非一致激励下长距离输水隧道地震响应分析

近年长隧道结构震害频发,随着调水工程大规模建设,长距离输水隧道抗震性能的重要性愈加突出。在隧道传统抗震分析方法的基础上,针对非一致地震动作用下地基土-长距离输水隧道体系的地震响应问题,建立了非一致激励下长距离输水隧道的大规模地震响应分析方法,并以上海市某重点工程中的长距离输水隧道为工程应用,计算模型中不仅考虑了土体的动力滞回非线性、土体与隧道之间的接触非线性等因素,而且引入"附加质量法"来考虑地震作用下输水隧道内水体的动水压力作用。与一致激励的计算结果对比表明,非一致地震激励会显著增加输水隧道结构的内力和变形响应,从而对隧道抗震产生不利影响。研究结论可为长输水隧道结构的抗震设计和分析提供科学依据。     

河谷差异地震作用下拱式倒虹吸地震响应分析

近年来调水工程数量逐渐增加,大跨输水结构抗震性能问题愈发突出。以滇中引水工程中龙川江倒虹吸为研究对象,建立三维有限元模型,将水平偏振横波(SH波)水平入射、斜入射以及垂直入射V形河谷场地计算结果作为地震动输入,分析地形效应引起的差异地震动对该大跨输水倒虹吸地震响应的影响,并与一致激励下结果进行对比。结果表明:考虑地形效应的差异地震动对结构重要构件受力和变形影响显著,结构不同构件表现不同,钢管、墩柱等构件横向受力和变形趋势呈现为:水平入射＞斜入射＞一致激励＞垂直入射,而差异地震动作用引起拱圈横向内力减小;结构刚度变化位置对差异地震动作用更加敏感,大跨度输水倒虹吸结构抗震设计有必要考虑地形效应及地震动入射角度的影响。     

输水隧道在行波激励下的二维地震反应分析

考虑流-固相互作用时的地上或地下结构地震反应运动方程,对输水隧道二维平面应变进行行波作用下的地震响应分析,比较不同地震动的传播速度对输水隧道地震反应的影响.结果表明:与地震动一致输入相比,行波效应将对输水隧道的地震响应产生有利影响,只是影响不大;随着地震动传播速度的下降,其地震响应的有利影响增大,即其地震响应减弱.     

渡槽抗震分析

南水北调中线工程的输水渡槽具有输水流量大和结构规模大的特点，其结构上部荷载远大于一般桥梁工作荷载，地震动响应问题尤为突出。介绍了渡槽抗震计算的结构模型和分析方法。根据南水北调中线总干渠上某大型输水渡槽的抗震计算实例，分析了大型输水渡槽在遇地震时不同分析方法的差异和渡槽的地震动响应特点。     

穿黄隧洞抗震安全分析

南水北调中线穿黄工程是一期总干渠的关键性工程,其抗震安全备受关注。本文采用动态三维有限元方法,分析研究穿黄隧洞北岸竖井及相邻隧洞段的地震响应。分析中采用等价线性法计入基础土体在地震动作用下的模量下降及阻尼增加变化。分析计算模型包含竖井和隧洞结构以及结构周边一定范围的土体以有效模拟土体与结构间的动力相互作用,同时,计算模型采用阻尼边界模拟有限土体以外地基的辐射阻尼效应、采用非线性接触算法模拟隧洞管段间在地震时的开合与错动。分析结果显示,由于竖井和隧洞结构的显著差异,靠近竖井的隧洞接缝在地震中较易发生张开与错动,应予以高度重视,采取必要的抗震措施。分析研究结果为穿黄隧洞竖井段抗震安全评价提供科学依据。     

钱塘江防洪堤地震液化及稳定分析

本文针对钱塘江防洪堤堤身和地基均为松散的粉砂土在地震作用下易液化的特点，通过动三轴试验和共振柱试验研究了粉砂土的液化特性，并以Biot动力固结方程为基础、同时考虑土体非线性性质和土体阻尼效应，分析研制了堤坝动力响应及稳定的二维平面应变排水有效应力动力分析程序，采用国内两种典型的Ⅶ度地震曲线，对钱塘江防洪堤工程的三种典型工况进行了液化稳定计算，综合分析研究了钱塘江防洪堤工程的抗震性能。     

穿黄隧洞抗震安全分析

南水北调中线穿黄工程是一期总干渠的关键性工程,其抗震安全备受关注.本文采用动态三维有限元方法,分析研究穿黄隧洞北岸竖井及相邻隧洞段的地震响应.分析中采用等价线性法计入基础土体在地震动作用下的模量下降及阻尼增加变化.分析计算模型包含竖井和隧洞结构以及结构周边一定范围的土体以有效模拟土体与结构间的动力相互作用,同时,计算模型采用阻尼边界模拟有限土体以外地基的辐射阻尼效应、采用非线性接触算法模拟隧洞管段间在地震时的开合与错动.分析结果显示,由于竖井和隧洞结构的显著差异,靠近竖井的隧洞接缝在地震中较易发生张开与错动,应予以高度重视,采取必要的抗震措施.分析研究结果为穿黄隧洞竖井段抗震安全评价提供科学依据.     

升降温工况下海底沉管隧道接头抗震性能研究

以国内某跨海交通工程中海底沉管隧道段为工程背景,基于反应位移法基本原理建立了考虑接头弹簧刚度和土弹簧刚度影响的纵向梁-弹簧有限元模型。在非一致地震激励下,考察升降温工况对沉管隧道接头刚度的改变及由此引起的管节接头处张开量的变化,以此判断升降温工况对沉管隧道抗震性能的影响。研究表明,升温工况下管节接头的张开量减小,对结构的抗震是有利的;而降温工况下管节接头的张开量增大,对结构抗震是不利的。     

带有竖井的输水隧道地震响应分析

由于受应力集中及外形发生变化的影响,对于带有竖井的输水隧道,其在地震荷载作用下的应力、变形特性与一般输水隧道存在明显不同。采用基于势的流-固耦合运动方程建立了带有竖井的输水隧道有限元模型,考察其对于地震输入的响应。计算结果表明,由于应力集中,在竖井与隧道接头段,主应力最大;对于隧道段与竖井段,其主应力基本相同,但比不带竖井的隧道主应力要大;地震激励方向的位移最大值发生在隧道段。     

水深及衬砌弹性模量对水工隧洞动位移的影响

考虑水工隧洞在不同的输水深度和衬砌弹性模量条件下的地震动力响应变化规律,对研究水工隧洞在地震激励作用下的变形破坏机制非常重要。根据黏弹性人工边界和地下结构抗震计算理论,选取合理的材料参数和模型边界条件,应用ANSYS建立了某水工隧洞的三维有限元模型,对其施加拟合后的人工地震波,并采用瞬态分析法计算了隧洞结构模型在不同输水深度和衬砌弹模下的动位移变化规律。结果表明:输水深度在一定程度上可以改变水工隧洞抗震性能,水工隧洞随着输水深度的增加,水平位移和竖向位移受影响的程度有明显的区别,水平位移先增加后减少,竖直位移无明显规律;衬砌弹性模量能够在很大程度上影响水工隧洞的抗震性能,各参考点的水平位移随着衬砌弹性模量的增加呈现出先减小后增加,大部分参考点的竖直位移都在增加;水工隧洞在地震发生后其拱顶及拱肩受影响程度比较大,在水工隧洞设计中应特别关注。     

南水北调中线工程穿黄隧洞关键技术研究

简要介绍了国家＂十一五＂科技支撑计划项目＂南水北调中线工程关键技术研究与应用＂课题四＂中线工程输水能力及冰害防治技术研究＂所取得的部分水力学研究成果,包括南水北调中线工程输水模拟平台的研制、中线工程数值仿真软件开发、分水口和节制闸的水力敏感性分析、闸前常水位控制算法、穿黄工程节制闸闸前水位确定、冰期输水能力及冰期运行控制等,研究成果紧密结合中线工程的实际情况,可应用于中线工程的运行、调度与管理。     

土石坝-覆盖层-基岩体系动力相互作用研究

在我国西部强震区拟建的土石坝多坐落于覆盖层上,覆盖层土体具有动力非线性和饱和特性,土石坝-覆盖层-基岩体系动力相互作用复杂。为研究土石坝-覆盖层-基岩体系动力相互作用特性,分别采用地震动一致输入方法(联合地震惯性力和约束边界)和非线性波动输入方法(联合自由场非线性动力响应和非线性人工边界),对覆盖层上土石坝进行有限元动力反应分析,考虑了覆盖层厚度、土体动力特性、地震强度及地震波频谱特性的影响效应,着重讨论了大坝的加速度反应峰值。结果表明:在覆盖层土体饱和特性的影响下,一致输入方法不能合理模拟大坝体系动力的相互作用,所获得的坝体竖向加速度反应误差显著。非线性波动输入方法理论上更为严密,其所获得的坝顶竖向加速度峰值较一致输入方法降低明显,降低率为20%～62%,且当输入地震动以高频成分为主时一致输入方法的误差较大。对于坝顶水平向加速度峰值,非线性波动输入方法较一致输入方法的降低率为5%～32%。当土体材料阻尼效应明显时一致输入方法的误差较小,当输入地震动以低频成分为主时其误差较大。一致输入方法会明显低估覆盖层上土石坝的极限抗震能力。当土石坝可能遭受竖向分量较大的近场地震时,有必要采用非线性波动输入方法评价大坝抗震性能。     

长距离输水隧洞盾构法施工风险事件路径预测

对长距离输水隧洞盾构施工可能的风险路径进行预测分析,对保障隧洞工程安全施工具有重要作用。基于 大量盾构施工风险事故统计分析,提取隧洞工程盾构施工风险致因指标,利用解释结构模型对盾构施工风险因素 进行因果层次关系分析和网络拓扑图构建;建立基于贝叶斯网络的盾构施工风险事件预测模型,运用贝叶斯网络 的反向诊断推理技术计算风险事件发生的最大可能路径,确定导致盾构施工风险事件的关键因素;将所得的风险 预测模型应用到西霞院灌区工程穿沁隧洞盾构施工项目中。结果表明,模型运算得到的风险事故路径与工程现 阶段实际施工情况一致,验证模型的可靠性与适用性,并根据风险事故路径预测结果为穿沁隧洞后续施工的风险 隐患排查治理提供指导意见。     

南水北调工程抗震安全性问题

南水北调工程的东线、中线和西线三条调水路线联系了我国长江、淮河、海河和黄河四大江河,全长超过3000km。各线路所经大部分地区都属峰值加速度在0 1g以上的较强地震区,尤其西线更甚。本文强调指出南水北调工程抗震安全的重要性及其遭受震害的严重后果,讨论了工程抗震面临的关键技术问题,诸如:长距离输水工程的地震动输入参数的选择,工程穿越活动断裂的影响,以及长距离输水隧洞和大型输水渡槽,特别是穿越黄河的工程。此外,还简略介绍了规划阶段的一些初步的抗震研究成果,包括中线工程大型渡槽的结构分析和大型振动台试验研究以及穿黄隧洞方案结构抗震分析等,提出了有待深入研究的问题。     

岩-土交界面处超大直径过江盾构隧道地震响应特征

以武汉市三阳路超大直径过江“公铁合建”盾构隧道工程为依托,探讨了强震作用下岩-土交界面处隧道的损伤演化规律及地震响应包络特征。基于ABAQUS软件研发的动力有限元计算平台,建立了双隧道(含内部构件公路板与竖向隔板)-土体有限元模型,土体本构采用了修正的Davidenkov黏弹性动力本构模型,混凝土本构采用损伤塑性模型以模拟其开裂、损伤特征。计算结果表明:在岩-土交界面附近,盾构隧道衬砌的加速度、位移及应力响应均出现突变;由于隧道结构穿越了软硬土层,其破坏始于拱腰的退出工作,进而衬砌内部构件节点破坏,拱肩最后破坏;衬砌拱腰处的破坏区域均在岩-土交界面附近的软土层中;衬砌内部构件的存在使得超大直径衬砌拱侧的水平剪应力明显减小。     

过活动断裂隧洞抗错断适应性结构响应分析

输水隧洞作为长距离跨流域调水工程的关键控制性工程为缓解经济布局与水资源分布之间的区域矛盾发挥着巨大作用。而我国西南高烈度地区地质构造复杂,活动断裂分布密集,导致输水隧洞工程不可避免地需要穿越多条活动断裂带建设。针对滇中引水工程香炉山隧洞过活动断裂带,开展隧道适应性结构在断层错动条件下的影响校核。以龙蟠—乔后断层F10-1为代表,基于隧洞关键部位的位移、相对变形、最大主应力和纵向等效内力等指标,评估活动断层对香炉山隧洞抗错断适应性结构的影响,并基于数值计算验证其在减小衬砌内力与变形方面的作用。结果表明受走滑为主的断层运动影响,隧洞的一侧边墙表现为受拉状态,拉应力较小,约为5 MPa;铰接缝的最大法向变形与切向变形均位于断层带中央节段之间;铰接设计这一适应性结构的存在有效改善了衬砌在错动条件下的受力状态。研究成果可以直接应用于穿越活断层输水隧洞的工程设计与施工,为相关工程隧洞建设提供有利支撑。     

考虑隧道间相互作用的黄浦江打浦路隧道抗震性能研究

在传统有限单元法中引入了粘弹性边界,建立了隧道动力时程分析模型。通过与离心振动台模型试验进行对比,验证了本方法的合理性。然后,建立了隧道结构的三维有限元动力分析模型,研究了在地震荷载作用下,复线隧道和既有隧道之间的动力相互作用,重点分析了施工加固措施、净化设备的安装、隧道管片变形缝等因素对于复线隧道抗震性能的影响,结果表明:隧道间的相互作用随间距的增大而降低,施工加固措施明显降低了结构的动力响应,净化设备对隧道结构地震响应无明显影响。     

超长有压引水隧洞的水体振荡特性研究

为研究超长有压引水隧洞的水力特性过程,以吉林省中部城市引松供水工程为基础,通过理论分析和变态模型试验的数据比较,验证了变态模型模拟的真实性,并且认识了超长有压引水隧洞的波动周期长、衰减慢等水体振荡特性。     

龙茜供水工程樟坑径隧洞裂缝成因分析

城市供水工程一般都是长距离大口径管线输水,从取水源头到供水终点,沿途地形复杂,而隧洞是其中主要的水工建筑物。大量研究表明,裂缝是水工混凝土建筑物（包括隧洞）最普遍、最常见的病害之一,隧洞混凝土裂缝往往是多种因素联合作用的结果。结合龙茜供水工程停水检修期隧洞专项检测,对樟坑径隧洞产生裂缝的原因进行分析,为今后隧洞裂缝处理制定合理的修补方案提供依据。