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.     

穿黄隧洞地基地震反应分析与液化可能性评价

南水北调中线穿黄隧洞所在土层的空间及土性变化大,在地震时易产生不均匀变形,从而导致结构破坏。针对穿黄隧洞段地基,基于土体三维弹塑性动力本构模型,考虑孔隙水压力消散和扩散,建立了土工地震反应分析的三维真非线性有效应力动力分析方法及抗震安全评价方法。利用土料动力特性的三轴试验成果,对穿黄隧洞段地基进行了地震反应分析,给出了地基的加速度反应、应力反应,并进行了地基的液化可能性评价,为隧洞结构的抗震设计提供了有力的理论指导。     

南水北调穿黄隧洞大断面深竖井切割拆除技术

为保证南水北调中线穿黄隧洞结构在洪水与地震工况下的安全,待南岸竖井隧洞段结构全部施工完成后,需将南岸大断面深竖井拆除,以保证隧洞通水运行安全。原计划采用爆破方案,在南岸竖井高程85 m处将竖井地连墙和内衬钢筋切断后,对高程85 m以上进行一次性爆破拆除。后来为保证拆除方案的安全可靠,采取对南岸竖井自下而上分层环向切割、内部回填土的处理方案。在不进行大规模爆破拆除施工条件下,采取绳锯切割法分段切割并回填密实,成功完成了南岸竖井拆除。     

穿黄工程隧洞段饱和砂土的动强度特性研究

为了解在遭遇地震的情况下,穿黄隧洞的抗震安全性能,选取穿黄隧洞地基饱和砂土为样本,进行了室内饱和固结不排水动三轴试验,研究循环动荷载作用下饱和砂土的动强度特性和孔隙水压力特性,给出了循环动荷载的大小对动强度特性和孔隙水压力特性的影响规律。结果表明：静应力状态、动应力幅及其循环次数和试样密实程度等是影响穿黄工程隧洞段地基饱和砂土动强度特性和孔隙水压力特性的主要因素。     

南水北调中线一期工程穿黄方案的论证与选择

穿黄工程是南水北调中线一期工程的关键性控制工程。本文阐述了穿黄工程方案有关河势与路线、结构与施工、水头与水量、地质地震与地基、安全与维护及环境景观等主要关键技术的论证，在充分论证分析的基础上，阐述了穿黄线路、过河建筑物型式选择的决策方法。在此基础上选取主要影响因素，采用多目标优序值决策法的赋权优序值计算方法，对多目标的穿黄方案进行决策支持分析，依据各方案比选设计排序在先的遴选原则，提出了穿黄工程线路采用李村线、过河建筑物型式采用隧洞方案的建设性意见。     

南水北调中线穿黄工程隧洞设计研究

南水北调中线穿黄工程隧洞方案设计,根据穿黄河段特殊的地形地质、洪水泥沙条件和目前国内外隧洞设计施工的先进技术,设计采用预制和现浇双层结构和泥水平衡式盾构施工的先进技术。由于穿黄隧洞的规模和设计运用条件的特殊性,该工程的设计目前在国内外工程实例很少,因此方案布置、结构计算及施工等诸多课题都需要研究。     

南水北调中线工程穿黄方案研究

对南水北调中线工程穿黄方案中有关黄河河势、路线选择、结构型式、施工技术、地质地震、安全维护、环境景观等关键技术进行了研究。选取主要影响因素,采用多目标优序值决策法的赋权优序值计算方法,对穿黄线路、过河建筑物型式进行了分析,认为穿黄线路应采用李村线方案,过河建筑物应采用隧洞方案。     

南水北调中线穿黄隧洞结构设计研究

穿黄隧洞是南水北调中线总干渠上建设规模最大,施工技术最复杂,是控制工期的关键性工程。隧洞内径7.0 m,最大内水压力达0.51 MPa。多年来,长江水利委员会长江勘测规划设计研究院在对大量穿黄隧洞结构型式进行研究、分析的基础上,确定集中精力对3种较优的隧洞衬砌结构方案进行比选。在从施工技术、经济投入等方面进行综合比较之后,最后推荐采用结构受力明确,且安全度很高的方案3。主要介绍隧洞结构型式的比选、隧洞纵向变形及抗震等设计研究成果。     

反应位移法在水工隧洞衬砌抗震分析中的研究

结合反应位移法的基本原理，研究在SAP2000中实现水工隧洞衬砌的抗震分析。充分利用SAP2000内置的结构单元及弹簧单元建立衬砌与围岩的地层结构模型。研究模拟地层的弹簧刚度计算方法，以适应国际工程的特点，并简化地层变形的计算方法，从而实现了在SAP2000中实现隧洞横向地震响应分析。     

萄水北调中线穿黄工程隧洞设计研究

南水北调中线穿黄工程隧洞方案设计，根据穿黄河段特殊的地形地质、洪水泥沙条件和目前国内外隧洞设计施工的先进技术，设计采用预制和现浇双层结构和泥水平衡式盾构施工的先进技术。由于穿黄隧洞的规模和设计运用条件的特殊性，该工程的设计目前在国内外工程实例很少，因此方案布置、结构计算及施工等诸多课题都需要研究。     

不同土性地基考虑 ＳＳＩ效应的隔震结构地震响应分析

为探究不同土性地基的ＳＳＩ效应对层间隔震结构影响机理与动力响应规律,选取一个典型层间隔震结构,对其简化并制作缩尺模型,采用振动台试验的方法,分别在硬土、软土这两种地基上单向输入4条地震波来研究模型的动力响应。结果表明:土体具有明显的放大效应,随着地基土由硬变软,隔震结构周期延长倍数降低。隔震结构在硬土地基上能发挥较好的减震效果,而软土地基上减震效果明显减弱。软土地基上塔楼的动力响应较硬土地基增大,塔楼容易成为薄弱部位,其抗震设计应重点关注。     

地震荷载作用下确定土的阻尼比的频域分析法

为了从频域角度分析地震荷载作用下土的阻尼比,将随机过程理论引入土阻尼比分析中,并提出了一种基于傅里叶变换的频域分析法,最后通过试验及数值分析手段验证了利用该方法确定土的阻尼比的可行性。结果表明:通过傅里叶变换的频域分析方法得到的地震荷载下土的阻尼比是一个与频率相关的函数;任意一种土及地震波都可得到一条"阻尼比-频率谱"。实际工程应用时,建议将土阻尼比看作随地震波输入过程而动态变化的参数。通过此频域分析法可找到每类土、每种地震波作用下的"阻尼比-频率谱",即可得到土的动态阻尼比参数。以期为随机荷载作用下土阻尼比的确定提供参考。     

土-隧道结构动力相互作用振动台模型试验中传感器位置的优选

基于有限元-无限元耦合分析模型,对软土地区地铁盾构隧道地震动力响应进行了分析,研究了不同地震动输入条件下地基-盾构隧道体系的加速度反应、位移反应和动应变规律,根据土-结构地震响应影响因素及特点提出了传感器的布置原则,明确了振动台试验中隧道结构的观测面位置及测点处的主要观测指标。结果表明:地基土对地震波的传播具有高频过滤、低频放大作用,地基中的加速度放大系数与埋深和加载波形有关;隧道结构动应力反应在与拱顶、拱底成30°圆心角附近达到最大,是应变量测的重点位置;结构不同高度处的加速度反应和接触土压力不同,沿结构高度布置传感器可量测各点动力差异及变化规律;观测面距离结构端部0.26D(D为结构宽度)处的端部效应可达13.58%,约为观测面距结构端部1D处的3倍,在选择主、辅观测面时应尽量远离结构端部1D。提出的量测方案为开展地铁盾构隧道振动台模型试验数据采集提供了保证,亦可为其他地下结构模型试验测点布置提供参考。     

水工隧洞地震作用计算模型的适用性研究

针对水工隧洞在地震作用下的计算问题,对水工隧洞地震作用计算模型进行了计算对比和适用性研究。分析常用的4种计算模型用于计算水工隧洞地震作用的可行性,通过理论和数值计算确定"径向和切向反力弹簧模型"的计算参数,研究了地震作用下隧洞上方计算土体对隧洞衬砌的作用方式。结合试验验证,该方法和数值计算对比的结果表明:围岩的法向和切向弹性抗力系数受隧洞埋深、围岩类型和衬砌不同部位的影响,随埋深的增加先增大,然后趋于一个定值,围岩条件越好,数值越大,在隧洞两侧部位的数值较大;在地震作用下,隧洞上方计算土体以切向力的方式作用在隧洞衬砌的上半部分,可以通过将隧洞上部计算土体分条后进行计算。该方法可充分考虑地震对隧洞的动力和约束作用,适用于水工隧洞抗震计算。     

基于有限元法的闸室抗震安全评价

由于我国建设初期的水闸工程设计经验有限,未充分考虑到闸室抗震的实际需要,设计标准偏低,需要进行抗震安全复核。以某水闸为例,由于其初设时未考虑抗震因素,但水闸位于地震基本烈度Ⅷ度区,运用有限元软件ANSYS建立模拟水闸基础及上部结构的三维模型,采用模态分析反应谱法进行了地震动力计算分析。结果表明:地震荷载作用下闸室最大沉降为31.43 mm,闸底板平均沉降26.18 mm,处于安全范围之内;地基土层最大沉降变形集中发生于闸室地板边缘向下、土层Ⅰ、土层Ⅱ、土层Ⅲ上部,土层Ⅱ部分沉降变形30 mm左右,在8级地震下有可能发生液化。闸室最大压应力为0.465 MPa,最大拉应力为-76.76 k Pa,满足规范要求。闸室抗滑稳定性不满足要求,地震条件下闸室带阻滑板抗滑稳定安全系数为0.944,不带阻滑板抗滑稳定安全系数为0.708,均小于允许抗滑稳定安全系数1.05的要求,建议闸室拆除重建。     

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。     

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。     

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”来考虑了地震作用下输水隧道内水体的动水压力作用。通过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。     

强震作用下水电站沉沙池右边墙非线性动力时程分析

本文基于现有“L 型”沉沙池右边墙无质量地基模型的线弹性动力分析研究结果,进一步通过考虑沉沙池右边墙-地基接触非线性以及地基辐射阻尼效应,开展了最大设计地震（MDE,max design earthquake）下的非线性动力分析,综合评估了右边墙墙根抗剪、抗弯性能以及墙体与地基接触面滑动和张开情况,结果表明：MDE 作用下,右边墙墙根弯矩时程均低于需求能力比（DCR,demand to capacity ratio）允许值,剪力时程存在一定持时范围超过 DCR 允许值,有发生剪切破坏的可能性,可以通过在墙体根部配置剪力筋,增强其抗剪性能。此外,地震结束后,沉沙池右边墙-地基接触面最终处于闭合状态,表明其具有较好抗倾覆能力。本文针对沉沙池右边墙开展的非线性动力分析可为抗震设计提供科学依据,亦可为强震区沉沙池结构的抗震分析提供参考。     

杨房沟高拱坝防震抗震设计研究

杨房沟混凝土双曲拱坝最大坝高155 m,坝址所处地区地震烈度相对较大,为此,除了按DL5073—2000《水工建筑物抗震设计规范》的原则、方法和要求进行常规抗震分析外,同时还考虑坝址地形地质条件、计入地基辐射阻尼和横缝张开影响的三维非线性有限元法对大坝及基础进行动力分析,综合分析评价了大坝的抗震性能与抗震安全性。研究结果表明,杨房沟高拱坝在设计地震和校核地震作用下,坝体应力状况较好,坝体横缝最大张开度不会破坏横缝止水设施,满足设计要求。采取的抗震措施能够进一步提高拱坝的整体性和抗震性,杨房沟高拱坝的抗震安全是可以保证的。