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隧道建设(中英文) ›› 2024, Vol. 44 ›› Issue (10): 1993-2004.DOI: 10.3973/j.issn.2096-4498.2024.10.008
宋明1, 2, 刘继国1, 2, *, 舒恒1, 2, 彭文波1, 2, 邢荣军3, 李铮4
SONG Ming1, 2, LIU Jiguo1, 2, *, SHU Heng1, 2, PENG Wenbo1, 2, XING Rongjun3, LI Zheng4
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。