考虑P波斜入射下海底沉管隧道三维地震响应分析

沉管隧道是连接海域和陆域的交通枢纽,对我国经济和社会发展的推动作用巨大,其地震安全性至关重要。根据三维黏弹性边界基本理论,基于黏弹性边界的等效荷载理论和输入方法,探讨了地震波斜入射时等效荷载的实现方法,并通过算例验证了地震波斜入射时等效荷载输入方法的合理性。在此基础上以大连湾海底沉管隧道为工程背景,建立三维土层及沉管隧道衬砌结构相互作用模型,对海底沉管隧道结构展开地震P波斜入射时隧道结构的三维地震响应分析。在研究中分析了地震波入射角度变化时海底沉管隧道衬砌监测点的位移时程以及沉管隧道衬砌内力等地震响应规律,得出沉管隧道衬砌顶板相对于底板要承受更多的地震影响;交接部位在不同角度地震波入射时为相对薄弱部位等结论。本文研究成果可为类似的沉管隧道抗震设计提供借鉴和参考。     

计算机三维数值仿真技术在上海隧道工程地震安全评估中的应用

介绍了沉管隧道地震响应三维数值仿真技术基础以及数值仿真技术在隧道工程中的应用情况。从工程建设的角度叙述了三维数值仿真技术对上海外环线沉管隧道工程抗震性能的研究。     

沉管隧道地震反应分析局部精细化建模中的几个问题

通过大型沉管隧道的实例分析和前期研究成果,重点讨论沉管隧道地震反应分析中建立局部三维精细化模型时所应关注的4个问题:1模型范围大小的问题;2上覆水体动水作用的简化;3时域分析中阻尼矩阵的合理建模及其影响;4地震输入方式的选择与影响等。文中通过工程算例验证局部三维精细化建模的合理方式,研究结果表明:考察某段沉管管节的地震反应时,应至少考虑该管节两端各三段相邻管节的影响和轴向5倍以上土层厚度范围的土层影响;上覆水体可近似采用等效附加质量的方式模拟;当沉管隧道-土层体系的基频低于输入地震波的卓越频率时,易采用基于体系基频的优化方法来确定Rayleigh比例阻尼矩阵的比例系数;沿沉管隧道轴向的多点地震输入对隧道地震反应有较大影响,应加以充分关注。     

沉管隧道地震响应分析的并行计算

采用全三维非线性建模方法建立了沉管隧道总体有限元模型,模型规模上节点总数超过100万,单元总数超过120万。由于系统的非线性,以及地震激励是一种时间历程,沉管隧道地震响应数值模拟的实质是一个超大规模非线性系统的瞬态响应计算问题,因此导致目前在地震安全性评价领域普遍采用的串行算法、串行软件和普通的计算机无法胜任此工作。根据所用超级计算机的体系结构特点,采用并行区域分解算法,通过对沉管隧道总体模型合理分区来进行地震响应分析。地震波载荷选用调幅后的唐山地震波,应用通用的非线性动力分析有限元程序LS-DYNA进行求解,计算结果可为隧道的抗震设计提供有力依据。     

南京长江沉管隧道的地震安全性评价*

 利用沉埋隧道整体地震反应分析的数学模型和平面有限元动力分析模型,对高速铁路南京长江沉管隧道进行了地震响应分析,计算了该隧道在地震作用下的地震响应,评价了该隧道在地震作用下的安全与稳定性。     

沉管隧道地震响应分析若干问题的研究

以高速铁路南京长江隧道为例，分析了利用弹簧．质量模型进行沉管隧道地震响应分析时，地基阻尼比、地基与隧道刚度之比以及管段不同联结方式等因素对沉管隧道地震响应的影响，得出了一些具有实际意义的结论。     

考虑地震动空间变异性的沉管隧道纵向动力响应分析

近年来研究表明,地震动空间变异性对于长大结构的地震响应具有很大的影响。本文通过动力时程分析法,以港珠澳沉管隧道为背景,研究了行波效应以及相干效应对沉管隧道纵向动力响应的影响。研究发现,考虑地震动空间变异性将会导致沉管隧道在地震作用下的轴力、弯矩以及GINA止水带的变形量有很大的增加。此外,考虑行波效应时,采用不同的行波波速会对沉管隧道的地震响应造成一定的影响,随着行波波速的增大,沉管隧道的动力响应先增大后减小。在考虑相干效应时,采用的相干模型的相干性强弱会对结果有很大的影响,相干性越弱,沉管隧道在地震作用下的轴力、弯矩以及GINA的变形量越大,反之,则越小。     

沉管接头简化方法及三维抗震有限元分析

介绍了沉管隧道抗震研究的国内外发展情况,运用沉管接头的非线性弹簧元简化模型和三维有限元建模的抗震分析思路,结合天津海河沉管工程实例,通过大型有限元软件建模,计算得到沉管接头在地震荷载作用下的变形和内力响应情况.不仅对项目开展起到参考价值,同时得到的普遍性规律还可以作为今后类似的工程项目提供参考.     

沉管隧道岸边堆砂影响分析

针对某过江沉管隧道岸边堆砂的情况,采用三维软件进行数值模拟分析,讨论了运营期岸边堆砂大小以及堆砂位置等不同工况下,对沉管隧道结构受力产生的不同程度的影响,并参考沉管隧道运营期相关变形控制标准,对不同堆砂工况下的隧道安全性进行了评价,并给出了建议。     

沉管隧道二维地震反应分析

结合佛山市在建的汾江路南延线沉管隧道工程,通过动力有限元分析软件建立沉管隧道与土体体系的二维地震反应模型,研究并得出沉管隧道结构在地震作用下的位移、加速度时程分析结果。     

隧道–土体–地表结构相互作用体系地震响应影响因素分析

为探讨地下结构近距离穿越地表结构时二者之间地震响应的相互影响规律,建立隧道–土体–地表框架结构相互作用体系计算模型,系统研究对该体系地震响应影响显著的参数,具体包括:隧道的直径和埋深、土体的分层特性、框架结构的高宽比及其与隧道圆心的间距、输入地震波特性等。计算分析表明:(1)隧道对体系自振特性影响并不显著,但地表框架结构则显著改变了体系的频率特征;(2)隧道对地表框架结构地震响应的影响主要与隧道的半径相关,较大的隧道半径可阻隔地震波的传播,从而起到一定的减震功能;(3)由于考虑的框架结构质量相对较轻,地表框架结构对隧道地震响应的影响不显著;(4)由于地震波频谱成分及结构自身频率的影响,不同地震波对体系地震响应的影响十分显著;(5)土的分层特性改变了土体的刚度,因而也影响了体系的地震响应。研究成果可为初步定性确定地下结构与临近地表结构地震响应的相互影响提供参考。     

武汉长江隧道横断面地震响应分析

随着盾构法在隧道施工中越来越广泛的应用,其抗震性能的研究日益受到社会各界的关注.本文重点研究了武汉长江隧道工程盾构段横断面的地震响应规律.首先利用等效线性化方法对各典型地层构造处进行一维场地地震响应分析,以隧道所在土层的最大剪应变水平作为判断衬砌结构受力大小的依据,并选择危险控制断面.然后对该断面建立二维模型进行动力有限元计算,计算模型考虑了各类管片接头的影响及边界处能量的传输,能够有效地模拟土--结构系统的动力相互作用.计算表明在静力和地震共同作用下,隧道横断面的抗震性能满足要求.     

考虑成层土体的地铁隧道地震动力响应分析

考虑了土体的粘弹性,采用非均质土-结的计算模型,结合动力学理论,分析了结构的本构模型、人工边界条件以及土-结的接触问题,主要探讨了地震作用下地铁隧道的动力响应特征。依托实际工程,在ANSYS中建立数值模型并输入实际材料参数,施加粘弹性人工边界,参考武汉地区抗震设防的要求,垂直入射天津波。通过该模型的模态分析、时程分析表明：结构在地震作用下的响应与衬砌混凝土等级、衬砌厚度有关,并且土体加固后对结构抗震性能有很大影响。最后,对衬砌在地震作用下的安全性进行了分析,为地铁隧道的抗震设计提供了依据。     

TRT地震波三维成像技术在隧道施工地质超前预报中的应用

隧道地质超前预报在隧道施工开挖中起着关键性作用,同时也是工程地球物理学界所面临的一大技术难题。本文通过介绍TRT6000隧道地质超前预报系统的方法原理以及成功应用实例,说明TRT地震波三维成像技术在隧道超前地质预报中的先进性和有效性,探讨其在隧道超前探测中的应用前景。     

渝黔高速公路天坪丘隧道稳定性分析

山区隧道由于受地形及展线限制,一些较短的隧道常常选用连拱结构型式。本研究借助三维有限元计算机模拟,对渝黔高速公路天坪丘连拱隧道的稳定性进行了系统的研究。根据工程实际,构建了三维计算模型,进行了应力、位移与塑性区分布等方面的计算。通过整体、衬砌与中墙的拉应力、剪应力、位移与塑性区结果分析,表明该隧道是稳定的,但应注意局部的应力集中问题,建议对这些关键部位加强监测。     

软土地层中双圆盾构法隧道的抗震分析

目前对于上海双圆盾构法隧道的抗震问题 ,尚没有成熟的方法可供利用。本文结合上海地区典型软土室内动力试验研究成果 ,采用考虑土 -结构相互作用的软土地层中地下建筑物抗震稳定分析方法 ,研究了隧道 -土体体系二维地震反应 ,并应用梁单元有限元模型研究了隧道的纵向地震反应。计算结果包括 :地震引起的隧道周围软土孔隙水应力比、震陷、动剪应力比 ,以及隧道结构的动剪应力、轴力、剪力、弯矩等。最终从地震影响角度对该隧道的优劣作了初步评价 ,为工程决策提供了重要参考依据 ,所得结论可为软土隧道抗震设计提供参考依据。     

小半径平面曲线隧道地震响应分析

基于某实际工程,建立了小半径平面曲线隧道三维分析模型,探讨其在单向水平激振下的地震响应规律。其中考虑了隧道弯曲角度、地震动幅值和类型等因素的影响。通过分析得出了小半径平面曲线隧道的地震响应规律:①响应幅值方面,横向抗震段的响应最大,曲线段其次,纵向抗震段最小;②响应差异方面,曲线部分对隧道加速度影响较小,主要影响隧道的变形;③震动能量方面,随着隧道从横向抗震逐渐过渡到纵向抗震,其震动能量逐渐降低。     

大跨度双塔悬索桥在地震动行波激励下的响应规律研究

本文以一座主跨850m的大跨双塔悬索桥为工程背景,采用时程分析法研究了行波效应大跨双塔悬索桥地震响应的影响。通过建立三维有限元分析模型,在分析了大跨度双塔地锚式悬索桥动力特性及一致激励下地震响应规律的基础上,进一步探讨了行波效应对大跨双塔地锚式悬索桥地震响应的影响规律。分析结果表明:地震波纵向行波作用下,主塔的地震响应随着视波速的减小而先减小后增大;主梁的竖向振动则较一致激励下显著增大;主缆及吊索轴力则受地震动行波效应的影响不大。     

沉积河谷-衬砌隧道体系对平面P波的散射

沉积河谷对地震动的放大效应已为地震观测和理论研究所证实。现实中有大量隧道穿越河谷情况,而河谷中隧道地震反应规律尚不明确。为此,本文建立沉积河谷-衬砌隧道整体二维平面应变模型,基于一种高精度边界间接积分方程法,对河谷中隧道地震响应及动应力集中进行模拟分析。大量参数计算结果表明:沉积河谷中隧道地震反应更为剧烈,动应力集中更为显著,应力峰值可达到入射波应力幅值的数十倍。随隧道埋深加大,应力频谱振荡加剧且峰值频率发生明显变化。部分频率段,隧道对河谷地表位移同样有较大的扰动。穿越河谷隧道的抗震设计需考虑河谷中地震动放大效应对隧道内力和变形的显著影响。     

盾构隧道在可液化场地中的地震响应分析

盾构隧道的装配式管片是其显著的结构特点,目前的抗震研究主要采用简化方法,少有能有效反映管片和接头细部特征的动力反应分析方法,对其在可液化场地中的地震响应规律也需要进一步研究。本文建立了一种精细化装配式管片结构计算模型,并基于砂土液化大变形统一本构模型,采用弹塑性有限元动力时程分析,分析了盾构隧道在可液化场地中的地震响应特征及规律。结果表明接头处响应是盾构隧道抗震的重要考虑因素。装配式管片结构相比于整体式结构柔度更大,受力较小,变形较大。在可液化场地中盾构隧道由于水平向作用力显著增加,在水平向被挤压,受力分布和抗震不利位置相比非液化场地有明显区别。