隧道地震响应振动台实验及动力时程分析

本文主要通过数值模拟和大型振动台模型试验对浅埋隧道在不同围岩类型条件下的地震响应特性进行了研究.结果表明:隧道围岩类型对隧道地震响应特性有明显的影响,围岩越好,其抗震性越好;围岩加速度随着高程的增加有明显的放大效应,围岩越差,加速度放大效应越明显;共轭45°方向为较大内力值分布,而隧道拱顶、拱底和边墙内力值却相对较小,内力量值与隧道围岩类型呈反向变化;振动台模型试验和数值模拟结果有较好的吻合性.以上成果对于合理认识浅埋隧道的地震响应特征具有重要意义,可为类似工程提供借鉴.     

大断面软弱围岩隧道洞口段施工工法比较分析

山岭隧道建设条件复杂,通常洞口段埋深较浅、围岩破碎,在施工过程中易发生坍塌、边仰坡失稳等事故．根据某隧道洞口段地质情况、地形条件以及设计参数,对拟采用的交叉中隔壁法和双侧壁导坑法进行施工和数值分析对比．研究结果表明：从施工上看,采用交叉中隔壁法有利于工期;从数值分析看,采用交叉中隔壁法和双侧壁导坑法完成开挖后,隧道结构y向最大沉降分别为6．65cm和1．68cm,临时支撑X向最大变形分别为20．5cm和4．42cm,采用后者施工变形更小;从计算结果看,采用双侧壁导坑法施工,围岩和隧道支护结构受力更小．采用交叉中隔壁法施工后,C25喷射混凝土Y向最大拉应力为3．07MPa,远大于采用双侧壁导坑法的1．27MPa,且超过该喷射混凝土的极限抗拉强度．因此,从隧道变形和受力分析看,采用双侧壁导坑法施工更安全．     

双洞错距隧道洞口段地震动力响应数值模拟分析

为深入了解隧道在地震过程中的破坏机理及其洞口段的动力响应规律,以具有间距和错距的实际隧道为原型,建立数值计算模型并进行了计算分析.计算结果表明:1)对于双洞错距隧道,隧道洞口段衬砌横断面的相对位移、最大Mises应力和加速度幅值受地震荷载激振方向的影响较大.即使在同一方向地震荷载作用下,左、右洞洞口段的动态响应仍有较大区别,而隧道洞身段的动态响应相近.2)当地震荷载在某一方向或其他组合方向上施加后,衬砌上将同时存在空间上任意方向的加速度矢量,且衬砌加速度幅值在洞口处具有放大现象.     

大湾隧道洞口段施工及监控量测信息反馈

受隧道周边地形、地质、环境及气象等外部条件和隧道内部应力的影响,隧道洞口施工一直是隧道施工的难点,而且其施工进度也严重影响整个隧道施工的速度和质量,因此,采取合理的施工技术手段和监控量测措施来指导施工将显得尤为重要。本文以邵怀高速公路大湾隧道洞口施工为例,根据新奥法隧道施工原理,阐述了采用隧道洞口段监控量测的信息反馈方法来指导施工单位采取合理的辅助施工措施和施工方法,保证安全顺利进洞,确保工程安全和施工安全。     

隧道洞口段不同围岩刚度下管棚的支护效果分析

以某高速公路隧道为例,采用FLAC3D有限差分程序建立考虑管棚预加固效应的三维数值仿真模型,对隧道洞口段不同围岩刚度下管棚支护体系对地层稳定的控制效果进行模拟分析.结果表明:管棚可以起到较好的荷载传递作用,有效控制开挖释放荷载引起的地层位移;土体刚度越大,地层沉降越小,管棚与土体之间的刚度比就越小,管棚的骨架作用随之逐渐减弱,相应地管棚对地层沉降的控制程度也逐渐降低.     

横向激励下隧道-竖井节点地震响应研究

隧道-竖井节点是地下空间网络的重要节点,也是其抗震薄弱环节。由结构突变造成的土-结构动力相互作用不均匀会导致隧道与竖井产生显著的差动响应。本文依托典型软土道路隧道工程,以隧道-竖井节点为试验对象,依据动力相似原理完成了以土-结构相对刚度为控制因素的模型设计,并开展了横向激励下隧道-竖井节点振动台模型试验。试验中测量了结构加速度响应和结构变形两类数据。通过对比加速度峰值和相关系数,对隧道与竖井间的地震差动响应进行了定量描述,并分析了由此引发的隧道纵向变形模式。在此基础上,基于梁-弹簧模型,提出了隧道-竖井节点地震响应拟静力简化分析模型,并推导了隧道变形的拟静力解析计算方法。经振动台试验结果验证,该拟静力简化分析模型可较好地预测隧道纵向变形,并以闭式解的形式,直接建立了隧道纵向变形与隧道-竖井相对位移的定量关系。     

地震作用下尾矿库振动台试验研究

采用大型震动台模型试验对拟建尾矿库动力响应进行研究。模型采用1∶300比尺进行制作,堆积坝采用拟堆筑尾矿砂制备。通过选择不同地震波类型、不同激励方向、不同台面加速度、不同含水率,探讨地震作用下尾矿库模型动力响应规律。结果表明:地震动力响应影响因素较多,且相互影响,各影响因素间存在显著相关关系。地震作用下坝体响应不仅与所选地震波类型、加载方向有关,同时还与堆坝高程、矿砂含水率有关。同种地震波类型,垂直于坝轴线(Y方向)方向地震响应较平行于坝轴线(X方向)方向强烈。不同台面加速度,坝体动力响应不同,输入台面加速度水平越高,动力响应越强烈。随着尾矿含水率的提高,坝体变形逐渐增大。该研究成果为拟建尾矿库抗震设计提供参考。     

爆破振动激励下的隧道洞口动力响应

对隧道洞口在爆破振动激励下的动力响应进行讨论.分析了隧道在爆破开挖下洞口边坡危险滑面的确定方法,建立了具有结构面的隧道洞口边坡在爆破振动激励下的动力响应计算模型;并在实际工程背景基础上针对爆破振动作用下的洞口边坡和支护结构的动力响应进行了分析计算.结果表明,爆破振动的强度、振动持续时间、隧道开挖距离、洞口边坡特征以及支护结构强度等因素均会影响到隧道洞口边坡的安全稳定性;在爆破振动持续时域内,洞口边坡安全稳定性系数会在一定范围内产生振荡,隧道支护结构上会产生附加爆破振动压力.     

地铁车站地震破坏离心机振动台模型试验研究

为揭示地下结构地震破坏机理,采用离心机振动台试验模拟地铁车站地震破坏过程.试验利用低强度微粒混凝土和钢丝制作了1∶50的单层双跨地铁车站模型;采用砂雨法制备了相对密实度为45%的地基模型并用硅油对其饱和;研制了适用于不同尺寸地基模型的真空饱和装置;监测了在离心加速过程中和峰值加速度分别为0.08g和0.20g的宁河波作用下地下结构及其周围土体的响应.试验结果表明：在车站结构和上覆土体自重作用下,车站立柱承受较大的轴向压力;在弱震（0.08g）作用下,结构附近土体超静孔隙水压力消散明显快于同深度其他位置土体;在强震（0.2g）作用下,3根立柱柱底发生破坏,是整个车站结构的薄弱点,车站侧墙与底板交界处出现明显裂缝.     

可液化场地桩基桥梁结构地震响应振动台试验

实施了可液化场地桩-土-桥梁结构地震相互作用振动台试验,研究桩基桥梁结构地震响应特征.试验再现了自然地震触发场地液化与结构破坏的主要宏观现象.小震输入下,地基动力反应较小,孔压在输入波峰值到达后几秒内达到峰值,并很快进入消散阶段,近桩区与远桩区峰值孔压差别很小,砂层上部轻微液化;桩-柱墩表现为弹性动力变形,地基对桩地震反应约束效应较大,桩在砂层中动应变大于粘土层中动应变;由于上覆粘土层对桩的嵌固与墩顶配重惯性力的共同作用,致使桩在上覆粘土层中动应变远大于柱墩动应变.大震输入下,砂层很快全部液化且发生强烈剪切流动,孔压在输入波峰值到达瞬间增大,而后缓慢上升至峰值,消散也很慢,近桩区峰值孔压远大于远桩区峰值孔压;墩顶配重产生较大惯性力作用,加之砂层全部强烈液化使得桩-柱墩动力反应十分强烈,导致桩上部嵌固点发生大幅度上移,且在砂层与上覆粘土层过渡带附近出现大范围破裂、在粘土层中折断.     

软土-桩-结构动力相互作用振动台模型试验研究

目的 分析探讨软土-桩-结构动力相互作用的机理．方法 通过软土-桩-结构相互作用体系和刚性地基上建筑结构两个振动台模型试验，研究了相互作用对结构的动力特性和地震反应的影响．结果 通过振动台试验得到了软土-桩-结构相互作用体系和刚性地基上结构体系的自振周期、阻尼比、加速度反应和位移反应曲线等．结论 结果表明，软土-桩-结构动力相互作用对结构的动力特性和地震反应有较大的影响：建筑结构自振频率减小，阻尼增大：在地震作用下，考虑相互作用的结构加速度、位移较基础固定的结构大．     

非一致激励下综合管廊振动台试验的数值模拟

本文基于ABAQUS软件开展非一致激励下地下综合管廊振动台试验的有限元建模及分析研究。建模中采用Drucker-Prager模型来考虑土体非线性,土-结构动力相互作用通过建立主从接触面来实现,通过考虑层状剪切砂箱对土体的作用来模拟试验模型箱,同时考虑初始应力场的平衡。响应时程及放大系数等参量的对比,表明数值模拟结果和试验结果吻合较好,文中所提有限元建模方法合理,为后续参数分析奠定了基础。     

超限高层建筑整体模型模拟地震振动台试验研究

为对超限高层结构的破坏机理和抗震性能进行深入研究,对一高宽比超限的复杂高层建筑进行了1/15的模型模拟地震振动台试验。研究了模型结构的动力特性和不同烈度地震作用下模型的加速度反应、位移反应、应变反应和扭转效应,并根据模型试验结果和相似关系反推到原形结构,研究了原形结构的破坏机理和破坏形式。试验及分析结果表明,原形结构的前三阶振型周期分别为1.795 s（Y向平动）,1.72 s（ X向平动）和1.423 s（整体扭转）,扭转与平动周期比为0.79;原形结构在7度多遇和罕遇地震动作用下弹性位移角和弹塑性位移     

上海世博会中国馆抗震分析与振动台模型试验研究

2010年上海世博会中国馆建筑造型和结构体系独特,主体结构为4个钢筋混凝土筒体加组合楼盖,筒体间楼盖向上层层展开出挑,呈四棱台斗冠状。倒梯形的建筑造型使上部楼层的转动惯量增大,导致结构的第一振型为扭转振型,不满足现行高层结构设计规范的要求。为了研究该结构的抗震性能,检验和改进结构设计,利用有限元程序ANSYS对整体结构进行了抗震分析,同时又进行了比例为1/27的模拟地震振动台试验。计算结果表明,虽然中国馆的第一振型为扭转,但结构的扭转反应不大,和振动台试验结果具有较好的一致性。同时,原型分析和模型试验表明结构的损伤发展符合预期的破坏形式,能够满足预定的抗震设防目标。根据试验结果,给出了改进设计建议。     

软土地基隧道地震反应特性初步分析

以南京河西地区某软弱场地为背景,选用EI-Centro地震波,用有限元软件ABAQUS对土与隧道结构的地震反应进行数值模拟,得出了隧道周围场地加速度反应峰值的变化情况、隧道的最大地震剪应力的位置,及其对场地地震动的影响,对研究软弱地基上隧道的抗震性能具有一定的参考价值。     

基于振动台试验的含软弱夹层堆积体边坡动力响应规律与失稳破坏现象研究

针对川藏铁路沿线典型潜在滑坡灾害点,设计完成了几何相似比为1:10的含软弱夹层堆积体高陡边坡振动台试验,从堆积体边坡失稳破坏现象与动力响应规律等方面开展了系统研究,得出以下结论:边坡滑塌是一个均衡渐进的过程,地震初期,在重力和地震力耦合作用下,滑体表面出现土体剥落;随着地震动持续,滑体顶部开裂,滑体表面裂缝增多并向前缘...     

软弱围岩地段断层形态对大断面隧道的稳定性影响分析

依托三清高速西山营隧道,采用数值模拟与现场监测的方法,探究断层形态对隧道围岩变形及支护结构稳定性的影响,提出最佳加固方案。结果表明：拱顶沉降最大值随着断层厚度的增加呈“对数”曲线增长趋势,随着断层倾角增大呈“抛物线”曲线分布,当断层倾角达到90°时达到最大;最不利断层形态为倾角+厚度(83°+70 m);进而建立优化加固对比数值模型,得到管棚注浆加固能够有效控制围岩变形,抑制塑性区发展。结合实测数据发现模拟值与实测值相差较小,验证数值模拟结果的正确性。     

高应力软岩隧道施工的时空效应分析

以湖南某高应力软岩隧道为背景,应用有限元软件ABAQUS对其施工的时空效应进行了分析,并对其影响范围及大小进行了研究,结果表明：高应力软岩隧道围岩稳定很大程度上受到隧道的＂空间效应＂及＂时间效应＂的影响,同时指出在施工时应尽早施加初期支护提高围岩自承能力,在围岩变形趋于稳定时施加二次支护坚决抑制软岩的流变所引起的大变形.