公路隧道地震响应计算的拟静力法

鉴于对公路隧道抗震计算的简化算法迄今研究尚少,提出了一种适用于公路隧道地震响应计算的拟静力法.以Ⅳ级围岩中的双车道公路隧道为例,通过将衬砌结构视为弹性地基上的框架结构,将结构承受的水平地震力简化为作用在结构单元结点上的等效水平集中力,侧向地基弹性抗力假设为按倒三角形分布,墙底为零,拱顶为最大值,其值按与水平等效地震力平衡的原则确定.通过比选确定水平地震作用修正系数η的取值,即可由结构静力分析得到与结构动力响应分布图形相似、最大值十分接近的等效弯矩图,其相应的最大轴力值和最大剪力值,可通过由结构静力分析得到的内力图结果分别乘以轴力、剪力调整系数获得.提出的方法可供工程设计及公路隧道地震响应进一步     

地震荷载作用下某水利枢纽大坝响应机理分析

根据某水利枢纽大坝工程,对地震荷载下坝体响应机理进行分析.从坝体地震加速响应、动位移响应以及混凝土心墙坝应力响应3个方面进行分析.结果表明:大坝地震响应具有显著的辫梢效应,动位移与坝体高程呈正相关关系,地震影响下,混凝土心墙出现短暂的拉应力.在设计过程中,应当重视坝体结构对地震影响的放大作用,预留足够的安全度.     

衬砌厚度对地下交叉隧道地震响应的影响

以某地下立体交叉隧道结构为例,探讨了不同方向相同地震波分别激励下衬砌厚度对该类结构动力响应的影响。依据土与结构动力相互作用理论,针对切片的二维计算模型对地下隧道结构进行抗震分析不能完整体现结构地震响应规律的不足,应用有限元软件ADINA建立了土-地下立体交叉隧道群三维整体有限元计算模型,对该地下结构进行了地震时程分析。计算结果表明:衬砌厚度增加,结构位移与应力响应有所减小,加速度响应有所增加,且影响程度不一。计算结果可为类似结构抗震设计提供必要依据。     

隧道复合式路面动力响应影响因素的权重分析

为揭示车辆荷载作用下公路隧道复合式路面结构力学响应,依托实体工程开展现场试验,采用有限元软件建立三维有限元模型并进行模型精度验证,分析车辆荷载、路面结构尺寸以及材料参数对有仰拱和无仰拱的隧道复合式路面动力响应的影响。结果表明:隧道复合式路面混凝土面层最不利荷载位置为纵缝边缘中部,轴载和混凝土面层厚度对混凝土面层板板底拉应力、沥青层层底拉应变以及层间剪应力的影响较大,水平荷载和混凝土面层模量对各项动力响应指标的影响较小;普通复合式路面沥青面层动力响应隧道路面相差较小,混凝土面层板底拉应力分别为有仰拱的 5．99倍、无仰拱的 1．74倍。研究结果可为隧道复合式路面结构设计方法研究提供参考。     

岩质隧道围岩压力影响因素分析

采用经典理论公式法、解析计算和数值模拟分析3种途径详细分析了隧道埋深、初始地应力、跨度、侧压力系数、隧道断面形状及岩体物理力学参数对隧道围岩松动压力的影响规律。结果表明:当围岩处于弹性状态时,围岩松动压力与隧道埋深、初始地应力和岩体容重呈线性正比关系;围岩竖向松动应力与侧压力系数呈线性反比关系,而水平向应力与侧压力系数呈线性正比关系;隧道断面形状对围岩松动压力有一定影响;岩体变形模量、黏聚力、内摩擦角和泊松比对围岩松动压力的影响可以忽略。同时,分析了这些方法的不足之处。     

地震作用下渗流边坡的动力响应耦合分析

运用有限差分软件FLAC3D,建立某一赋含地下水的顺层岩质边坡三维模型,基于Finn动孔压增长模型,对边坡在地震作用下的加速度响应规律作了流固耦合分析,并就地下水对边坡塑性区分布的影响作了简要分析。数值计算结果表明:含地下水边坡的地震动峰值加速度PGA放大系数和坡顶加速度均大于无水边坡,地下水位升高时,PGA放大系数和坡顶加速度呈波动变化,当边坡土体处于完全饱和状态时,两者均明显增大;坡脚加速度随水位变化也呈波动状态,当边坡土体处于完全饱和状态时,同样明显增大;含地下水边坡的PGA放大系数等值线比不含地下水时的曲线分布更为杂乱,规律性较差,但仍具有明显的加速度垂直放大效应和临空面放大效应;表面风化层的塑性区随水位升高,其拉剪共同作用破坏单元逐渐增加,表面边坡的破坏效应逐渐增大。综合加速度、坡顶位移和塑性区分布来看,地下水对地震作用下顺层岩质边坡的稳定不利。     

下伏岩溶地层隧道的地震响应分析

为研究下伏岩溶地层隧道结构的地震动响应,基于黏弹性人工边界理论,编写了等效荷载时程施加程序,计算并分析了洞隧间距、洞径大小及溶洞跨径比对隧道结构地震响应特性的影响.研究结果表明:结构地震响应随着洞径的增大而增大,随着洞隧间距的增大逐渐趋于平缓;围岩与结构的加速度响应均与节点位置深度呈非线性相关,且围岩加速度响应略大于同...     

超固结因素影响下桩柱结构地震响应

地震荷载作用下饱和地基的循环加载响应以及动力液化问题成为地震工程研究中的重要课题。为更好研究饱和地基在考虑超固结因素下的影响及其在循环加载下的演化规律, 在下负荷面剑桥模型理论框架下分别通过排水和非排水三轴压缩试验对循环加载下土体的加载响应进行数值模拟研究。在以上研究基础上, 基于ADINA81平台开发负荷面剑桥模型本构关系模块, 建立两相饱和地基下的桩-土耦合体系的动力非线性有限元数值模型, 对不同模型下桩柱结构的地震响应进行了数值模拟对比研究。研究发现在下负荷面剑桥模型下结构的动力响应数值模拟结果介于弹性模型与经典剑桥模型之间, 考虑超固结因素影响后, 地基表现出更好的抗液化特性与更高的承载能力, 能改善结构的动力响应与受力状况。     

黑河土石坝的地震响应和液化分析

本文根据饱和土体固 液两相介质的振动固结模型，采用非线性静力本构模型(Duncan-Chang模型)及摩尔 库仑强度准则和土的动力模型(Hardin模型)对黑河土石坝进行了地震作用下的动力反应有限元分析，得到了振动期孔压增长与消散过程。分析表明，该坝不会出现液化现象。     

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。     

水工隧洞衬砌结构非线性地震响应分析

为了合理描述水工隧洞衬砌混凝土的非线性力学特性,采用塑性损伤模型模拟了混凝土材料在地震荷载作用下的本构关系。在此基础上,通过将混凝土刚度与钢筋材料刚度叠加来考虑衬砌中钢筋结构对衬砌刚度的强化作用,并基于此建立了衬砌结构非线性有限元分析模型。结合动力时程法模拟衬砌结构地震响应全过程,建立了完整的衬砌结构地震响应分析模型。通过将该模型应用于某水工隧洞地震响应数值计算中,分析了衬砌结构非线性地震响应特征。结果显示:地震过程中衬砌结构腰部的位移响应较大,衬砌结构整体产生了较为明显的结构变形,导致衬砌腰部最大拉应力达到了1.3MPa左右并超过了混凝土抗拉强度;震后衬砌结构内侧受到附加动水压力的影响,导致其损伤程度较大,损伤最为严重的区域主要分布在衬砌腰部,最大损伤系数达到了0.7左右。     

沉管隧道振动台模型地震反应试验研究

为研究沉管隧道在饱和砂土场地中的地震反应规律,以某超长沉管隧道为研究对象,设计了装配式柔性橡胶接头,开展了饱和砂土中的多段式沉管隧道振动台模型试验。沉管隧道模型由3节微粒混凝土管段和两节装配式柔性橡胶接头构成。试验通过孔隙水压力计、加速度计和应变片监测了地基的孔压、结构及其周围土层加速度和结构应变。试验结果表明:中小震时地基土并未液化,大震时模型表层地基土发生液化。地基土液化后,低频地震波对结构影响更大。结构与周围土体的加速度及其傅里叶谱形状吻合较好,结构加速度小于土体加速度,沉管隧道结构的地震反应受地基土的影响较大。靠近接头监测点的加速度反应更大,管段之间出现相对运动,接头是沉管隧道抗震设计的关键部位,模型结构的中墙、侧墙与结构顶板节点为此类型隧道的不利位置。试验研究成果为隧道抗震研究提供参考。     

带横缝拱坝的非线性地震响应

本文运用非线性有限元方法研究了具有横向建筑缝的拱坝在地震作用下的响应，模拟了横向建筑缝的连续，张开，闭合，相对滑移等多种受力状态，并给出了算例。     

围岩类型及衬砌厚度对水工隧洞地震动力响应的影响分析

以分析水工隧洞在地震激励作用下的变形破坏机制为目标,针对不同围岩类型和衬砌厚度条件下水工隧洞位移变化,根据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,使用ANSYS建立了某水工隧洞的三维有限元模型,对其施加水平和竖向地震激励,应用瞬态分析法计算了隧洞结构模型在不同围岩类型和衬砌厚度下的水工隧洞动力响应。结果表明,在相同衬砌厚度下,随着隧洞围岩强度的降低,水平位移和竖向位移受影响的程度有明显的区别,即水平位移越来越大,竖直位移无明显规律可循;在相同的围岩强度下,水工隧洞并不会随着衬砌厚度的增加而趋于稳定,在Ⅲ类围岩的情况下,水工隧洞的位移随着衬砌厚度的增加而越来越大,Ⅴ类围岩下改变衬砌厚度对水工隧洞的位移几乎没有影响。因此,合理的设计围岩类型和衬砌厚度,可以既满足水工隧洞抗震性能要求,又能够降低工程造价。研究结果对合理设计隧洞衬砌厚度、增强抗震性能具有参考价值。     

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。     

隧道地震不规则观测系统正演模拟与应用

结合隧道施工实际情况,提出了一种新的隧道地震不规则观测系统,利用该观测系统对隧道超前方向软弱夹层进行了正演模拟研究。研究表明:当炮数不变时,增加1个检波器可以明显改善偏移效果;当观测系统纵向偏移距越大时,偏移剖面画弧区域更小,当观测系统横向偏移距越大时,偏移剖面的镜像假像越弱。将该观测系统应用于重庆缙云山隧道,探测结果与开挖情况基本吻合,说明该观测系统合理可行。     

大断面水工隧洞下穿既有公路隧道沉降影响分析

针对某大断面水工隧洞下穿双线公路隧道工程,采用理论解方法,综合考虑大断面水工隧洞开挖引起的土层位移影响,提出了一种计算水工隧洞下穿引起上部既有公路隧道沉降位移值的计算方法。结合有限元模拟和实测数据对理论计算方法进行了可靠性验证,分析了既有双线公路隧道沉降影响范围大小及沉降位移规律。研究结果表明:三种方法所得公路隧道沉降曲线相互吻合,近似呈现正态分布,最大沉降值均位于分洪隧洞下穿轴线处;穿越引起的公路隧道下沉区域主要分布在穿越中心点两侧各23 m的范围,而在下沉区域外隧道出现局部的上浮变形;公路隧道总体沉降变形较小,结构稳定安全。     

外海大回淤沉管隧道沉降影响因素敏感性分析

深海沉管隧道的地基沉降受到多种因素影响,地基沉降过大会直接影响沉管隧道的安全,因此对影响地基沉降的各类施工偏差进行敏感性分析是十分有必要的。以港珠澳沉管隧道地基为研究对象,采用离心模型试验和有限元软件模拟的方法,揭示了天然地基回填再压缩量变化及地基刚度变化的特点,确定了影响港珠澳沉管隧道天然地基纵向沉降的单因素敏感性大小。结果表明：对沉管隧道沉降影响最大的施工偏差因素为基槽超挖与欠挖偏差,影响最小的因素为基槽单边宽度偏差;有基槽超挖与欠挖偏差存在时,组合工况对地基刚度的影响程度达到近50%,且当基槽超挖与欠挖偏差达到极限值时,该因素无论与其他何种敏感因素组合,对沉管隧道沉降特性的影响程度至少为20%;通过对敏感性因素的合理组合,发现纵向区段内最不利工况的分布形式是断面两侧取恒定极值,即非线性变化分布。研究成果可为其他类似工程提供借鉴和参考。     

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。