基于圖像相關(guān)分析的洞室模型試驗(yàn)初步研究.pdf

1、物理模型試驗(yàn)較為直觀，能夠定性或者定量的分析出和地下洞室有關(guān)的巖土體的受力情況。鑒于壓力拱理論在散體材料的巖體中的應(yīng)用，而砂土體的粘聚力很小可以作為散體材料的優(yōu)點(diǎn)，從物理模型試驗(yàn)的技術(shù)研究著手，把砂土作為模型土的材料，通過(guò)設(shè)計(jì)洞室、襯砌模型并采用先進(jìn)的圖像采集系統(tǒng)進(jìn)行洞室模型的加載試驗(yàn)。將獲取的圖像數(shù)據(jù)用專門的圖像處理軟件Strain Master及PIVview2C進(jìn)行處理分析，根據(jù)計(jì)算結(jié)果對(duì)洞室加載引起的圍巖變形規(guī)律做了定性分析，并

2、結(jié)合數(shù)值模擬的計(jì)算結(jié)果和模型試驗(yàn)的結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比驗(yàn)證，結(jié)果表明：本文設(shè)計(jì)的模型試驗(yàn)系統(tǒng)用于研究對(duì)洞室的均布荷載所引起的周邊土體內(nèi)部變形機(jī)理是可靠的。主要研究?jī)?nèi)容及創(chuàng)新點(diǎn)如下：
　　一、研究?jī)?nèi)容
　　1、通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)測(cè)定了砂土的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)，對(duì)砂土的基本物理力學(xué)特性進(jìn)行了研究，試驗(yàn)結(jié)果表明：所采用的砂土比較均勻，級(jí)配良好，具有與自然土相似的物理力學(xué)性質(zhì)。
　　2、設(shè)計(jì)了洞室模型試驗(yàn)方案，采用光學(xué)測(cè)量及PIV圖像處理技

3、術(shù)獲得了加載引起的洞室周邊土體的變形規(guī)律，驗(yàn)證了試驗(yàn)方案的合理性，表明該測(cè)量系統(tǒng)完全適合用于加載所引起的洞室周邊土體二維變形場(chǎng)的可視化研究。
　　3、通過(guò)模型試驗(yàn)，對(duì)均布荷載引起的洞室周圍土體的變形規(guī)律做了定性分析，獲得以下主要結(jié)論：
　?、佼?dāng)洞室處于一倍洞徑埋深時(shí)，圓形洞室在均布荷載作用下，位移場(chǎng)矢量圖是關(guān)于豎直直徑對(duì)稱的，離洞室越遠(yuǎn)，位移矢量越小，由位移云圖可以看出洞室頂部最大位移的等值線呈現(xiàn)出拱形，越靠近洞室的區(qū)域位移

4、越大，圍繞著洞室的位移等值線均出現(xiàn)了“拱形狀”，洞頂處的位移最大，向外逐漸的變小，但它的形狀都大致為拱形，即巖石力學(xué)里的“壓力拱”現(xiàn)象。加大埋深，當(dāng)洞室處于二倍洞徑埋深時(shí)，洞室頂部周圍區(qū)域位移矢量都很大，并且位移矢量的方向仍是大致的豎直向下，也有一部分發(fā)生了偏移。從位移云圖上也可以看出，在洞室頂部區(qū)域位移最大，越往洞室的兩側(cè)位移越小，但關(guān)于洞室的豎直直徑仍大致是對(duì)稱的。由于模型尺寸及測(cè)量范圍的限制，未見(jiàn)完整的“壓力拱”現(xiàn)象。繼續(xù)增大埋深

5、，當(dāng)洞室處于三倍洞徑埋深時(shí)，由于洞室埋深較大，試驗(yàn)采用的模型箱承載力有限，上覆壓力無(wú)法有效傳遞到洞室模型周圍，因此未能獲取位移矢量場(chǎng)。當(dāng)洞室周圍有斷層存在時(shí)，斷層周邊土體的位移量較大，斷層的下部區(qū)域的土體受斷層的影響，也出現(xiàn)了較大的變形，并且斷層周邊土體的位移矢量的方向不是豎直向下，而是向斷層的傾斜方向偏移，斷層的存在對(duì)洞室圍巖的變形有很大的影響。
　?、诟鶕?jù)物理模型試驗(yàn)的結(jié)果，開(kāi)展物理模擬與數(shù)值模擬對(duì)比分析。數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果與物