高烈度区软硬岩交界段隧道震害机制及减震缝减震技术模型试验研究

为探讨高烈度区软硬岩交界段隧道震害机制和减震缝减震技术,依托某隧道工程开展大型三方向六自由度强震振动模型试验。通过对试验数据的分析,研究了硬岩、软岩、软硬岩交界不同地质条件下,不设置减震缝、仅二衬设置减震缝、初支与二衬交错设置减震缝5种工况隧道衬砌结构所受地层惯性力、位移差、主拉应力、内力和安全系数。结果表明:强震作用下软硬岩交界处位移差显著,地层惯性力对软岩段影响明显强于硬岩段;二衬减震缝的设置能有效降低软硬岩交界段衬砌结构主拉应力47%以上、降低结构内力40%以上,交错设缝措施较仅二衬设缝措施减震率最大提高近20%;隧道穿越高烈度区软硬岩交界段推荐采用"交错设缝"抗减震结构型式,即二衬减震缝结合衬砌台车长度设置,初支减震缝按3 m间隔设置。研究结论对于高烈度艰险山区交通生命线的抗减震技术具有重要的意义。     

隧道洞口浅埋段和断裂黏滑段抗震设计计算方法及试验研究

以汶川地震隧道震害为研究背景,结合我国公路和铁路隧道抗震设防现行规范及抗震设计的现状,对目前我国隧道抗震设计中亟待解决的问题(山岭隧道洞口浅埋段地震动峰值加速度确定方法、洞口浅埋段纵向和断裂黏滑隧道抗震设计计算方法、断裂黏滑隧道减震技术)进行研究,主要研究成果有:(1)建立基于地形效应的山岭隧道洞口段地震动峰值加速度确定方法。首先,通过对汶川地震隧道洞口段震害基础资料和文献调研资料进行理论分析,确定影响山坡基岩覆盖层地震动峰值加速度传播规律的主要影响因素(山坡地形地貌、覆盖层及地震波参数等),采用单因素分析方法,揭示各主要影响因素对山坡基岩覆盖层地震动峰值加速度传播的影响规律;然后,通过系统分析各主要影响因素对山坡基岩覆盖层地震动峰值加速度传播的影响规律,采用包络线数值分析技术,探明地形效应的影响规律,初步构建基于地形效应的山岭隧道洞口段地震动峰值加速度确定方法。最后;采用三方向、六自由度大型振动台开展动力模型试验研究,选取代表性工况(坡率1∶2)为研究对象,输入标准化后的7,8,9度汶川地震卧龙测站地震波(经相似比转换)进行试验。通过对试验数据的整理分析,对之前研究进行检验并修正,最终建立基于地形效应的山岭隧道洞口段地震动峰值加速度确定方法。(2)建立隧道洞口浅埋段纵向和断裂黏滑隧道抗震设计计算方法。基于反应位移理论的基本原理,结合隧道洞口浅埋段纵向和断裂黏滑隧道结构特性的分析,分别采用弹性地基梁和壳单元模拟隧道洞口浅埋段和断裂黏滑段隧道结构,通过理论推导,建立隧道洞口浅埋段纵向和断裂黏滑隧道抗震设计计算方法。通过动力时程法对其进行检验,理论解均比数值解偏大,幅度小于20%,故隧道洞口浅埋段纵向和断裂黏滑隧道抗震设计计算方法在计算精度、结构设计安全方面符合隧道结构抗震设计的要求,可为隧道洞口浅埋段纵向和断裂黏滑隧道抗震设计提供参考。(3)研究断裂黏滑隧道减震技术。针对断裂黏滑隧道的震害特点,成功试制倾斜正断裂倾向错动试验箱,并对采用减震缝或减震层的6种减震方式(不设抗减震措施;初支不设抗减震措施,二衬设减震缝,间距为9,12 m;初支和二衬交错设减震缝,间距为12 m;减震层厚度为10,20 cm;初支和二衬交错设减震缝,间距为12 m,减震层厚度为10 cm)进行静力黏滑错动模型试验研究。试验结果表明:初支和二衬交错设减震缝(间距12 m)与减震层(厚度10 cm)共同施设工况、初支和二衬交错设减震缝(间距12 m)工况和二衬设减震缝(间距12 m)工况的减震效果相差不大,从施工方便性、经济性考虑,推荐使用二衬设减震缝(间距12 m)的减震方式。     

复杂地质病害隧道衬砌拆除塌方机理及处治措施

为研究病害整治隧道二衬拆除塌方机理及处治措施,以重庆某隧道二衬拆除过程中拱顶塌方为例,分析塌方段地质条件、病害状况及塌方过程等,探究塌方发生机理及其处治措施。结果表明:隧道衬砌腐蚀、开裂、渗漏水等病害以及塌方段围岩松散破碎,具有腐蚀性的地下水使得围岩呈现“结构性弱化”,是产生塌方的主要内因;施工扰动下,块碎石堆积荷载超过初支的极限承载力,导致初支开裂,暴雨天气又使得上覆岩层重量增加是导致塌方的主要外因。采用分台阶开挖塌方体,空腔处泵送砼回填,配合使用超前小导管、锁脚锚杆、钢拱架等支护措施,清除塌方堆积体并重新浇筑衬砌结构,可为类似工程塌方处理提供借鉴。     

某隧道塌方处理施工技术研究

梅冲河隧道拱顶塌方严重,塌方石块几乎填满隧道内K166+435~K166+470段,塌方范围长约35 m,宽约7 m~9 m。为确保安全,采取了封堵混凝土、长大管棚、小导管注浆、混凝土衬砌和回填灌浆等措施。本文对隧道塌方相关措施进行了简单描述。     

汶川地震公路隧道洞口结构震害分析及震害机理研究

通过对汶川地震公路隧道震害调查资料的统计分析,对隧道洞口结构进行了震害分析,结果表明：洞外结构受次生灾害影响较大,地震惯性力影响明显;硬岩洞口段隧道结构基本无破坏,软岩洞口段隧道结构震害较严重。通过三维有限差分数值模拟计算和现场典型震害分析,研究了公路隧道洞口结构的震害机理。探明了洞外结构震害机理,即洞外结构受次生灾害影响较大,震害的主要原因是地震惯性力,洞门墙结构和基础设计不合理以及隧道洞口所处位置也是影响洞外结构震害的重要因素。探明了洞口段隧道结构震害机理,即正穿坡面洞口段隧道结构存在软硬围岩交界面时,其附近软岩内隧道结构受较大强制位移作用;正穿坡面洞口段隧道结构覆盖层为软岩时,震害的主要因素是地震惯性力。研究成果对公路隧道洞口结构的抗减震技术有着重要的意义。     

隧道病害综合整治施工技术研究

采用移动式简易架子车结构作为隧道病害整治施工平台,按照"清理原隧道衬砌混凝土表面→衬砌背后注浆回填→钢带加固→裂缝及渗漏水处治→衬砌背后地下水的疏排→镶贴瓷砖"的顺序进行隧道全断面的整治施工。利用改性环氧树脂胶来粘接二次衬砌模筑混凝土和钢带,同时采用化学锚栓进行锚固。以"大堵小排、封堵严密、排导通畅"为基本处治准则,凿槽埋管引排用于解决渗水的环向施工缝,灌缝嵌补用于处治无渗水环向施工缝的开裂,用防水渗透型涂料对部分点渗、面渗涂刷,用环氧树脂注浆嵌补衬砌局部开裂引起的干裂缝,衬砌背后地下水可通过钻孔排到横向盲沟,然后可通过中央排水管(仰拱底部)引排至洞外。     

公路隧道震害特征分析

文章通过采用现场调研的方式对"5·12"汶川地震后川、甘、陕三省56座隧道进行了震害调查,得出如下结论:(1)随着地震烈度的增加,隧道破坏程度越严重。(2)断层破碎带的主要震害特征是二衬垮塌、围岩垮塌等,断层错动引起的强制位移是断层震害的主要原因,此外围岩条件软弱、断层带宽度及二次衬砌刚度不足也会加剧震害程度。(3)洞口段震害与地震烈度有关,地震烈度9度以上有二衬垮塌和围岩垮塌等现象。软岩隧道洞口过渡段出现了二次衬砌垮塌的严重震害类型,应考虑抗震设防。     

软硬岩交界段隧道洞口结构震害机理研究

当地震发生时浅埋隧道洞口软硬岩交界段易发生严重地震破坏,本文基于隧道洞口软硬岩交界段震害形式和影响因素,展开了洞口软硬岩交界段震害机理的研究,得出结论:衬砌剪切破坏和边坡滑塌是其震害的最主要形式;对洞口软硬岩交界段震害产生影响的主要因素为地震本身、地形构造和隧道结构;洞口软硬岩交界段主要震害机理可阐释为围岩与隧道结构的相互作用理论和地震波能量衰减理论。本文研究成果可为软硬岩交界段隧道结构抗减震技术理论发展提供依据。     

深长隧道穿越复杂软弱地层塌方关键技术

针对成贵客专铁路田坝隧道穿越断层破碎带所发生的塌方事故,从勘察设计施工、地质条件及水文情况等角度分析了影响塌方灾害发生的原因.据此提出了针对性的处治措施,如塌体稳固、后方支护强化、超前注浆、三台阶开挖及注浆回填等.为检验塌方处治效果,通过增设的监控量测断面进行拱顶沉降和净空收敛变形分析.研究表明,处治措施有效控制了塌方段的变形,保证了实际开挖的顺利通过.     

隧道抗震与减震的研究现状分析

将隧道的震害分为洞口边坡失稳、洞门破坏、衬砌破坏三种类型,并结合工程实例对三种类型的震害具体形式进行了归纳分析。其次,总结了隧道抗震领域中原型观测、理论分析、模型实验等三种研究方法的发展现状,对三种方法的优劣进行了深入的分析讨论。最后,结合当前常见的隧道减震措施,从减震层、抗震缝、注浆加固、地基加固、可变形抗减震措施等五个方面完成了隧道减震研究现状的分析。     

建筑结构在汶川地震中的震害特征

通过对绵阳地区的建筑结构在汶川地震中的震害调研,对建筑的震害特征进行了归纳,分析了建筑结构震害机理,简要阐述了本次震害中所见的特殊现象,对加强建筑抗震能力提出相关注意事项.     

汶川地震中部分建筑震害现象分析及其启示

通过都江堰市和映秀镇部分底层框架结构、框架结构建筑在5.12汶川大地震中的震害实例,以及其他震害现象,对建筑产生震害的原因进行了分析,提出了相应的抗震设计建议,并对相关的抗震设计理念进行了探讨。     

汶川和芦山地震灾区农村民房震害分析与重建建议

5.12汶川特大地震和4.20芦山强烈地震中,农村民房的震害造成了巨大的人员伤亡和经济损失。基于震害现场调研,概述了近年来中国西南地区的几次地震中农房总体受损情况,从农房的建设选址不当造成的震害、灾区常见的几种农房结构类型的震害特征等两个方面分析了农房震害的主要原因,即地表破坏、缺少必要的结构设计环节、施工质量低劣、抗震构造措施差和房屋抗震意识薄弱。在此基础上,从农村建设场地的科学规划、具有良好抗震性能的农房结构方案和农房建设过程中的科学管理等方面提出了重建建议。     

汶川强震区公路沿线地震崩滑灾害发育规律研究

 汶川强震区地处龙门山区,在深切河谷地貌条件下,地震诱发大量崩塌及滑坡地质灾害,给沿河谷布线的公路造成严重损毁。在调查掌握约6 056 km灾区公路沿线地震崩滑灾害详细资料基础上,根据地质构造、地震烈度进行段落划分,研究分析各段灾害特征及其与地质构造部位、地震烈度、岩性等之间的关系,统计分析各段落灾害点密度及平均规模。提出汶川地震崩滑灾害分区,将受灾区划分为极强烈发育区、强烈发育区、较强烈发育区、中等发育区和弱发育区等5个区域。得出汶川地震崩滑灾害如下发育规律：(1) 3条断裂带对崩滑灾害发育的控制作用：前山断裂都江堰-竹园坝段为山前弱发育区和上盘中等～强烈发育区的明显界线,竹园坝NE方向则控制作用减弱;中央主断裂自映秀至东河口段上下盘灾害有显著差异,2个极强烈发育区均位于上盘,且被后山断裂及重要岩性界线所严格限制,东河口NE方向控制作用减弱;后山断裂之茂汶断裂为极强烈发育区和较强烈发育区的明显界线;后山断裂之青川-平武断裂在青川-沙洲段呈现出明显的断层上盘效应。(2) 岩性控制作用：不同岩性类别地震崩滑灾害发育程度有显著差异,侵入岩体和灰岩、白云岩类地震地质灾害发育密度最高、平均规模最大,千枚岩类灾害发育密度最低、规模最小,碎屑岩类和砂板岩类介于其间。(3) 地貌控制作用：河谷岸坡相对高差越大、地面横坡越陡峻,地震崩滑灾害越发育。陡坡硬岩段为地震崩滑灾害高发区,失稳主要发生在斜坡中上部、陡缓变坡点附近。(4) 399条实测地质剖面的统计分析表明,地震诱发崩塌失稳部位坡度一般在40°以上。(5) 动力条件下,坡体结构是边坡岩土体变形破坏的控制性因素,土层及强风化层–基岩斜坡、发育外倾结构面斜坡更易失稳。     

四川省汶川地震灾区干线公路典型震害特征分析

 基于地震灾区的大量调查、检测、评估与抢通保通的成果,概括介绍了汶川大地震后四川省公路总体损毁情况;归纳总结了四川省国省干线公路工程路基、路面、桥梁、隧道等结构物典型震害特征,并从地质和工程角度简要的分析了震害产生原因。桥梁毁坏程度与发震断裂的距离有很大的关系,隧道破坏程度不仅与发震断裂距离有关,而且与组成围岩的岩性有关,断裂带附近软硬相间的沉积岩隧道震害较为严重,花岗岩隧道震害轻微。边坡震害与断层带距离和组成边坡的岩性、坡度等有关,断裂带附近花岗岩、石灰岩及砂岩等组成的高陡边坡崩塌、滑坡等次生地质灾害非常严重。     

汶川地震中底框和框架结构的震害分析

通过对西南地区底框和框架结构在汶川地震后的震害调研,收集了大量建筑结构震害资料,对底框砖混结构、钢筋混凝土框架结构两类结构的震害特征进行了统计,分析了建筑结构震害机理,以及初步探讨了地震区建筑结构选型和抗震措施问题,从而优化建筑结构抗震设计。     

围岩级别对强震作用下隧道地震响应的影响

汶川地震表明,山岭地区公路隧道衬砌结构可能在强震作用下发生严重的损害,而围岩条件是震害现象的重要影响因素之一.针对典型公路隧道在六种围岩条件下的地震响应进行了有限元时程分析.结果表明,围岩条件较好时,岩体强度高,在强震作用下破坏较小,因此在相同的地震波作下,隧道位置处加速度响应较大,而地震附加应力越小;围岩条件较差时,...     

跨断层隧道抗减震措施性能振动台试验研究

跨断层的隧道工程在中国高烈度地震区已经越来越普遍。针对目前土木工程抗震设计规范对跨断层隧道的不适用性,通过振动台模型试验研究了隧道结构常规与新型抗减震措施在地震动力荷载作用下的响应特性和破坏机理。结果表明：断层滑动装置在单体模型箱中模拟断层滑动状况良好;套管式可变形结构的抗减震性能最好;减震层可以提高隧道结构整体的耐震性能;减震缝通过提高隧道结构纵向自由度而减轻震害。分析了隧道结构在地震中发生破坏的初始位置与破坏过程,揭示了各种抗减震措施的作用机理。最后,将地震烈度与隧道结构破坏过程相结合,提出了各种抗减震措施的适用条件。为研发新型隧道抗减震措施与隧道抗震设防提供参考。     

加强建筑抗震设计的重要性

从汶川地震中建筑物的倒塌现状出发,借鉴古代建筑的抗震经验及国外先进的抗震技术,阐述了古建筑的抗震机理,探讨了新型的抗震材料,指出当代建筑师应深入挖掘抗震设计方法,从而把震害降低到最小.