近断层地震下城市隧道动力响应与衬砌选型

为掌握不同形式隧道结构在近断层地震下动力响应特性,同时给隧道衬砌选型提供依据。以乌鲁木齐轨道交通2号线穿越九家湾近断层为背景,通过建立马蹄形和箱型曲拱隧道结构的三维动力分析模型,施加人工合成的地震波,对比两种结构形式在近断层地震作用下位移、速度、应力响应特性及安全储备,明确其动力响应特性。结果表明：两种衬砌结构在近断层地震作用下均保持完整,但箱型曲拱结构速度峰值及位移幅值略大;地震作用下隧道衬砌结构各部位速度响应基本一致,且主要取决于地震动特性;对于穿越断层破碎带的衬砌结构,其地震作用下的应力响应明显增加,破碎围岩对地震动效应有放大作用;两种衬砌形式在地震作用下的安全性能均满足要求,实际工程中应结合适应性条件合理选用。     

厦深铁路桑浦山隧道穿越F1断层带施工技术分析

厦深铁路桑浦山隧道全长5 500 m,隧道设计在DK215＋893～DK215＋947（54 m）段为F1断裂破碎带,F1断层沿断裂带花岗岩被挤压成碎裂岩,并具有硅化和糜棱岩化。根据桑浦山隧道工程地质、水文地质以及隧道工程特点,对桑浦山隧道穿越F1断层断裂破碎带的施工方案进行了详细分析,介绍了隧道穿越不同地层破碎带的施工技术,以其指导隧道的施工,确保工程安全。     

基于QUAKE/W和SLOPE/W下甘家寨滑坡地震动力响应分析及稳定性评价

以鲁甸地震甘家寨滑坡为例,运用QUAKE/W模块分析地震作用下滑坡加速度、速度、位移的动力响应情况;将QUAKE/W结果导入SLOPE/W中,结合安全系数及永久位移,评价水平地震动与水平、竖向地震动共同作用下的滑坡稳定性。研究表明:滑坡监测点的加速度、速度、位移存在滞后性和放大效应;水平地震下滑坡安全系数降低并产生0.381 m的永久位移,滑坡失稳;相比水平地震动,水平、竖向地震动的共同作用使滑坡稳定性明显降低。     

软土隧道地铁振动效应现场实测与数值分析

为揭示列车运行软土隧道瞬时响应和长期沉降的影响,以上海地铁9号线某区间隧道为例,采用现场实测和动力有限元方法分析了软土隧道的自由场响应特征,基于经验公式法评估了隧道长期振动沉降.实测结果表明,隧道近处的地层响应以竖向振动为主,振动加速度总体上服从竖向加速度最大、横向加速度次之、纵向加速度最小的规律.隧道周围30 m范围内竖向加速度为0.02 ～0.32 m/s2,横向加速度为0.02 ～0.26 m/s2.竖向加速度在横向上以弧线状向外衰减,隧道斜上方和斜下方地层存在横向加速度放大现象,地层振动主频为0 ～400 Hz.地铁振动引起的土体动偏应力比小于2％,最大超孔压约为1.1 kPa.地铁运行初期隧道振动沉降主要来自土体不排水累积塑性变形,长期振动沉降则主要来自超孔压消散引起的固结沉降.研究软土地层响应特征有利于揭示地铁振动的传播过程.     

跨断层水工隧洞地震响应数值模拟分析方法

断层破碎带是影响高地震烈度区隧洞结构稳定的关键因素之一.针对地震作用下围岩与断层动力相互作用特点,建立了一种考虑多种接触状态的动接触力算法.该算法考虑了有限元模型中的点对接触和点面接触两种接触类型,可以模拟围岩与断层之间的黏结接触、静接触、分离和滑动接触4种接触状态,适合研究地震作用下围岩与断层动接触系统的非线性大滑移问题.首先,通过一滑块算例,验证了该算法的合理性.然后将此算法应用于滇中引水工程香炉山隧洞抗震稳定计算,对比分析了无断层,有断层、不考虑动接触,有断层、考虑动接触3种工况对隧洞地震响应的影响.结果表明,断层破碎带的存在加剧了隧洞的地震反应,主要表现为衬砌位移和应力的增加,以及围岩破坏区的扩大;考虑动接触后,围岩与断层在地震加载过程中,出现了明显的错动位移,进而对衬砌产生破坏作用;衬砌损伤区主要分布于断层穿过的部位及断层两侧约10 m范围内,其中上盘衬砌受断层影响较大;在横向地震动激励下,衬砌腰拱的应力和位移明显大于顶拱和底拱,为衬砌结构的薄弱部位.     

基于不同上覆岩层的浅埋隧道动力响应特性研究

利用Midas NX有限元数值模拟软件对浅埋隧道数值模型进行非线性时程分析,研究了在不同上覆岩层的情况下,岩层类型和地震波激振峰值对浅埋隧道加速度动力响应的影响。结果表明:在Ⅰ~Ⅴ类上覆岩层状况下,衬砌上各测点的放大系数大于1;不同上覆岩层对衬砌加速度动力响应均有放大效应;围岩条件越好,隧道抗震性能越强。在Ⅰ~Ⅲ类上覆岩层条件下,地震波激振峰值对隧道动力响应的影响比在Ⅳ及Ⅴ类上覆岩层条件下要大。     

深长隧道断层带施工方案优化

以某高速公路隧道断层带施工为工程背景,采用FLAC3D数值分析法对隧道断层破碎带施工进行动态开挖模拟,对比分析了中隔壁法和上下台阶法2种方案引起的力学响应。研究结果表明:断层带围岩变形主要受最大主应力控制,剪应变主要呈"沿隧道纵向中间小两边大,沿断面竖向两边小中间大,沿断面横向右边小左边大"的变化趋势;围岩破坏主要为剪切破坏,断层上盘为最危险地带;此工程背景下,中隔壁法优于上下台阶法,中隔壁法导坑一的施工是关键环节。     

近断层脉冲地震动下桥梁排架墩基于保险丝的损伤控制研究

为增强临近断层区域桥梁双柱式排架墩的横向抗震性能,基于结构保险丝理念,引入防屈曲支撑(Buckling-Restrained Brace, BRB)作为牺牲性保险丝进行抗震性能提升.针对近断层脉冲型地震动的特点,采用单一函数解析模型模拟一组以矩震级、断层距为主要参数的低频脉冲分量,并叠加强震动记录滤波后的高频分量作为研究输入地震动.以一座公路桥梁中的典型排架墩为原型,建立动力分析模型,通过非线性地震反应时程分析,系统研究了BRB布置形式(人字、单斜和肘节式)、矩震级、断层距和脉冲数对排架墩损伤控制效果及抗震性能的影响.结果表明,采用BRB作为保险丝可明显提升排架墩的抗震性能,显著降低其地震损伤;位移放大型肘节式BRB体系较传统单斜式和人字形的耗能能力更强,在小位移情况下尤为显著.     

两跨连续梁模型桥地震响应影响因素研究

以公路钢筋混凝土连续T梁桥为背景,结合振动台试验所用两跨连续梁模型桥地震响应,开展跨径、跨数、斜交角对该模型桥地震响应影响的数值研究,结果表明:在纵向地震输入时,跨径增加,支座水平剪力越大,墩梁纵向相对位移越大;跨数越多,支座和桥墩受力越大,远离固定墩侧的墩梁相对位移提高;斜交角增大,支座和桥墩受力由单向变为双向,纵向地震响应降低而横向地震响应不断增长;跨数和跨径增大时,主梁加速度响应的变化与地震动特性有关,而斜交角增大则纵向加速度不断减小.     

非发震断层场地地震动力响应特性研究

建立了12个理想化断层场地模型,采用粘弹性人工边界及相应的波动输入方法,用二维动力有限元分析了非发震断层场地的动力响应。结果表明,断层对场地的地震动有明显的影响,距断层越近的场地震动的放大系数越大。对于垂直断层,场地的振幅放大效应对称分布,而倾斜断层对其上盘地震动的影响要大于下盘场地地震动的影响。断层破碎带厚度变化对场地的地震动影响不大,而断层的深度变化对场地地震动的影响作用明显。断层破碎带边界处发生了强烈的波型转换,而中间位置波型转换较小。     

地下厂房洞室群动力反应时程分析

采用动力时程分析法,对杨房沟水电站地下厂房洞室群地震反应进行了三维非线性数值模拟,分析了洞周围岩的加速度、位移时程变化及应力分布特征.计算结果表明,在地震荷载作用下,洞室高边墙对加速度有一定放大效应;洞周围岩地震位移波形与输入地震波形一致,围岩各质点间的相对变形及围岩永久变形均较小;围岩应力分布较为合理,最大主应力及最小主应力幅值较小,地下洞室群在设计地震荷载作用下抗震稳定性较好.     

单舱地下综合管廊地震动力响应振动台模型试验研究

采用振动台模型试验方法,对EL-Centro地震波作用下单舱地下综合管廊结构动力响应、土体动力响应以及土-结构相互作用机理开展研究。模型试验依托某实际工程为原型,按照1:15的比例尺缩,设计振动台模型试验,输入不同峰值加速度地震波,以此获得管廊结构以及周边土体的动力响应规律。试验结果表明:土体与管廊结构在振动过程中相互制约,存在明显的土-结构相互作用,在强震作用下管廊侧壁和土体出现脱离的情况,单舱管廊结构的运动始终保持了较好的整体性;管廊周边土体由于受到管廊侧壁的约束作用,土体发生不均匀位移或相对位移,动土压力分布形式错综复杂,土拱效应明显;在横向一致地震作用下,管廊结构横向应变随着地震波输入峰值加速度的增强而增大,其中管廊结构中部截面变形最为明显,各截面角点处的变形位移最大,是管廊抗震设计中需要重视的关键部位。     

地震作用下大断面隧道衬砌结构的动力损伤特性

基于混凝土材料的动力损伤特性,建立了其弹塑性损伤本构模型,将该模型应用于强震区某大断面隧道工程,分析了不同地震波入射方向、地震波强度和围岩条件下隧道结构的地震响应与动力损伤规律,探讨了大断面隧道结构的地震损伤特性和破坏机理。研究结果表明：地震波垂直、水平两种入射条件下两者衬砌的压主应力、加速度响应形态相似,但水平入射条件下衬砌结构的应力、加速度响应相较于垂直入射条件更加剧烈;水平入射时衬砌的动力损伤远大于垂直入射时的动力损伤,且动力损伤主要集中于拱腰与墙脚处;围岩条件对隧道衬砌结构的拉主应力响应以及动力损伤有显著影响,V级围岩条件下衬砌结构的最大拉应力是IV级围岩下的5.7倍;隧道结构的地震响应与动力损伤特性也受地震波强度的影响,随着地震波强度增大,应力、加速度响应峰值以及最大动力损伤量均呈现非线性增大趋势,动力损伤随之加剧且由拱腰和墙脚处逐渐向外扩展;在强震区软岩隧道抗震设计以及运营期间震后加固修复应着重注意动力损伤集中的部位。     

地震动斜入射下层状岩体隧洞接触响应分析

为研究层状岩体对隧洞地震响应的影响,考虑地震动斜入射特性和层状岩体层间非线性接触特性,建立一种层状岩体水工隧洞地震动力响应数值模拟方法.首先,基于三维黏弹性人工边界条件和波场分解理论,将地震动转化为作用于人工边界上的等效节点力,建立了一种层状岩体中地震动三维空间斜入射输入方法.其次,针对地震作用下层状岩体层间动力相互作用特点,建立了一种考虑接触面黏结滑移特性的动接触力算法.将该模拟方法应用于巴基斯坦阿扎德帕坦水电站输水隧洞抗震稳定计算,对比分析地震动竖直入射、地震动斜入射、地震动斜入射且考虑动接触3种工况的计算结果,结果表明,地震作用下隧洞结构的应力和位移响应受地震动入射角影响明显;层间剪切、挤压破碎带的存在加剧了隧洞的地震反应,接触面附近破坏区发展较大;考虑接触作用后,衬砌腰部的应力和位移响应相比顶拱较大,首先发生开裂损伤破坏,成为水工隧洞衬砌结构抗震设计的薄弱部位,隧洞结构的损伤区主要分布于软岩穿过部位和层间接触部位.     

断层滑移扰动下不同辐射区岩体响应特征

为了研究不同应力波辐射区岩体稳定性,引入Haskell有限震源模型,采用修正Yoffe函数计算特定震动矩下断层滑移速度曲线,构建了等效断层滑移型震源,进而利用数值仿真手段,对P波、S波辐射区在断层滑移作用下岩体响应特征进行模拟。结果表明,断层滑移的时间效应对P波、S波辐射区的质点震动强度影响较大。在超过距离震源中心1倍处,质点在S波辐射区的质点峰值速度V_ppv(peak particle velocity)值要明显高于P波辐射区的PPV值,但位移量及获得的应变能则相对较小。     

地震作用下沉管隧道节段接头剪力键的力学性能

基于有限元法结合黏弹性人工边界,将地震波输入转化为等效节点力,建立了基于波动理论的三维平面SV波入射方法.半空间算例证明了SV波入射方法及其数值实现的准确性,并在该地震波输入方法的基础上,考虑上覆海水对沉管隧道的静、动水压力,研究了港珠澳大桥沉管隧道节段接头剪力键的力学性能.研究结果表明:水平地震作用下也会产生竖向加速...     

断层破碎带影响下隧道的震害分析

断层破碎带对隧道震害影响巨大,利用FLAC3D数值计算方法,研究了不同空间方位断层破碎带影响下隧道的地震破坏规律。研究结果表明:含断层破碎带是隧道震害发生的主要影响因素;在相交断层破碎带处,与隧道横断面大角度相交的工况比小角度相交的工况不利,且破坏的部位发生在与断层破碎带相交的位置;在非相交断层破碎带处,倾角为30°的工况最不利,且隧道破坏发生在左边墙肩部和右边墙角部,位于地震波输入的水平和竖直扰动的剪切波和疏密波的合力方向。     

千枚岩隧道破碎带 TSP 超前预报解译标志

千枚岩等软岩隧道施工中易出现垮塌等地质灾害。以典型千枚岩隧道———汶马高速公路鹧鸪山隧道为例,以地震波传播理论为依据,结合工程地质分析及地震波正演模拟,探讨TSP 预报中针对千枚岩构造破碎带在不同含水率状况下的地震波反射特性及解译标志,结果表明：纵波及横波遇千枚岩构造破碎带反射现象明显,横波较纵波反射更强烈;破碎带富水时,千枚岩泥化变软,纵波反射加强;从深度偏移角度分析,破碎带内正负反射频繁变化,单个反射层延伸性差。研究结果可以提高 TSP 在软岩隧道中的预报准确性。