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【關鍵詞】低應變反射波法;震后梁橋樁基檢測;價值;意義
實踐中我們可以看到,應力波至物體邊界、或者波阻抗材料界面時,就會產生反射、透射現象,低應變反射波法有效地利用了應力波的這一特性。低應變反射法作為新型的樁身檢測手段,因其具有檢測速度快、便捷以及受環境影響相對小和操作成本低等優點,所以在當前的基樁檢測過程中發揮著舉足輕重的作用。
1、檢測方法分析
從實踐來看,當前現有的低應變反射波法檢測理論,依然基于傳統的一維波動方程,同時與新建橋梁結構的樁基低應變反射波法檢測理論基礎具有一致性,僅有的區別在于現行的橋梁基樁檢測操作與分析難度相對較大一些。在采用低應變反射波法對橋梁樁身的完整性進行檢測時,傳感器的位置布設、選擇激振點等工作都非常的要求,直接影響著測試結果的準確性與客觀性,尤其是測點位置的選擇,對橋梁樁基檢測更為重要一些,如果選擇位置不合理,則可能會對測試結果造成非常嚴重的影響。實踐中常用的測點布置法主要有以下幾種:即在承臺頂激振和柱身刻槽等位置布設傳感設備;在樁頂刻槽斜向激振與樁身刻槽位置布設傳感設備;在樁頂激振與樁頂等位置安裝傳感器。
通常情況下,橋梁樁基礎所收集的反射波波形分析過程中,除了要嚴格按照正常情況下的樁基,根據反射波、入射波之間的關系分析研究外,同時還應當對帽梁、承臺變截面以及墩柱的位置可能對信號產生的影響,進行充分的考慮。在實際分析過程中,應當基于變截面實際位置可能對信號的干擾采取有效的剔除措施,以保證分析過程中不會將干擾信號錯誤定當作缺陷信號處理。在對震后橋梁樁基反射波信號進行分析過程中,通常采用的是對比分析法,其步驟主要表現在以下幾個方面:第一,與成橋前檢測過程中的基樁反射波信號對比,對二次實測到的反射波信號差距進行分析;第二,根據預測反射波波速對承臺、帽梁以及墩柱等變截面位置進行估算,尤其對實踐中可能存在的干擾信號進而預測,在具體分析過程中要注意將該類信號干擾有效剔除;第三,具體操作過程中,若干對擬測樁基缺陷信號有所疑問或者懷疑,則可對周圍的樁基進行輔的檢測,通過前后兩次測得的反射波信號對比分析,即可綜合判斷出該缺陷信號的屬性。
2、低應變反射波法在震后梁橋樁基檢測中的價值體現
工況:某大橋地處都江堰市境內,建造于2005年。該橋的上部結構是4孔25米的預應力混凝土簡支空心板梁,通過計算其跨徑大約為24米左右,每跨(單幅)橫向設8塊板;橋面上鋪裝厚度在16至23厘米之間,其材料是C30型號的混凝土;下部結構采用的是直徑為1.5 米的圓形雙柱式墩柱,而且鉆孔灌注樁的直徑大約在1.5米左右,墩柱與樁基為C30混凝土。經過汶川地震,受順橋向水平地震力的影響,主梁與墩柱基本朝著同一個方向進行偏移。無約束活動節點處的位移過大使得橋跨在縱向的相對位移超出支座長度,導致2墩和3墩之間的主梁掉落,同時坍塌梁體落在了墩柱與系梁之上,進而造成5號和6號墩柱縱偏量非常的大,其中最大的縱向偏移量可達54厘米,其他的主梁則完好無缺。受橫橋向水平地震力影響,主梁、墩柱向著河流的下游偏移,其偏移量大約在1.3至2厘米左右,因此導致蓋梁防震擋塊出現了不同程度的損害。
(1)低應變反射波檢測結果
為驗證該橋樁基在震后損壞狀況,參照公路工程基樁動測技術規程,采用低應變樁身完整性檢測儀,對該橋6根樁基進行樁身質量檢測。經過大量的測試、試驗和后期結果的處理,參考樁基施工澆注資料,通過波形曲線的時域和頻域分析及小波處理等技術濾除系梁以上墩柱產生的干擾信號,從而有效地判別樁基礎的缺陷及狀況。同時,為保證基樁完整性檢測結果的準確性,對墩柱偏移較大的樁基進行現場挖深驗證對比。
(2)基樁完整性檢測與挖探驗證
檢測結果:樁端反射較明顯,但在約1.7米位置出現明顯缺陷反射信號,樁身混凝土波速處于正常范圍,屬于Ⅱ類樁。挖深驗證結果表明:3號樁挖至系梁表面以下1.8米位置發現,距系梁頂面約2.1米位置處樁身部分主筋和環向箍筋外露,在樁頭與承臺連接處出現環向缺陷,究其原因在于施工過程中樁頭和承臺之間的連接混凝土澆注存在著嚴重的不密實問題。
通過低應變反射波法與現場挖驗結果對比可知,二者結果基本一致。這表明基于小應變測樁設備的成橋樁基礎檢測方法,可通過小波處理等技術有效地判別樁基礎的缺陷及狀況。
結語:作為當前新興的一種有效檢測方法,低應變反射方法一直被廣泛應用于橋梁工程檢測工作之中,但因該檢測方法通常會受到實際檢測環境的制約和影響,加之檢測應用過程中的局限性,使得其在一定程度上表現出局限性。但即便如此,也難否定低應變反射波法在震后梁橋樁基檢測中應用價值,并對震后橋梁樁基檢測問題進行有效的分析和判定。
參考文獻:
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[2]丁選明 陳育民 孔綱強.PCC樁低應變反射波法檢測時速度波形成機制探討[J].巖土力學,2012(01).
[3]劉建磊 王新 付信根.低應變反射波法在既有橋梁基樁檢測中的應用[J].鐵道建筑,2009(03).
關鍵詞;高速公路軟弱地基振沖碎石樁施工工藝質量檢測
中圖分類號:U412.36+6 文獻標識碼:A 文章編號:
我國已建或正在建設的高速公路,絕大多數采用高填路堤,以便和已有的道路、鐵路、水利等建筑物分離,并最大限度地降低或減小地下水、地表水對路基的危害,以確保路基的穩定與安全。眾所周知,高填路基要求地基應具有較高的強度和穩定性,在路基重力作用下不發生失穩破壞及過大的沉降。
軟土地基在我國分布廣泛。在軟土地基上修筑路基,若不加以處治,就會發生路基失穩破壞或過量沉陷,最后導致公路破壞或不能正常使用。高等級公路建設的工程實踐反復證明,軟弱地基加固處理是路基工程設計、施工中需要特別引起注意的問題。
公路軟基加固處理的方法有多種多樣,對于高速公路高路基的軟弱地基加固處理采取振沖碎石樁則是一種行之有效、切實可行的方法。鑒于振沖碎石樁處理軟基在公路工程中應用較少,缺乏成熟的施工經驗,為推廣該法在公路軟基處理中的應用,本文以某高速公路某段軟基處理工程為例,就振沖碎石樁加固處理公路軟基的施工技術、質量控制等問題作一論述,供類似工程借鑒。
1振沖碎石樁概述[1]
振沖碎石樁是利用振沖器借高壓水成孔,投以碎石使之密實,在土體中形成一個密實的樁體。碎石樁作用有二:一是復合地基作用,即樁體與樁間同構成復合地基,以提高地基的承載力;二是排水固結作用,碎石樁的樁體為一良好的排水通道,在路堤荷載的預壓下使樁間土固結,強度提高。
與其他軟基加固的樁體(如粉噴樁、沉管砂樁、CFG樁等)相比,振沖碎石樁最大的特點是樁徑較大(一般為0.8~1.2rn),故承載力高。此外,振沖碎石樁的成樁設備較簡單,便于運輸。但施工時用水量較大,沖出來的泥漿可能污染施工現場。
2工程地質概況
某高速公路K64+230~+800段位于河漫灘相沉積地帶。地質勘探顯示,該處地面以下有8~12m厚的軟土層,軟土成層情況不均勻,以淤泥與軟粘土為主,含砂與泥炭夾層。該軟土的物理力學性質見表1。
表1軟土的物理力學性質表
3振沖碎石樁設計
3.1設計標準
軟土地區高速公路沉降標準,采用容許工后沉降。容許工后沉降的基準期取15年,其容許工后沉降值采用表2所示的標準值。
表2容許工后沉降值表cm
軟土地基路堤穩定驗算采用固結有效應力法,強度指標采用快剪和固結快剪值,最小穩定系數安全容許值K不小于1.2。
3.2設計參數[2]
根據已有工程經驗,有關工程設計規范及穩定計算結果,某高速公路某段軟基處理工程采用振沖碎石樁,樁徑1.0m,樁距1.5m,按正三角形布置,置換率為40%。樁穿透軟土層,并深入持力層內0.5m。處理范圍為該段路基及坡腳以外5m以內。設計單樁極限荷載為620kN,單樁承載力為400kPa,單樁復合地基承載力為200kPa。
3.3填料標準
根據振沖碎石樁特點及有關規范,結合有關工程經驗,本工程樁體碎石采用的填料,是具有一定級配的粒徑為2~8cm的碎石,其含泥量不大于5%。
4施工設備
施工采用的主要機具有:ZCQ-55振沖器、QY-8卷揚機,50型裝載機,IS80-50―200型水泵以及排污泵等。
ZCQ一55振沖器的主要技術指標見表3。
表3ZCQ-55(轉速1450r/min)振沖器的主要技術指標表
5施工工藝與質量控制
5.1施工工藝
(1)對位,開水通電。振沖器吊裝就位后,根據施工放樣所確定的樁位,將振沖器對準樁位,檢查無誤后,打開水源開關、接通電源。
(2)檢查水壓、電壓及空載電流。應及時檢查水壓、電壓及空載電流,若不正常應檢修調整。
(3)成孔。啟動卷揚機使振沖器以1~2m/min的速度下沉成孔。在振沖器下沉中不得超過電流額定值,若超過時,應減速下沉或暫停一段時間,在高壓水流沖松土層后繼續下沉。成孔時要準確記錄電流值和時間。當振沖器達到設計深度以下30~50cm時,將振沖器上提至孔口,提速可以加快。
(4)清孔。當成孔深度達到要求后,應利用循環水使孔內泥漿變稀進行清孔。一般應清孔2~3次,將孔中松散的土石渣從孔中及時清出,以使填入孔中的碎石不受到污染。
(5)填料。清孔符合要求后,應分批分層往孔中填人碎石料,每層約0.3~0.6m3。
(6)振密。填人碎石后,將振沖器沉至填料上進行振密并且使填料擠入孔壁的土體中,使樁徑擴大。由于填料不斷擠入,孔壁的約束力逐漸增大,一旦約束力與振沖器產生的激振力相等時,則樁徑不再擴大,這時振沖器的電流值迅速提高。當電流達到規定值(即密實電流)時,認為該深度的樁體已經振密。如達不到密實電流,則需提出振沖器,繼續向孔內投入適量的碎石填料,再進行振密。如此重復直至達到密實電流為止。然后將振沖器提至孔口,準備做上一深度的樁體。每倒入一批填料進行振密時都要記錄深度、填料量、時間及電流。
重復步驟(5)、步驟(6),自下而上地制作樁體,直至孔口,即完成一根樁的制作。
(7)關機、移位。當一根樁體完成后應及時關電、斷水,移動機具到另一樁位。
S.2質量控制
(1)成孔時要注意控制水壓和水量。一般水壓采用200~400kPa,供水量為200~400L/min。因為在淤泥、軟粘土及粉細砂層中進行振沖,地層漏水量不大,成孔時水壓和水量也都不必很大。水量過大或者壓力過高,會使孔Vii回水量增大,流速增高,從而帶上大量細顆粒使地面淤高,其結果會增加填料量,并不能達到很好的擠密效果。
(2)振沖器下沉成孔速率不宜過快,一般應控制在1.2~2.0m/rain,以使孔周圍土體有足夠的振密時間。此外,務使振沖器自由懸垂,使成孔盡量垂直。
(3)制樁過程中,始終要及時、均勻地按規定分批填料,保證不漏振,以確保樁體質量。
(4)施工平臺高程控制在樁頂以上1.0~1.5m,原地面高出部分須挖除,低凹部分須回填壓實。
(5)開工前應選擇一段做試驗段,通過試驗對有關設計參數進行驗證,同時得出有關施工工藝參數,如樁體每米填料量、成孔時問、清孔時間、填料振密時間等,以便正確施工。
(6)當振沖器達到設計加固深度以下30~50cm時,開始將振沖器往上提,直至孔口。一般應重復提升1~2次以后,利用循環水使孔內泥漿變稀進行清孔,然后準備填料。
6質量檢測
6.1現場檢測
現場檢測的項目、數量及要求見表4。
表4振沖碎石樁現場檢測項目表
6.2動力觸探檢測
動力觸探檢測有兩個目的,一是檢測成樁的密實度,判斷是否達到要求的標準;二是檢測樁長是否達到設計要求。檢測結果表明,該工程樁長及密實度均符合規定要求。
6.3載荷試驗
碎石樁施工是否達到設計意圖,要通過載荷試驗來確定。一般而言,承載力的大小與設計的樁長、樁徑、樁距以及填充物有關,與地質條件有關,同時也與施工質量有關。所以,載荷試驗的結果是一個綜合性的檢測指標。根據載荷試驗,該軟基處理工程所有樁體單樁極限荷載均在620kN以上,單樁承載力均在400kPa以上,復合地基單樁承載力也都超過了200kPa,完全達到了設計要求。
7結語
工程實踐表明,公路軟基采用振沖碎石樁處理能較大提高軟基的承載力和穩定性,而且施工簡便、工期短、造價低。因此,將振沖碎石樁應用于高速公路軟基處理完全是可行的,并且完全可以滿足相關規范要求。但施工時應采取適當措施,防止泥漿污染施工場地
參考文獻:
[1]王福勝,張留俊.振沖碎石樁在高填路堤軟基處治中的應用[J].公路與自然,2004(1):l1―13.
(一)時刻牢記“兩個務必”,是做好防震減災工作的保障
時刻牢記“兩個務必”,堅持立黨為公、執政為民、提高宗旨意識,切實轉變工作作風,率先垂范,全局干部職工開展社會主義榮辱觀教育,公道正派、堅持原則、廉潔守紀,使我區防震減災各項工作有所起色。
(二)強化防震減災網絡在防震減災工作中的作用
我局從科普知識入手,讓防震減災助理員明白工作的重要性和發動群眾發現宏觀異常就積極上報的重要性,將召集防震減災助理員和宏觀觀測員從簡單到一定專業知識的培訓,爭取建設一支業務過硬的防震減災助理員隊伍。
(三)強化地震監測,提高預報水平
進一步強化隊伍、培訓隊伍,捕捉異常,加強**電導率五個測項和地電監測跟蹤,及時通報本區城和邊周地區震情,強化對地震活動與地震前兆的監測,密切監視震情的發展,繼續做好宏觀觀測點的管理工作,密切監視全區泉點,在做好中長期預測的基礎上,捕捉臨震信息,力爭在短臨監測預報方面有所突破,為**區委、區政府提供可靠的科學決策依據。
(四)加強防震減災科普宣傳
地震災害是我區主要自然災害之一,防御與減輕地震災害是一項十分重要而艱巨的任務。做好防震減災宣傳工作,營造穩定安全的生存環境,對構建和諧社會具有重要的現實意義和深遠的歷史意義。我局繼續對轄區內中小學學生進行防震減災科普知識宣傳和“2•3”麗江地震紀念日和紀念瀾滄-耿馬“××6”大地震宣傳周的宣傳教育活動。
(五)加強地震業務合作
加強國內和國際合作,積極爭取引進地震科研項目,開創防震減災工作新局面。
[關鍵詞]地震減災 科學計劃
[中圖分類號] P315 [文獻碼] B [文章編號] 1000-405X(2013)-7-311-2
國家地震減災科學計劃以大陸強震機理和地震成災機理等關鍵科學問題為目標,從地震與構造運動和變形的關系入手,利用空間對地觀測和活動構造研究等技術,研究中國大陸主要地震帶和強震危險區地震構造的變形特征,利用地球物理測深和空間測量技術,研究地震構造的深部結構和環境,深化對中國大陸現今構造變形和動力過程的認識;通過在地震實驗場區的密集觀測和探測、在震源區的直接鉆探和觀測,結合理論和實驗研究,推進對地震發生機理的認識并探索地震數值預測方法;對地震實驗場區開展強地面運動的預測,結合工程的地震破壞研究,揭示地震成災機理,發展震害控制和預防技術。
1地殼變形觀測與活動構造調查
構造變形的運動學信息是地球動力學研究和地震數值預測研究的基礎。利用空間對地觀測和地表活動構造研究等技術,獲取主要地震危險區活動構造和地殼變形特征,是認識構造應力積累和遷移等運動學特征的重要途徑,對于地震預測、震害預防具有重要的理論和實際意義。
1.1地殼變形與活動構造的空間觀測
正在建設的國家重大科學工程“中國大陸構造環境監測網絡”應用衛星導航定位技術,輔之以VLBI、SLR等空間技術,并結合精密水準測量、重力測量等多種技術,構成了有相當密度、覆蓋全國的觀測系統。上述觀測系統的超高精度靜態相對測量能夠檢測出地殼運動與構造變形的細微變化,給出動態的位移場、速率場和應變場等。利用角反射器InSAR局部觀測優勢,形成角反射器InSAR與GNSS聯合優化組網觀測系統,獲取地殼構造變形的三維信息。
采用先進的計算方法與模型,反演中國大陸速度矢量與應變場,建立巖石圈粘彈力學模型,模擬中國大陸長期應力應變場的演化,研究中國大陸基于變形場特征及力學失穩模型的地震危險性預測方法。通過典型地區地殼應變速率、斷層帶應力演化、地震矩累積和釋放特點及其相互關系的研究,給出典型區域基于地殼變形場特征及力學失穩模型的地震動參數的動態幾率分布。此外,利用獲得的地表變形的運動場和應變場為約束條件,在巖石圈結構和地質構造研究的基礎上,研究大陸內部構造變形的動力學過程。
1.2新構造運動與地殼應力狀態
發生在新生代晚期一直持續至今的新構造運動是產生包括地震在內重大自然災害的最根本因素。利用現代地理信息系統和新年代測試技術開展新構造運動研究,查明新構造運動的性質和強度,是認識中國大陸地震動力背景的重要任務。
利用地應力測量、鉆孔應變連續觀測、地震震源機制與地震波信息等各種方法獲得的構造應力和應變資料,研究中國大陸及海域構造應力分布的基本特征、強震區(帶)地殼應力應變動態變化及斷層運動特征,開展活動斷裂帶相互作用與地震的應力觸發作用研究。
1.3主要發震斷裂的分布特征與活動習性
活動構造是確定未來強震可能發生的地點和強度的主要依據。以活動構造地質地貌調查和實測方法為主,對大陸及海域的主要活動地塊邊界帶和強震危險區進行活動構造調查、填圖與綜合研究,查明主要活動構造帶的晚第四紀變形特征、主要發震構造、主要活斷層的位移速率以及古地震證據,獲得主要發震斷裂的滑動速率、同震位移、復發間隔、離逝時間、斷裂分段等定量數據,在此基礎上建立地震復發的理論模型,揭示地震在時間和空間上的活動規律,指導地震危險性預測。
2深部結構和孕震環境探測
依托地球物理和地球化學技術對地球內部進行觀測和探測,獲取對發震構造的深部結構、動力環境等方面的信息,同時觀測地震孕育發生所伴隨的地球物理場和地球化學場的變化,是認識地震孕育發生物理過程的基礎。由于地震發生在人類至今無法企及的地下深處,通過“地震”這盞明燈,可以照亮地球內部的結構,所以該研究亦可稱為“地下明燈”專項。
2.1地球物理和地球化學背景場探測
合理規劃和完善全球、國家、區域和地方四級地震監測臺網,加強地震、大地測量、電磁和地下流體的流動監測,探測中國大陸地球物理和地球化學場背景場及其動態演化。在地震重點監視區適當加密觀測,提高對主要動力邊界帶和活動構造帶的監測能力,探討強震孕育發生過程中物理場和化學場的變化特征。
2.2深部精細結構的地震臺陣觀測
利用由數百個寬頻帶地震儀組成的流動地震臺陣,并結合中國國家地震臺網與鄰近地區和國家的地震觀測臺站,采用天然地震和人工震源組成的系列震源,對中國大陸分區域開展高分辨率深部結構探測,給出地殼、上地幔三維精細結構及物性成像,探索震源區高精度成像及其演化的觀測方法。利用高分辨率人工地震探測技術獲取地震危險區和主要發震斷裂帶的深部精細結構。在此基礎上分析強震孕育的深部環境、震源介質性質、動力過程及地震前兆。
2.3深部介質物性的綜合地球物理探測
建設極低頻電磁探地工程,利用一個發射源,在全國范圍建立一定密度的觀測網絡,觀測地下電性結構的變化以及空間電磁場的變化,實現對地震等災難性事件引起的電磁異常的高精度動態監測。利用現有的大地電磁測深技術和地磁陣列觀測技術,結合地震學等其它地球物理觀測手段,深入研究強震發生的深部構造背景、孕震區介質力學、電磁學等性質,建立大陸強震發生的深部介質結構模型,為大陸強震機理和預測提供依據。
2.4地震電磁與重力衛星觀測
基于地震立體觀測系統的需求和我國航天技術的發展,分階段研發地震電磁和重力衛星,建設配套的地面應用系統。結合航空電磁和重力觀測,基于變化的電磁場、重力場以及電離層等離子體變化等,反演全球和區域規模的深部結構。
3地震數值預測的試驗研究
在構造變形運動場和深部動力學研究基礎上,通過在地震實驗場區的密集觀測和探測、在震源區的直接鉆探和觀測,構建地震孕育和發生的物理模型,利用實驗和數值模擬技術研究強震孕育和發生的動力過程,開展地震數值預測的試驗研究,對于認識地震機理、提高地震預測水平具有重要意義。
3.1地震發生機理的實驗研究
由于地震是非頻發事件以及地球內部觀測的局限性,通過模擬實驗研究地震的發生機理是地震科學的重要內容。實驗研究各種斷層模型的滑動和破壞過程,分析斷層幾何復雜性和強度非均勻性等對斷層滑動本構關系、斷層破裂過程及其伴生的物理場的影響。開展高溫高壓巖石力學實驗,系統研究斷層滑動強度和穩定性及其影響因素,針對主要斷層建立流變強度模型,為分析斷層帶應力積累和釋放過程、地震成核條件和深度等提供依據。開展實驗巖石學、高溫高壓巖石物理實驗研究,分析斷裂帶的物質組成與物理性質,探討殼內物性異常層的成因機制,為建立斷層系統模型等提供必需的基礎資料。
3.2地震動力過程的數值模擬研究
利用并行計算等現代計算機技術,實現較高分辨率、較多網格的數值模型。采用現代計算技術,吸收新的探測研究結果,根據地震活動情況,動態地進行模型的更新。以GNSS測量結果、歷史地震和古地震等為約束,建立接近實際地震活動情況和介質環境條件的、具有物理意義和預測功能的活動地塊邊界帶動力學模型,模擬強震孕育和破裂的物理過程。通過模擬試驗結果的分析,研究地震過程中斷層的相互作用,探索不同方式的力學作用如何控制應力積累、轉移和釋放,介質的非均勻性對地震分布的影響,分析邊界帶上斷層系統的運動學和動力學特征,加深對地震現象物理本質的理解。
3.3地震預測的實驗場研究
在我國強地震頻發地區建設地震監測預報實驗場,在查明實驗場巖石圈結構和發震構造及其活動習性的基礎上,以現有的監測系統為基礎,建設立體化、近震源、高分辨率的觀測體系,通過地球物理場觀測與地質構造相結合、短臨預測與中長期預測相結合、理論模型與實際觀測資料相結合,促進數值地震預測方法的發展。通過三維幾何結構與深淺部構造關系的探測、斷裂帶流變結構和本構關系的確定、變形分布與演化圖像的分析、斷裂活動習性和古地震活動歷史回溯、現代地震活動觀測和破裂動力學模擬,建立強震孕育和發生的動力學模型,通過實驗和數值模擬研究強震發生的物理機制,進而對強震進行數值預測的試驗研究。
3.4震源區科學鉆探
在地震實驗場區選擇地震斷層帶,開展科學鉆探,研究斷層帶的深部介質性質、物理狀態和應力環境,并開展斷層帶深部應力等物理參量變化的觀測,推進強震機理與預測研究。利用深鉆提供的巖芯實物、鉆孔地球物理觀測和地球化學分析,獲得地表以下接近震源深度、與孕震環境有關的直接信息,開展以深鉆為核心的地震孕育和發生機理的實驗研究。
參考文獻
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關鍵詞 石油;勘探技術;創新
中圖分類號:TE132 文獻標識碼:A 文章編號:1671-7597(2014)01-0005-02
1 現狀分析
近年來,我國的經濟水平在迅速的提升,這也帶動了我國的石油產業有了很大發展,地質勘探技術的水平也有了很大提高,石油是我國的基礎性能源,與我國的經濟發展有著相輔相成的關系。隨著經濟水平的提升,我國的石油地質勘探技術的創新技術取得了很大的進步。但是根據我國的現狀分析,我國的石油資源可采儲量相對較少,優質石油則更少,這嚴重制約了油氣產能的提高,這使得我國的石油地質勘探工作者壓力巨大,所以,面對現狀,勘探技術的創新顯得尤為重要,以保障我國經濟的平穩持續的發展。
2 技術創新
2.1 物探技術創新
在石油地質勘探技術中,物探技術有著舉足輕重的地位。傳統的地震勘探技術包括:反射地震技術、三維地震技術、數字地震技術。隨著我國科技的迅速發展,計算機技術應用到了地震勘探技術上,逐漸的出現了高分辨率地震技術、油藏地震描述技術、三維疊前深度偏移技術、四維地震監測技術。由于這些先進技術給石油勘探作業帶來了高成功率,所以得到了迅速的發展。
隨著現代社會的經濟需求不斷增加,石油地質勘探技術也在不斷的創新,地震勘探技術在數據采集、數據解釋、數據處理、設備制造等方面也取得了很大的進步。為了提高勘探技術,降低生產成本,逐步又研發出先進技術,主要包括:三維地震技術、地震油藏描述與監測、經驗技術、三維可視化技術。還有一些在未來即將應用的技術:永久性地震傳感器排列系統,對油田的生產進行電子化管理,對實地地震油藏進行生產監測;隨鉆地震成像,對整個鉆井過程進行可視化監控,這樣能夠使得石油地質勘探的評估者有更直接的決策依據,提高決策精準度。
三維地震監測技術流程圖
2.2 測井技術創新
隨著計算機水平及電子設備水平的不斷提高,這些技術也在逐步的應用到石油勘探工作中,主要是把計算機技術應用到測井工作的數據采集、數據處理及數據解釋方面,使得測井技術由數據型轉變為成像型,利用成像型測井技術,測量數據的傳輸速度變得更加快捷,在每次下井測量時還可以將多個下井儀器組合在一起,以便擴大井眼覆蓋范圍,提高探測深度及采樣率。
近些年,一些測井創新技術得到了廣泛應用,如核磁共振技術、快速平臺技術、套管技術、隨鉆技術等等。其中應用最為廣泛的就是核磁共振測井技術,其較高的測量精度及速度受到廣大石油地質勘探技術工作者的青睞。快速平臺測井技術的優勢主要在于測井時間的縮短,也降低了測井工作中的故障率,為測井工作節約了很多時間。隨鉆測井技術的優勢主要在于尺寸小、成本低、可靠度高、組合隨意,漸漸地發展到了陣列化成像方向,這也使得測量數據的可靠度更高。
2.3 鉆井技術創新
在石油地質勘探工作中,鉆井的費用支出占總費用的50%-80%,所以,降低鉆井費用是降低總成本的關鍵,所以,全球的很多大型石油公司都在主打研究先進的鉆井技術。傳統的鉆井技術是欠平衡鉆井技術,它起源于加拿大,它的優勢在于能夠減輕對地層的損壞,鉆井速度有很大提高,能夠避免遺漏和卡鉆,對于枯竭油層的開采無疑是一種好辦法,但是它的劣勢在于應用設備較多,技術較復雜,且在安全和防腐方面做得不夠完善。
現如今在石油地質勘探中鉆井中比較先進的技術包括:多分支井鉆井技術、深井鉆井技術、超深井鉆井技術、可視化鉆井技術、三維鉆井技術、特殊工藝鉆井技術。其中多分枝鉆井技術應用最為廣泛,它的優越性主要顯示在開發油氣藏、建設油氣藏的過程中。這些新技術的應用不僅提高了鉆井效率而且大大的降低了鉆井成本,推動了我國石油產業的健康發展。
3 創新的意義
我國的石油地質勘探技術還有很多其他創新,如:利用計算機進行仿真模擬,以提高勘探質量;采用可膨脹套管技術,以降低勘探成本;多維發展,以提高石油綜合勘探水平;加強新方法的研究,以提高石油勘探的時效性等等。近些年,全球的資源日漸枯竭,而能源對于全球經濟的發展又起著至關重要的作用。所以,現如今,對石油地質勘探技術的創新研究的意義顯得頗為明顯。創新研究,首先最重要的一點就是科技的引入,這對于石油地質勘探的質量和水平的提高、油氣產量的提高、國家能源安全的保護、經濟社會健康的發展具有十分重要的意義。
4 結束語
總而言之,面對當前社會石油資源有限而經濟社會對其需求量增加的巨大壓力下,石油地質勘探的技術創新顯得刻不容緩,國家應該積極鼓勵技術創新,提供資金支持,從而保障我國的油氣產量提高,經濟社會平穩持續發展。
參考文獻
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關鍵詞:活動斷層;識別標志;研究方法;研究意義
1、活動斷層的概念
斷層是指巖體在構造應力的作用下發生斷裂,且斷裂面兩側巖體有明顯相對位移的構造現象,它是節理的擴大和發展。而活動斷層這一名詞是20世紀初有A.C.Lawson,H.Q.Wool,B.Willis和李四光(1926)等先后提出來的,不同學者給予活動斷層不同的含義,在1989年國家地震局震害防御司規定:“活動斷層是指第四紀期間,尤其是晚更新世(10萬年)以來活動過的,并在今后人有可能活動的斷層”。
2、活動斷層的特征
人們通過對活動斷層的長期研究,認識到活動斷層的一些基本特征有:活動方式,繼承性與反復性,長度與斷距,錯動速率與錯動周期,隱伏性,群集與分段。
2.1活動方式
活動斷層的活動方式有兩種,一種是以地震方式產生間歇性的突然滑動,粘滑性斷層的圍巖強度高,兩盤粘在一起,不產生或有極其微弱的相互錯動,從而不斷積累應變能,當應力達到圍巖鎖固段的強度極限后,較大幅度的相互錯動在瞬間突然發生,引發地震。另一種是斷層兩側巖層連續緩慢地滑動,稱為蠕變斷層或蠕滑型斷層。蠕滑型斷層的圍巖強度低,斷裂帶內含有軟弱充填物或孔隙水壓、地溫高的異常帶內,斷裂鎖固能力弱,不能積累較大的應變能,在受力過程中會持續不斷的相互錯動而緩慢的滑動,達到一定強度時可引起地面破壞,如產生地裂縫、崩塌、滑波等地質災害。
2.2繼承性與反復性
活動斷層的繼承性是指繼承老的斷層而活動。活動斷層的反復性是指活動斷層總是沿著一定的發震面有規律的分布。這一點對地震帶的劃分提供了重要依據。
2.3長度與斷距
活動斷層的長度與斷距是對活動斷層進行長度和位錯的研究,這兩個方面對于場地評價、設防等具有重要的意義。
2.4錯動速率與周期
錯動速率是指斷層年錯動位移量,一般用若干年總的錯動量計算得到,因而也稱平均錯動速率,如可可西里活動斷層的平均速率為1.50mm/a、0.39mm/a、7.76mm/a、6.76mm/a、3.27mm/a。而錯動周期是指斷層兩次錯動之間的時間間隔。錯動周期也就意味著地震周期,所以,錯動周期的研究對地震的預報具有重大的意義。具體的經驗公式為logD=0.55M-3.71(M為震級,D為位移)按斷層規模估計震級。
2.5隱伏性
隱伏斷層也是一類重要的斷層,是指長期存在,但并未切穿全新世以來或更新地層的斷層,這種斷層的存在對于城市的威脅是潛在的,在進行城市選址時要準確確定這種斷層的位置,盡量的避開。
2.6群集性與分段性
活動斷層的集群性是指把成因上有聯系的一組斷層集合成一條較大的斷層。分段性是指將超長斷層分成若干個地震情況互不相同的地段。
3、活動斷層的鑒定
活動斷層的鑒定有直接測定活動物質年齡的方法和一些間接的判斷方法。間接的判斷方法主要有:地質、地貌、水文地質標志,考古標志,測量和監測標志,地球化學和地球物理標志。
3.1地質、地貌、水文地質標志
地質的標志表現在地層的缺失和重復,但是由斷層造成的地層缺失是不重復的。青藏鐵路風火山段二溝盆地北緣發育的活動斷層發育有明顯的斷層三角面,在斷層三角面的坡腳發育呈線狀分布的基巖破裂帶、斷層崖、斷層陡坎、泉水和泉華臺地等,這些地貌標志對于活動斷層的鑒別具有重要的意義。
3.2考古標志
通過分析歷史文獻記載,結合地質地貌調查,研究人類歷史時期以來的斷層活動狀況。可以用古代遺跡定年。古建筑的錯開是活動斷層一個很好的鑒別標志,如某些古城墻古長城的的錯開,古墓形狀的扭動等。
3.3測量和監測標志
對活動斷層進行測量和監測可以起到短期到中長期的預測作用,通過數據的分析可以知道活動斷層在近期的變化情況,例如,通過對青藏鐵路風火山段斷裂的長期觀測,可以知道該出的斷裂確實是一個活動斷層,并且其活動速率在0.2~0.4mm/a之間,這種方法對于活動斷層的測速以及地形變量的測量具有很好的說服力。現在很多的地方對活動斷層進行了監測、測量,這對于進行較深入的研究意義重大。
3.4地球化學和地球物理標志
斷層的現在活動,必然導致斷層帶內產生物理、化學變化,其中如斷層氣、放射性異常;重力、磁力、低溫等物理異常。通過測量分析,可以間接作為活動斷層的佐證。
4、研究方法
近些年來對于活動斷層的研究日益精深,研究方法也是越來越多,研究的內容也豐富了,這對于地震的監測提供了堅實的基礎,活動斷層研究的方法有:遙感地質學、活動斷層測年、地球物理學的方法。
4.1遙感地質學方法
遙感地質學方法是指通過遙感的方法對斷層進行研究,從衛星圖片中對斷層進行研究。利用電磁波的反射理論進行圖像的搜集,活動斷層在遙感圖像上表現為線性體,但是并不是所有的線性體都是斷層,這就涉及到線性體的識別和驗證工作。
4.2活動斷層測年
活動斷層測年可以確定斷層存在的時間,現在的方法有以下幾種:放射性碳(14C)法、熱釋光(TL)法、光釋光(OSL)法、電子自旋共振(ESR)法、石英顆粒表面顯微觀測(SFM)法、第四紀孢粉分析法。
4.2.1 放射性碳(14C)的方法
放射性碳(14C)的方法是通過對木頭、木炭、、腐殖土、珊瑚、貝殼、骨頭以及次生碳酸鹽(泉華、石筍、鈣質膠結層和鈣結核)等中的有機碳進行的測量,測年適用范圍在200~5000年。
4.2.2 熱釋光(TL)法測年
熱釋光(TL)法測年的原理是:結晶固體在其形成和存在過程中,接受了來自周圍環境和宇宙中的放射性輻射,固體晶格以內部電子的轉移來貯存輻射帶來的能量,這種能量在遇到外來熱刺激(或光照)后,又能通過貯能電子的復原運動而以光子發射的方式再度把能量釋放出來,這就是熱釋光。自然界的沉積物中含有微量的長壽命放射性元素――鈾、釷和鉀,它們在衰變過程中所釋放的α、β和γ射線可使晶體發生電離,產生游離電子。這些游離電子大部分很快復原,有一部分就被較高能態的晶格缺陷所捕獲而貯藏在陷阱中。當晶體受到熱刺激(或光照)時,被俘獲的電子獲得能量就可逸出陷阱產生熱釋光。釋放的光子數與陷阱中的貯能電子數成正比,貯能電子數與晶體接受的核輻射劑量成正比,即晶體的熱釋光強度與接受的核輻射總劑量成正比。在一定時段內,半衰期很長的鈾、釷和鉀的放射性強度幾乎為恒量,結晶固體每年接受的核輻射劑量也應視為恒定值。
4.2.3 光釋光(OSL)法測年
光釋光(OSL)法測年的原理是:光釋光法是在熱釋光法的基礎上形成的一種測年方法,其信號形成機理與熱釋光信號相同。不過,光釋光信號具光敏感性,光釋光信號在強光下,就能全部釋放出來。
4.2.4 電子自旋共振(ESR)法測年
電子自旋共振(ESR)法測年的原理: 順磁性物質在高頻電磁波的作用下,當磁場強度和微波頻率調節到某一特定值時,微波能量會被順磁物質強烈吸收,稱為順磁共振。由于這一現象的本質與順磁性物質中的自旋電子有關,所以稱為電子自旋共振。電子自旋共振波譜儀是探測物質中不成對電子濃度的直接工具。
4.2.5 石英顆粒表面顯微觀測(SFM)法
石英顆粒表面顯微觀測(SFM)法也是一種比較常用的方法,其原理是:斷層泥中的主要成分為碎礫和粘土礦物,碎礫主要是石英和其他礦物及原巖碎屑,其中石英是穩定的礦物,形成后不會風化變質為其他礦物,而因溶蝕程度的不同表現出不同的溶蝕類型。
4.2.6 第四紀孢粉分析法
第四紀孢粉分析法的原理是該法是通過對第四紀孢子花粉化石的研究,達到恢復第四紀古植被、古氣候及古地理環境,進而劃分和對比第四紀地層,尤其可用于劃分全新世松散沉積物的相對年齡,將孢粉分析法用于斷層活動性研究,主要是通過鑒別斷層上覆蓋的第四紀地層的年代,測定斷層停止活動的大致時間。
4.3地球物理的方法
地球物理目前最常用也最有效的方法試用的地震波的方法,通過對地震波的分析可以知道隱伏斷層、大規模的活動斷層進行準確的鑒定,這對于人們認識活動斷層具有重要的意義。
5、研究意義
現代城市的發展跟地質緊密相關,城市的選址建立在地質學的基礎上,就活動斷層來說,城市不能建在有活動斷層經過的地方,這很容易引起城市地質災害發生,很多跟城市相關的基礎設施也要考慮這個因素,比如水廠、電廠、道路的選址問題都需要考慮到活動斷層,這些設施在進行初期的規劃時就需要考慮這些問題,以免造成巨大的損失。盡管有的活動斷層運動的很緩慢,有可能在很長的一段時間里運動并不明顯,但這并不能說明這很安全,因此在進行城市的建設時必須考慮到這個方面的問題。另一方面,活動斷層還跟礦體的形成有關,對活動斷層的研究也是尋找資源的一種方法,這對于城市的發展具有舉足輕重的作用,在很大程度上可以促進城市的發展。活動斷層的研究對于地震的活動機理可以做出進一步的解釋,現在地震和地質體活動的直接原因是活動斷層的作用,而地震和地質體的活動將進一步產生新的斷層,或將斷層的隱伏性暴露出來,從而產生更進一步的地質災害。
參考文獻
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關鍵字:ABAQUS,邊坡,地震相互作用,框架結構
引言
隨著社會經濟的發展,人口的不斷增長,山區的建設與發展越來越重要。在山區的開發建設中,許多建筑物不可避免的建設在邊坡之上,帶邊坡的地基成為了建筑地基的主要形式之一。我國又是一個多地震的國家,地震給我國社會經濟以及人民的生命財產安全帶來了巨大的災害。
本文將邊坡地基和抗震相結合,用ABAQUS有限元分析軟件將邊坡地基-基礎-上部結構建立成一個整體模型,觀察研究其在地震波的作用下的動力反應。本文所建模型為地下一層箱型基礎,地上六層框架結構,梁柱板混凝土等級為C30,箱型基礎混凝土強度等級為C30。
1.模型的建立
(1)材料本構模型
無論是巖土材料還是混凝土材料,其材料的本構特征都是十分復雜的,根據本文研究需求,假設上部結構和箱型基礎在整個地震過程中均處于線彈性的狀態、各向同性,彈性模量和泊松比根據混凝土取值。
巖土采用Mohr-Coulomb彈塑性模型,在ABAQUS中Mohr-Coulomb模型通過、和三個參數定義塑性變形的。本文采用較為保守的方法,令=0。巖土的彈性部分假設為各向同性的線彈性材料。
(2)單元的選取
上部結構、箱形基礎和地基的有限元分析部分均采用C3D8R單元,由于該單元中心只有一個積分點,變形變得過于柔軟,必須引入沙漏剛度以增強單元的剛度。
(3)接觸問題
在整個模型中主要有兩個接觸對,一個是上部結構與箱形基礎的接觸,本文采用綁定接觸法,這種接觸適應能力強,接觸面的應力應變較均勻,與現實情況也比較吻合。另一個是地基與箱形基礎的接觸,箱形基礎和地基的接觸包括法向和切向兩部分。法向為硬接觸,切向選擇無摩擦的接觸屬性。
2.地震波的選取及調整
(1)地震波的選取
地震波的選取必須與相應的場地類別、設防烈度以及結構的彈塑性狀態相適應,在不同的地震波的作用下,建筑結構的地震響應不同。
(2)地震波的調整
地震波的調整通常是對地震動強度、頻譜特性和持續時間三要素調整。
1)地震動強度調整
地震波的調整方法:
2)地震動頻譜特性的調整
地震動頻譜特性的調整就是通過“拉長”與“縮短”實際地震記錄的時間步長以改變其卓越周期,使其與相應場地條件的譜的特性相一致。
3)地震動持續時間的調整
所選取的地震動持續時間內必須包含地震動的最大幅值時間,時長一般為結構基本周期的5-10倍。
(4)監測點的選取
本結構箱型基礎和上部框架結構為對稱結構,在地震作用下受力對稱,所以選擇中間斷面上的點作為監測點。
3.不同邊坡距對框架加速度的影響分析
本文分別建立了邊坡距為5m、15m和25m地基的模型,將Taft波幅值調整為多遇地震幅值0.55m/s2,作為外激勵輸入整個巖質地基與結構相互作用體系。對于各監測點加速度放大系數取整個地震過程中監測點的加速度絕對值最大值與輸入地震動峰值的比值。
在Taft波作用下結構加速度放大系數
表1 不同位置加速度放大系數
監測點 5m 15m 25m
時間 放大系數 時間 放大系數 時間 放大系數
A 11.12 0.996 11.12 0.996 11.12 0.996
B 8.66 1.195 12.00 1.116 12.00 1.020
C 8.68 0.995 12.02 1.013 8.68 1.029
D 8.70 0.950 12.06 0.983 12.06 1.036
E 12.26 1.273 12.08 1.316 12.26 1.396
F 12.26 1.113 12.10 1.174 12.26 1.271
G 16.46 1.025 12.14 1.095 16.48 1.186
H 12.16 1.576 12.16 1.676 12.16 1.744
圖1 不同邊距加速度放大系數圖
由圖1可以得出,加速度放大系數隨高度變化較為明顯的出現兩個波峰,一個在箱基頂板監測點B,另一個在框架三層頂板監測點E,最大值在頂層樓板監測點H。在多遇地震幅值為0.55m/s2的Taft波的作用下,隨著邊坡距的增加,地下結構箱型基礎的加速度放大系數逐步減小,上部結構的加速度放大系數逐步增大且趨于穩定,各個監測點變化趨勢保持一致。
4.結語
邊坡地基-基礎-上部結構在地震作用下的相互作用的研究在很多工程中具有重要地位,因此研究其影響具有重大意義。本文分別建立了三個不同邊距的地基-基礎-上部結構的模型,分析得出在多遇地震幅值為0.55m/s2的Taft波的作用下,隨著邊坡距的增加,地下結構箱型基礎的加速度放大系數逐步減小,上部結構的加速度放大系數逐步增大且趨于穩定,各個監測點變化趨勢保持一致。
參考文獻:
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關鍵詞:海洋環境;海洋工程;光纖傳感技術;原理
一、光纖水聽器在海洋工程中的應用
核潛艇技術與潛射導彈技術在不斷進步,使用產生的噪音也越來越低,壓電聲納的靈敏度已經鄰近極限,探潛能力具有一定的局限性。以美國為主的西方國家,對光纖水聽器進行了精細的研究,并且取得了一定的成果,對于我國的海洋工程具有借鑒意義[1]。國內投資大量資金,成立專門的研究小組進行研究,目前還處于初級階段。光纖光柵傳感器不僅具有普通傳感器的功能,還能夠根據光波波長的調制機理,不被光源強度的強弱影響。采用特定的技術,可以在一根光纖上串接多個光纖光柵,從而去對陳列式的水聽聲納傳感進行檢測。
(一)光纖光柵水聽器的傳感原理。光纖布拉格光柵水聽聲納,采用的是FBG傳感特性設計,其屬于水中聲波傳感器。其傳感原理是,在特殊的聲壓敏感器上面安裝FBG,聲壓敏感器會收集水中的聲波作用于FBG,導致其發生應變,FBG的周期會被改變中心波長會發生偏移。光纖光柵調節系統能夠精準的測算出波長的變化量,從而去確定水聲信號的變化量。光源會發出帶寬比較寬的光波,進入到光纖光柵內,其會將特定波長的光波進行反射,主要是由于其具有波長選擇性,只要檢測反射光的波長偏移量即可完成傳感過程。
(二)光纖光柵水聽器系統介紹。如下圖1所示,是非平衡M-Z干涉解調光纖光柵水聽器的基本構造圖。其主要是采用非平衡的M-Z干涉結構,使得傳感光柵中的中心波L變化量轉換成為相位的變化值,再進行調解干涉輸出的光波相位信號,從而去得到波長的變化,提升系統探測的靈敏度。圖1中光源發出的寬帶光,通過環行器進入到傳感光柵,再通過光柵反射的窄帶光波進入到非平衡干涉結構,在3X3光纖耦合器形成干涉。
(三)光纖光柵水聽器技術總結。為使得光纖光柵水聽器具有機械與光學的穩定性,需要對光纖光柵進行環境試驗。試驗的過程是,將其放在溫度為90攝氏度,相對濕度為90%的恒溫恒濕溫度箱中2000h;并在-40~85℃的溫度中循環2000次,看其光學性能的變化。若是其光學性能無明顯變化,則證明光纖光柵水聽器具有機械與光學的穩定性。判斷光纖光柵的使用壽命,可以采用加速老化的辦法,根據可以預測光纖光柵反射以及透射率隨時間環境因素的變化關系去進行判斷。光纖光柵水聽器使用的海底環境相對復雜,需要采用適合環境的封裝材料與光纖光柵粘結材料。利用多參量同時測量的方式,能夠消除光纖光柵對溫度、應力等的交叉敏感性。可以采用SLED光源去擴大光纖光柵水聽器的探測范圍,擴大光源的輸出功率,提高檢測信號的強度。光纖光柵水聽器的敏感度,主要是敏感材料的性能來決定,同時也受波長調節系統的靈敏度影響。
二、水位傳感技術與光纖振動
水位傳感技術與光纖振動,主要是應用于海底地震海嘯監測。海底地震監測,屬于超低頻、大移位的振動測量,并且測量區域較為復雜,需要長期的進行監測,過程難度較大,構建海底網絡監測的成本巨大,維護需要耗費的成本較高。但若是海底地震海嘯監測系統一旦建成,會給人類帶來不可估量的利益。光學式地震計與光學式水位計利用的是光纖作為傳播介質,用其建造的海底地震海嘯監測網絡,比其它的地震波檢測儀器功能更加強大。
(一)光纖干涉原理。利用光纖干涉原理建成的傳感器,是目前我國最為先進的測量技術之一,其具有超高的準確性,能夠對海底復雜的環境與海底地震進行全面的監測。全光纖觀測網絡的構成,能夠滿足海底監測的需求,普遍在國際上應用,并且在不斷研發中。光纖干涉式檢波器,主要是利用彈性膜片與彈性順變柱。海底環境的振動變化,或者是壓力會導致膜片與順變柱變形,使得膜片與順變柱耦合的光纖折射率與長度發生改變,從而引起干涉光強度的改變。
(二)光纖干涉檢波系統。光纖干涉檢波系統的工作原理是:光源發出具有強制信號的連續光,通過長距離的傳輸作用于海底傳感單元內部2X2耦合器;再分成兩道光束進入到光纖干涉臂。若是檢波器對于外界的地震信號進行響應,干涉臂的反饋信號中則會含有振動信息的振動信號;此信號再通過長距離的傳輸,返回到主機內部的光電探測器,經過放大之后,生成電信號由于調制信號,再傳遞給數據收集卡,從而轉化為數字信息;經過分析解調之后得到最終的振頻,以及相關的原始數據。
三、結論
綜上所述,光纖水聽器在海洋工程中的應用,主要包括光纖光柵水聽器的傳感原理,光纖光柵水聽器系統介紹,以及光纖光柵水聽器技術總結。水位傳感技術與光纖振動,通過光纖干涉原理建成的傳感器,能夠實現對海底地震海嘯的監測。
關鍵字:物聯網鐵路防災監控
鐵路防災發展回顧
縱觀國內外高速鐵路發展的歷史,防災安全監控工作貫穿了高速鐵路建設、運營的全過程,在高速鐵路安全監控方面發揮了巨大作用。以高速鐵路比較發達的法國、德國和日本為例,都設有防災安全監控系統,對設備狀態、自然環境進行監測、報警系統。
我國的鐵路防災系統是隨著高鐵的建設逐步發展起來的,大致經歷了以下三個階段。
第一階段:調研摸索階段。高速鐵路發展初期,相關領導、專家與設計院提出防災系統的概念,經過國外的實地考察與國內的需求調研,提出了鐵路防災系統的框架與涉及內容,并逐步展開研究。
第二階段:試驗線建設與上線應用階段。經過京津試驗線與石太試驗線的摸索,防災系統開始逐步向高速客專線路推廣,經過鄭西、武廣、廣珠、合武等高鐵實施,佳訊飛鴻、世紀瑞爾、今創等公司的產品系統正式走向工程應用。
第三階段:完善修正和發展階段。防災系統的標準化和規范化已經提上日程,近期防災系統總體方案及設計暫規等相繼出爐。系統正逐步走向成熟。
鐵路防災未來發展
從應用角度考慮,隨著鐵路速度越來越快,對安全性要求進一步提高,新的災害監測需求已經提上日程,比如泥石流、滑坡、地震等等,防災系統范疇會逐步擴大,系統重要性逐漸提升。
從市場容量角度考慮,按照國務院《“十二五”綜合交通運輸體系規劃》,預計2012年底客專開通里程超過1萬km,2015年底前建成快速鐵路4萬km(含客專和200客貨混),后續市場容量非常大,發展機遇非常寶貴。
從技術發展趨勢考慮,隨著物聯網、云計算等技術的蓬勃發展,信息集成度將越來越高,防災系統與其他信息系統的融合會越來越多。在感知層和傳輸層,無線傳感網絡、光網絡、3G等新技術使得信息采集、監測和處理的自動化、遠程化、實時性、安全性和可靠性程度大大提高。未來可以預期應用的新技術有:
物聯網技術:無線傳感器網絡及無線自組網技術,安全性高,便于維護和擴展;
光纖傳感技術:使用光纖傳感,成本低廉、無需供電,可靠性高;
數據挖掘技術:基于大規模的測量數據,建立與次生災害相關聯的數據模型,分析發生趨勢;
顯示技術:利用虛擬現實、數據可視化工具3D直觀顯示模擬災害發生,為防災救災的決策提供科學依據;
新災害監測技術:基于氣象數值分析的大風預警、結合高分辨率對地觀測等空間技術的地質災害預報警系統、GIS等。
鐵路防災安監控系統
作為物聯網技術的積極倡導者與實踐者,佳訊飛鴻是目前國內為數不多的、具備完整防災系統工程實施和開通業績的承建單位之一。自主研發的防災設備先后中標并成功實施完成合武鐵路湖北段、廣珠城際和向莆鐵路,并可靠運營多年。從這幾條線路多年的運營情況來看,設備質量可靠,運行穩定的系統,為客專運營安全起到了保障作用。
鐵路防災安全監控系統用于監測鐵路沿線風、雨、雪、地震等自然災害以及公跨鐵路橋、隧道口、公鐵并行異物侵限等意外事故的防護及安全監控預警、報警系統。對危及高速鐵路運行安全的風、雨、雪、地震等自然災害和突發事故異物侵限災害等進行監測報警和輸出控制,提供經處理后的災害預警、限速、停運等信息。調度部門根據相關災害信息進行列車安全運行指揮,工務部門根據相關災害信息開展基礎設施的巡檢、搶險及維修養護工作,防止自然災害造成行車事故,保證行車安全。
產品架構
為解決當前防災系統面臨的主要問題和挑戰,防災系統必須逐步通過技術創新、產品升級和現場驗證進行改造升級,演進后防災系統框架如圖1所示。該系統已經在合武鐵路湖北段、廣珠城際和向莆鐵路成功應用。
系統主要特色
?控車高安全可靠性:與控車相關的接口采用2×2取2架構設計,接口采用動態電路驅動重力繼電器,具有故障一卡斷功能,符合故障一安全原則;系統整體采用冗余架構設計,符合鐵路防雷、電磁兼容相關標準,可適應-40℃~70℃惡劣環境;
?消除信息誤報、漏報:系統支持風、雨、雙套布置和數據2取2比較,異物侵限采用雙電網監測,根據趨勢分析濾除意外干擾,保證信息準確可靠,消除誤報漏報;
?專家系統:根據歷史記錄數據,可以通過專家系統評估分析出災害的季節分布、地域分布、發生規律,積累應對措施,總結解決辦法,為鐵路工程設計,規范制定和運營管理提供輔助決策依據。
鐵路防災演進方向多元化方向
監測對象:鐵路防災系統目前包括風、雨、雪、地震以及公跨鐵橋梁異物侵限監測,未來防災系統的監測對象將會延伸至自然災害中的泥石流、山體滑坡、崩塌等。
監測方式:當前,防災系統通過在鐵路沿線設置各種災害傳感器監測實時災害信息。當防災系統建立成網以后,各條線路的實時監測信息可以進行有效共享,同時結合國家氣象局、地震局的有效實時數據進行災害的判斷與解除,微氣象結合大趨勢、地震監測點成網聯動,都是系統監測方式的改變,這種改變,將讓報警更加可靠,預警更加準確。
傳輸方式:隨著目前通信手段的發展以及后續防災系統的擴展,GSM-R、GPRS、北斗、光纜都有可能局部代替目前有線光纜的方式,使防災系統的通信架構更為靈活多變。
展現方式:隨著防災系統的逐步推廣,終端的展現方式也必將改變當前終端架構方式,web終端、手持終端都將逐步應用。
大集成系統
隨著鐵路防災系統的不斷深入發展,監測對象與手段都在不斷擴大與更新,系統也在向更高層次的大集成系統發展;監測對象的集成,展現終端的擴展,車載接口、視頻接口的互聯,都是防災系統走向大集成系統的基礎。
防災系統可以規劃為CTC調度系統的一個重要分支,正常情況下由CTC調度系統指揮行車,災害情況下則由防災系統控制行車,保證行車在災害發生的情況下安全行駛;同時,將報警信息以多種形式展現給用戶,包括駕駛員、調度員、維修人員、值班人員等。
更好的用戶體驗
隨著系統的廣泛應用,用戶體驗將越來越重要。譬如:大數據的可視化呈現;查詢統計需要做的更加易用、清晰;歷史數據的建模分析等等,這些都與系統的用戶體驗息息相關,也更加定義清楚了系統的真實需求。
系統結合與聯動擴展
防災系統與視頻系統的聯動,與CTC調度系統進行災害信息自動發送,與車載系統通信將災害系統直接傳遞到機車,這些都將防災系統推向了新的應用場景;作為災害監測系統,也必將提供對外的接口和方法,使外部系統能夠獲取到相關的災害信息。
同時,鐵路防災系統屬于特定局部區域的災害監測,如能結合國家氣象局大氣象的趨勢預測,可使災害報警的準確性大大提高;而且,與地震局接口后,完全具備空間換時間的預警條件,爭取地震到達前的爭分奪秒,保證鐵路行車人員與設備的安全。