双向地震作用下浅埋砂土电力隧道动力响应分析

为了研究浅埋砂土地下电力隧道结构在双向地震作用下的行为反应,采用大型岩土软件FLAC3D对浅埋砂土地下电力隧道进行数值模拟。建立了双向地震作用下砂土电力电缆隧道的三维计算模型,地下水位为1m。计算了在水平和竖直地震荷载作用下,埋地电力隧道的动力响应,并对典型截面的典型点的加速度、位移、应力进行监测。计算结果表明,在上海人工地震波作用下,电力隧道结构水平残余位移10．9mm,竖向残余位移4．3mm,隧道结构产生的永久变形为11．7mm,隧道结构顶部和底部之间的水平相对位移3．6mm,竖向相对位移为4．3mm。地表水平残余变形几乎为0,竖向残余变形0．18mm。结构自振频率45Hz。隧道结构剪应力、主应力大小随着动荷载的输入应力幅变化很小,在1％左右;第一主应力和第三主应力的最大值在隧道侧壁C点。数值分析结果表明,在砂土地基下隧道产生剪切、拉伸破坏以及发生共振的可能性较小,侧壁是竖向抗震的薄弱环节。     

硬质土层中隧道结构动力离心模型试验

进行了硬质土层中隧道结构的地震响应离心模型试验。研究了密实土层中,不同强度地震荷载作用下场地与隧道结构的响应。采用层状剪切箱,研究了边界条件对土体与隧道响应的影响。同时进行了自由场地震响应模拟试验,研究了隧道结构的存在对周围土体地震响应带来的影响。研究结果表明:隧道与地基土的地震响应与地震强度和边界条件密切相关,隧道地震响应特征与静力状态存在明显差异,并且由于隧道的存在对于周围土层的地震响应(加速度、侧向位移、地表沉降等)存在显著影响。     

基于振动台试验的粉质黏土隧道抗震计算方法修正

地下结构的地震响应特性对地层特性具有较强敏感性。基于振动台模型试验,提出了一种粉质黏土隧道的结构动力时程计算方法,并计算确定了适合粉质黏土中隧道结构抗震计算的反应位移法。研究结果表明：采用经验公式计算的弯矩更接近动力时程的计算结果,而有限元计算的隧道结构的轴力更接近动力时程计算结果。同时,建议在粉质黏土隧道结构抗震计算过程中,将隧道埋深范围内土层相对位移简化为线性变化,并乘以系数0.7;地基弹簧刚度乘以系数1.1。研究结论可为粉质黏土隧道抗减震设计提供参考。     

南昌地铁饱和含泥砂土动力特性模拟分析

以南昌地铁区域饱和含泥砂土为研究对象,做了砂土比重试验、颗粒筛分试验和砂的相对密度试验,并在PFC3D颗粒流程序中建立柔性边界面常规三轴和动三轴的数值试验模型。将常规三轴、动三轴的室内试验结果、PFC3D模拟结果和理论计算结果作对比,结果表明,饱和含泥砂土在常规三轴排水条件下的体应变状态、应力应变关系与室内试验和理论计算结果基本符合,在常规动三轴排水条件下同振幅、频率和围压作用下饱和含泥砂土的含泥量越大则应变发展速度越快,孔隙水压力的幅值和相对值也越大。基于数值实验和南昌地铁所建立的单、双隧道模型结果表明,在单隧道运营时,由于列车经过隧道会使隧道产生向下且逐渐稳定波动的位移,同时导致隧道周围土体产生向下的位移、旋涡式的速度和稳定的应力波动;隧道拱顶上土体的位移汇聚向下,拱底下土体的位移扩散向下,速度的旋涡以隧道为中心扩散,土体应力响应则随与隧道的距离增加而减小,且拱顶和拱底的应力响应最大,砂土含泥量与隧道位移和土体应力响应呈正相关。在双隧道模型运营时,其隧道的振动、土体的位移、速度和应力响应与单隧道运行结果大致相同,只是隧道下部的土体在两个振源的作用下应力响应和位移会有叠加效应,两隧道中间的土体则相反会产生相互制约的效果。     

液化土层中单桩地震动力响应分析

地震作用时,地基土液化前后的本构模型是不同的,考虑桩土共同作用的非线性关系,利用FLAC3 D有限差分软件研究液化土层中地震荷载的大小、持续时间对单桩动力响应的影响。结果表明:地震的持续时间和强度均对砂土层的反应情况有较大影响,在持续时间相同、强度不同的地震作用下,地震强度越大,砂土层液化的范围也越大;在持续时间不同、强度相同的地震作用下,地震持续时间越长,土层发生液化的可能性越大;由于桩土动力相互作用,砂土层的液化对桩身的侧向位移影响很大,不仅影响侧向位移的大小,还影响侧移的方向。     

地下结构地震破坏机制试验研究

利用自行研制的三维叠层剪切模型箱,完成黏土层中典型三层三跨地铁车站模型的地震响应大型振动台试验。通过对车站模型结构和土层中的加速度时程及其傅里叶频率幅值谱的对比研究,分析地下结构动应变变化规律及结构破坏宏观现象。揭示地下结构地震破坏机制为地下结构地震响应主要受周围土层控制,土层相对较软时,地下结构易发生破坏。同时,埋深越浅,地下结构破坏越严重。地下结构的地震破坏模式是地下结构周围土体的剪切变形使结构产生层间相对位移,当位移过大时,楼板与侧墙将发生拉伸破坏。而柱子则在剪切或弯矩作用下可分别产生剪切破坏和弯曲破坏,或在同一根柱子上同时出现剪切和弯曲组合破坏。     

隧道地震响应简化分析与动力离心试验验证

 基于平面应变和拟静力假定,采用弹性理论方法,推导出动荷载作用下圆形隧道外围的土体弹簧系数以及土层剪切应力表达式,将其运用于响应位移法分析隧道的地震响应,对该方法做进一步简化与完善;进行隧道响应的动力离心机模型试验研究,将试验结果与改进后的简化分析结果对比,验证该方法的可行性与合理性;通过离心试验的应变测量,以最直观的方式对比隧道在静力和动力荷载作用下受力状态,研究结果表明,隧道和地基土的地震响应与地震强度和边界条件密切相关,隧道地震响应特征与静力状态存在明显差异。研究结果可为隧道抗震设计提供参考。     

不同埋深矩形隧道地震响应的离心振动台试验

开展砂质粉土层中矩形截面隧道的动力离心模型试验研究,共进行3组试验,包括土体自由场试验、浅埋隧道试验以及深埋隧道试验,得到土体和隧道结构的地震反应规律,包括不同深度的土体地震反应加速度、土体水平地震反应位移、地表沉降以及隧道横截面方向的动应变。对比几组试验结果,研究隧道的存在对场地地震反应的影响,并探讨不同埋深隧道地震响应的差别。研究结果表明：隧道的4个角点位置地震变形最大,隧道的存在改变了场地的动力特性,深埋隧道的地震响应大于浅埋隧道。     

地铁隧道盾构法施工对环境的影响研究

目前,城市地铁隧道施工主要是采用盾构法.依据现有的文献资料以及施工经验,针对盾构法施工引起地面沉降、盾构法施工引起的附加应力对周围环境的影响、盾构法施工排水及防水的影响和地震作用对盾构法施工隧道的影响进行了探讨,并认为,盾构法隧道施工引起地面沉降的根本原因是施工对周围土体的扰动和施工过程中地下水疏排产生的一定范围的地面沉降.同时,从粘性土层中盾构法隧道的地震响应和盾构法隧道砂土层围岩的地震液化判别方法两个方面论述了地震作用对盾构法施工隧道的影响.     

地震作用下沪昆客专路堑边坡动力响应分析

以沪昆客运专线云南境内高烈度地震带的路堑边坡为研究对象,利用FLAC3D有限差分软件,针对云南境内沿线的不同岩土体,分析了不同岩土体对路堑边坡动力响应的影响。研究结果表明:松散层受动力影响最大,砂质泥岩受动力影响最小,岩土体的自身属性对地震荷载作用下的响应影响很大。根据位移的大小,云南境内沿线的岩土层大致可以分为三个层次:松散层和粉质黏土为第一层次,位移最大;软质黏土和砂质黏土为第二层次,位移居中;砂质泥岩和细砂岩为第三层次,位移最小。土体和岩体的动力响应差别很大,进行加固时需分别考虑。     

隧道横断面反应位移法基本原理及其应用

我国大量的隧道工程位于高地震烈度区,隧道作为国家生命线工程的主体结构之一,必须对其抗震计算方法给予高度重视。基于隧道的振动特性,从地下结构与周围地层的整体运动微分方程出发,总结归纳隧道横断面反应位移法的基本原理及计算模型,得到均质半无限地层和非均匀成层地层在地震荷载作用下地层位移的求解方法,并通过反应位移法和时程法的计算和比较分析,对反应位移法的适应性进行探讨,研究结果表明：反应位移法理论清晰,反映地震响应主要由地层相对位移控制的土层或软弱岩层隧道的振动特性,在具备工程场地位移或速度反应谱的条件下,计算较方便快捷,不失为该类隧道的一种较好的抗震计算方法。     

某地铁区间隧道抗震计算分析

为了研究地震作用对地铁区间隧道的影响,文章以厦门市轨道交通6号线角美延伸段地铁区间隧道为研究对象,采用反应位移法计算出土层相对位移、管片惯性力与周围剪力,并使用地基弹簧来考虑土层与管片的相互作用,运用Midas-GTS软件对地铁区间隧道进行抗震分析。结果表明:区间隧道最不利受力位置为管片的拱顶与拱腰,而且管片剪力受地震作用影响比较大;计算截面的配筋由裂缝宽度控制,抗震配筋不起主要控制作用。     

双向地震作用下浅埋软土电力隧道的动力响应

为了研究浅埋软土地下电力隧道结构在双向地震作用下的行为反应,采用大型岩土软件FLAC3D对浅埋软土地下电力隧道进行了数值模拟。建立了双向地震作用下软土电力电缆隧道的三维计算模型,考虑地下水位为地表以下1 m,计算了在水平和竖直地震荷载作用下,埋地电力隧道的动力响应,并对典型截面的典型点的速度、加速度、位移进行了监测。计算结果表明,在上海人工地震波作用下,电力隧道结构水平残余位移62.7 mm,竖向残余位移7 mm,隧道结构产生的永久变形为63 mm,隧道结构顶部和底部之间的水平相对位移52.1 mm,竖向相对位移几乎为0。地表水平残余变形16.4 mm,竖向残余变形7 mm。结构剪应力大小随着动荷载的增大而增大,而主应力随动荷载的输入而减小。数值分析结果表明,在软土地基下电力隧道产生剪切破坏的可能性较大,拉伸破坏和共振的概率较小。     

浅埋矩形截面地铁隧道的地震响应分析

利用有限元软件ANSYS对某浅埋矩形截面地铁隧道在水平地震作用下的地震响应进行时程分析,建立土—结构相互作用计算模型,得出隧道结构及围岩的内力和位移响应.时程分析表明:水平地震作用下,浅埋地铁隧道在水平方向和竖直方向的位移响应特点不同;隧道结构各内力最大值均较小,地震作用下结构安全可靠.     

小净距隧道垂直下穿单层车站地震响应规律研究

为了研究隧道垂直下穿车站结构地震响应问题,设计制作了粉质黏土场地中小净距隧道垂直下穿单层车站模型。利用振动台试验结果验证后的数值模型,通过输入不同峰值加速度的地震波,研究地下穿越结构的应力、位移、变形及加速度响应规律。研究结果表明：横向地震作用下,隧道非对称穿越车站会影响车站的地震响应特征,应力、加速度、变形的最大值偏离中柱位置;车站、隧道的内侧应力约为外侧应力的70～80%;车站中柱依然是抗震薄弱部位。     

盾构隧道纵向地震响应分析研究

广东地区地层情况为条件,研究盾构隧道在不同埋深以及不同地震波激励作用下的地震响应特性,利用有限元软件ADINA中的弹簧阻尼单元模拟粘弹性人工边界,进而可以有效地分析结构-地基的动力相互作用问题。对盾构隧道在地震作用下衬砌结构的应力场与位移场进行数值模拟计算,分析衬砌结构的稳定性和变形,并对计算结果进行了对比研究。     

地面横向往返运动下可液化土层中桩基响应机理

通过非液化和液化土层中桩基础宏观震害现象以及等幅波与真实地震波振动台模型实验中桩和土层的加速度、位移、桩土相互作用力、桩动力p-y曲线、桩身弯矩与孔压发展过程对比,研究地震引起的地面横向往返运动下可液化土层中桩基响应机理.结果表明:非液化土层中上部结构惯性力控制着桩的反应性态,桩头加速度和桩身弯矩与土层加速度时程基本保持一致;液化过程中桩土相互作用力呈现明显增大现象,土体侧向刚度虽然衰减,但同时土层相对位移和桩土相对位移增大的影响更为强烈,即土层和桩土相对位移对桩土相互作用力增大的作用明显大于土体刚度衰减引起桩土相互作用力减小的作用;液化土层中桩土相互作用最大反应不是在土层加速度峰值时刻,而是土体相对位移达到最大时响应最大,此时土层孔压比为0.8左右;非液化土层中桩土相互关系为桩推土,惯性力是控制因素,液化土层中则为土推桩,土体位移起主要作用,而液化发展是这一转变决定性因素;常规仅考虑土体刚度衰减的拟静力方法不适合液化土层中桩基础地震响应计算分析.     

P波入射下考虑基槽回填材料的沉管隧道抗震分析

沉管隧道基槽回填是沉管隧道施工中的重要工序，而其对沉管隧道的抗震减震性能影响规律在现有研究中鲜有提及。为探究沉管隧道柔性接头在不同回填材料刚度下的位移量，基于多质点-弹簧-梁模型，结合纵向反应位移法，运用考虑纵向限位装置的柔性接头轴向受力分析模型，以广州市如意坊沉管隧道为背景，开展P波入射下的纵向动力响应分析数值试验。计算结果表明：数值模型与计算方法能够得到合理的场地与结构响应；采用纵向反应位移法进行计算分析时应提取自由场中隧道截面对应位置处的多点位移时程作为结构的激励；未经处理的淤泥质软黏土不能作为基槽回填材料，将砂土或砾石作为基槽回填材料时，若增大其密实度，其抗震能力可获得进一步提高。该研究结果可为沉管隧道在地震作用下的响应分析与抗震设计提供更为可靠完善的计算模型与设计依据。     

分层土中吸力基础沉贯吸力变化及土体变形规律试验研究

吸力基础近年来在海上风电工程中逐渐得到推广,我国海上风场地基广泛分布分层土,研究吸力基础在分层土中的沉贯特性有助于推动其在我国海上风电工程领域的应用。开展模型试验,探讨了土层分布形式(砂土、黏性土、上层砂土下层黏性土(简称上砂下黏)、上层黏性土下层砂土(简称上黏下砂))对吸力基础沉贯吸力值、沉贯阻力、土塞高度和土体变形的影响。研究发现在上砂下黏土层中,当基础贯入至土层分界处时,基础吸力值陡然增加;当吸力基础贯入至上黏下砂土层分界处时,基础内部吸力值陡然降低,通过有机玻璃吸力基础模型试验阐述了吸力变化的原因。不同土层条件下,基础内部最终土塞高度规律由高到低为：上黏下砂土层、单一砂土层、上砂下黏土层、单一黏性土层,阐明了不同土层分布情况下基础内部土塞形成机理。对于单一砂土层和上砂下黏地基,沉贯结束后,基础周围土体出现环形沉降区域,单一砂土地基中沉降区域范围大于上砂下黏地基情况。对于单一黏性土和上黏下砂土层中,沉贯结束后基础周围黏性土中产生裂缝,且吸力沉贯下土体裂缝数量及裂缝扩展范围大于压贯条件,土体最大裂缝范围约为1.9倍基础直径。     

可液化地层中矩形隧道的上浮响应分析

在地震荷载作用下易导致饱和砂土液化从而引起地下结构发生上浮,以往多集中于圆形隧道的研究。文章基于有限差分软件FLAC2D,建立饱和砂土中土体和地下矩形隧道结构相互作用分析模型,充分考虑孔隙水与土之间的耦合,分析地下结构在地震过程中超孔隙水压力变化、加速度反应、上浮位移以及结构周围土体的变形规律。并探讨矩形隧道结构埋深、断面面积和断面长宽比对结构上浮位移的影响规律。分别提出评价矩形隧道上浮位移与结构埋深和断面面积的计算公式,利用此公式可以为类似工程中隧道结构的抗震稳定性分析提供指导和借鉴。