基于圖像相關分析的洞室模型試驗初步研究.pdf

1、物理模型試驗較為直觀，能夠定性或者定量的分析出和地下洞室有關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用，而砂土體的粘聚力很小可以作為散體材料的優(yōu)點，從物理模型試驗的技術研究著手，把砂土作為模型土的材料，通過設計洞室、襯砌模型并采用先進的圖像采集系統(tǒng)進行洞室模型的加載試驗。將獲取的圖像數據用專門的圖像處理軟件Strain Master及PIVview2C進行處理分析，根據計算結果對洞室加載引起的圍巖變形規(guī)律做了定性分析，并

2、結合數值模擬的計算結果和模型試驗的結果進行了對比驗證，結果表明：本文設計的模型試驗系統(tǒng)用于研究對洞室的均布荷載所引起的周邊土體內部變形機理是可靠的。主要研究內容及創(chuàng)新點如下：
　　一、研究內容
　　1、通過室內試驗測定了砂土的物理力學性質指標，對砂土的基本物理力學特性進行了研究，試驗結果表明：所采用的砂土比較均勻，級配良好，具有與自然土相似的物理力學性質。
　　2、設計了洞室模型試驗方案，采用光學測量及PIV圖像處理技

3、術獲得了加載引起的洞室周邊土體的變形規(guī)律，驗證了試驗方案的合理性，表明該測量系統(tǒng)完全適合用于加載所引起的洞室周邊土體二維變形場的可視化研究。
　　3、通過模型試驗，對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，獲得以下主要結論：
　　①當洞室處于一倍洞徑埋深時，圓形洞室在均布荷載作用下，位移場矢量圖是關于豎直直徑對稱的，離洞室越遠，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，即巖石力學里的“壓力拱”現象。加大埋深，當洞室處于二倍洞徑埋深時，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，越往洞室的兩側位移越小，但關于洞室的豎直直徑仍大致是對稱的。由于模型尺寸及測量范圍的限制，未見完整的“壓力拱”現象。繼續(xù)增大埋深

5、，當洞室處于三倍洞徑埋深時，由于洞室埋深較大，試驗采用的模型箱承載力有限，上覆壓力無法有效傳遞到洞室模型周圍，因此未能獲取位移矢量場。當洞室周圍有斷層存在時，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，斷層的存在對洞室圍巖的變形有很大的影響。
　?、诟鶕锢砟Ｐ驮囼灥慕Y果，開展物理模擬與數值模擬對比分析。數值模擬計算結果與物