防治、三峽 庫(kù)區(qū)巨型古滑體穩(wěn)態(tài)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)及信息化選址技術(shù)、重大滑坡減災(zāi)防災(zāi)關(guān)鍵支撐技術(shù)和基于演化過(guò)程的滑坡地質(zhì)災(zāi)害防控技術(shù)；大壩與壩基安全監(jiān)控理論、 高混凝土壩整體穩(wěn)定安全控制新理論及工程應(yīng)用、 高壩動(dòng)靜力超載破損機(jī)制與安全評(píng)價(jià)方法；水利水 電工程滲流多層次控制理論和復(fù)雜巖體多場(chǎng)廣義 耦合理論及工程應(yīng)用；巖石力學(xué)智能反饋分析方法及其工程應(yīng)用和巖體爆破振動(dòng)效應(yīng)定量評(píng)價(jià)理論；大型結(jié)構(gòu)與土體接觸面力學(xué)試驗(yàn)系統(tǒng)研制及應(yīng)用等。2.5 公路建設(shè)膨脹土地區(qū)公路建設(shè)成套技術(shù)、南方山區(qū)特殊 土公路路基處治關(guān)鍵技術(shù)；高海拔地區(qū)大型公路隧 道建設(shè)與營(yíng)運(yùn)關(guān)鍵技術(shù)、巖溶地區(qū)公路建設(shè)和復(fù)雜地形地質(zhì)條件下山區(qū)高速公路建設(shè)成套技術(shù)等。 -
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橋梁結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測(cè)與預(yù)警
橋梁結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測(cè)與預(yù)警同濟(jì)大學(xué)孫利民公路網(wǎng)是保障國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)和民生的重要社會(huì)基礎(chǔ)設(shè)施。橋梁是這一生命線工程的重要組成部分。截止至2010年底，我國(guó)公路橋梁總數(shù)到達(dá)65萬(wàn)座，公路橋梁總里程達(dá)到210萬(wàn)延米，超過(guò)美國(guó)成為世界上**的公路橋梁國(guó)家。一般認(rèn)為，橋梁使用超過(guò)25年即進(jìn)入性能加速退化期。我國(guó)40%的橋梁屬于“老齡”橋梁，早在2004年全國(guó)橋梁普查就查出危橋1萬(wàn)3千余座，總長(zhǎng)47萬(wàn)延米。橋梁結(jié)構(gòu)在服役過(guò)程中受到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、施工質(zhì)量、材料退化、交通負(fù)荷、極端荷載和偶然事故等各種內(nèi)外因素的作用和影響，其結(jié)構(gòu)安全性如不能得到完全保障，將危機(jī)人民生命財(cái)產(chǎn)安全國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)。橋梁結(jié)構(gòu)安全保障技術(shù)廣義上包括在橋梁整個(gè)生命期內(nèi)與安全性相關(guān)的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工、管養(yǎng)和拆除等技術(shù)。我國(guó)“重建設(shè)、輕管養(yǎng)”的現(xiàn)象十分普遍，橋梁運(yùn)營(yíng)中面臨諸多問(wèn)題，主要有超載問(wèn)題、耐久性問(wèn)題（鋼筋腐蝕、凍融循環(huán)、堿骨料反應(yīng)等）、疲勞問(wèn)題、突發(fā)事件（車船撞擊、地震、颶風(fēng)等）、養(yǎng)護(hù)資金緊缺和缺乏有效的管理等；國(guó)內(nèi)橋梁養(yǎng)護(hù)現(xiàn)狀則可歸納為：對(duì)橋梁養(yǎng)護(hù)維修知識(shí)不足；近年道路建設(shè)規(guī)模大、管養(yǎng)資金緊張；目前，橋梁養(yǎng)護(hù)管理工作基本上還停留在建立技術(shù)檔案、清掃橋梁、疏通泄水管、修復(fù)損壞的欄桿和橋面鋪裝；即使進(jìn)行檢查，主要也是人工目測(cè)或借助儀器檢測(cè)等巡檢養(yǎng)護(hù)措施。對(duì)橋梁采取有效的檢測(cè)與評(píng)估、監(jiān)測(cè)與預(yù)警、維修與管理等技術(shù)措施，對(duì)于降低運(yùn)營(yíng)成本、延長(zhǎng)橋梁結(jié)構(gòu)的使用壽命、保障交通通暢具有重要意義。橋梁結(jié)構(gòu)安全狀態(tài)評(píng)估方法包括基于外觀調(diào)查的方法、以分析計(jì)算為主的方法和荷載試驗(yàn)法三種?；谕庥^調(diào)查的方法包括應(yīng)用于公路及城市橋梁養(yǎng)護(hù)規(guī)范的評(píng)定方法、美國(guó)的LFR和LRFR體系，其評(píng)定結(jié)果過(guò)度依賴評(píng)估工程師的經(jīng)驗(yàn)，受主觀因素的影響；以分析計(jì)算為主的方法通過(guò)橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算分析對(duì)橋梁的技術(shù)等級(jí)進(jìn)行評(píng)定，更具有科學(xué)性，困難在于難以準(zhǔn)確建立在役橋梁的計(jì)算模型，評(píng)定結(jié)果可能與實(shí)橋情況有較大出入；荷載試驗(yàn)法是評(píng)估橋梁安全狀態(tài)特別是承載能力的*有效、*直接方法，但其直接費(fèi)用高，且實(shí)施過(guò)程中需要中斷交通。基于健康監(jiān)測(cè)的橋梁安全評(píng)定的基本思路是，首先根據(jù)橋梁監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的損傷進(jìn)行識(shí)別；然后，在此基礎(chǔ)上再對(duì)橋梁的安全狀態(tài)做出評(píng)定。結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別理論方法是目前*受關(guān)注的方法，包括動(dòng)力指紋分析方法、模型修正方法、人工智能方法以及近年來(lái)提出的小波變換和希黃變換等新的數(shù)據(jù)分析方法等。結(jié)構(gòu)安全評(píng)定方法包括可靠度理論、層次分析法以及結(jié)合經(jīng)驗(yàn)的專家系統(tǒng)等。橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是基于傳感、信息、結(jié)構(gòu)分析技術(shù)的自動(dòng)監(jiān)測(cè)與評(píng)估系統(tǒng)。它結(jié)合了無(wú)損檢測(cè)和結(jié)構(gòu)特性分析，可以診斷結(jié)構(gòu)中的損傷發(fā)生及其位置，估計(jì)損傷的程度及其對(duì)結(jié)構(gòu)造成的影響。我國(guó)在這一領(lǐng)域的研究雖然起步稍晚，但進(jìn)步很快。從早期香港的青馬大橋，再到內(nèi)地的虎門大橋、江陰長(zhǎng)江大橋、東海大橋、蘇通大橋等，短短數(shù)十年，我國(guó)已安裝規(guī)模不等的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的各類橋梁已達(dá)140余座。這些先后建成的健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)經(jīng)過(guò)若干年的運(yùn)行已積累了大量的寶貴數(shù)據(jù)，如何有效利用這些數(shù)據(jù)是今后需要研究的重要課題。結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中評(píng)估子系統(tǒng)可劃分為在線評(píng)估系統(tǒng)和離線評(píng)估系統(tǒng)。在線評(píng)估系統(tǒng)可以根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)橋梁的狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)的在線評(píng)定，在有必要時(shí)發(fā)出不同級(jí)別的結(jié)構(gòu)安全預(yù)警。但相關(guān)理論還不夠成熟，在線評(píng)估結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性還不能令人滿意。離線評(píng)估系統(tǒng)不僅依據(jù)結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，同時(shí)還要結(jié)合人工檢測(cè)等其他渠道的信息，可以得到更高質(zhì)量的結(jié)構(gòu)安全評(píng)定結(jié)果，但還難以做到實(shí)時(shí)評(píng)估，只能給出中長(zhǎng)期的結(jié)構(gòu)安全預(yù)警或趨勢(shì)判斷。橋梁健康監(jiān)測(cè)技術(shù)所面臨的問(wèn)題有：有限傳感器的優(yōu)化布置以及合理確定系統(tǒng)的規(guī)模；橋梁結(jié)構(gòu)性能的變化對(duì)結(jié)構(gòu)指紋的不敏感，損傷識(shí)別尚處于理論研究階段；因系統(tǒng)規(guī)模決定的測(cè)量數(shù)據(jù)的不完整性以及因系統(tǒng)的穩(wěn)定性造成的不連續(xù)性；對(duì)大量原始數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)處理和分析研究滯后，所獲取信息不能滿足工程需求；結(jié)構(gòu)健康狀況評(píng)價(jià)方法尚不完善，難以給出合理結(jié)論及解釋；結(jié)構(gòu)安全預(yù)警參數(shù)和閾值僅靠理論分析難以合理確定，需要在實(shí)踐中不斷調(diào)整優(yōu)化；系統(tǒng)本身的穩(wěn)定性、抗干擾性和耐久性不足，使用壽命難以得到保證；橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)尚無(wú)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，系統(tǒng)差異性太大；如何與其它相關(guān)系統(tǒng)特別是與傳統(tǒng)的巡檢養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)的有效結(jié)合。我國(guó)已進(jìn)入橋梁建設(shè)與管養(yǎng)并重的時(shí)期，保證已建橋梁的結(jié)構(gòu)安全對(duì)國(guó)計(jì)民生至關(guān)重要。但傳統(tǒng)技術(shù)不能滿足橋梁養(yǎng)護(hù)的工程需求。我國(guó)橋梁健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的工程應(yīng)用走在了世界前列。需加強(qiáng)結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別、安全評(píng)定和安全預(yù)警等方面的理論方法研究。目前單獨(dú)依靠傳統(tǒng)的養(yǎng)護(hù)管理技術(shù)或結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)技術(shù)都難以勝任結(jié)構(gòu)全壽命安全管理的使命，應(yīng)注重兩者的有機(jī)結(jié)合。
