地震作用下隧道结构内力的统计分析

为了对隧道结构抗震设计实现以可靠度理论为基础的概率设计方法,必须首先知道地震作用下隧道结构的内力统计特征。为此,从隧道结构地震反应谱出发,基于地层反应位移法,运用误差传递函数,对隧道结构进行不确定性分析,得出隧道结构在地震作用下最不利内力的统计特征。文中以金州隧道Ⅱ类围岩浅埋段为例,运用提出的方法分别求解了小震、中震及大震作用下隧道结构最不利位置处的内力统计特征。     

双向地震作用下浅埋软土电力隧道的动力响应

为了研究浅埋软土地下电力隧道结构在双向地震作用下的行为反应,采用大型岩土软件FLAC3D对浅埋软土地下电力隧道进行了数值模拟。建立了双向地震作用下软土电力电缆隧道的三维计算模型,考虑地下水位为地表以下1 m,计算了在水平和竖直地震荷载作用下,埋地电力隧道的动力响应,并对典型截面的典型点的速度、加速度、位移进行了监测。计算结果表明,在上海人工地震波作用下,电力隧道结构水平残余位移62.7 mm,竖向残余位移7 mm,隧道结构产生的永久变形为63 mm,隧道结构顶部和底部之间的水平相对位移52.1 mm,竖向相对位移几乎为0。地表水平残余变形16.4 mm,竖向残余变形7 mm。结构剪应力大小随着动荷载的增大而增大,而主应力随动荷载的输入而减小。数值分析结果表明,在软土地基下电力隧道产生剪切破坏的可能性较大,拉伸破坏和共振的概率较小。     

双向地震作用下浅埋砂土电力隧道动力响应分析

为了研究浅埋砂土地下电力隧道结构在双向地震作用下的行为反应,采用大型岩土软件FLAC3D对浅埋砂土地下电力隧道进行数值模拟。建立了双向地震作用下砂土电力电缆隧道的三维计算模型,地下水位为1m。计算了在水平和竖直地震荷载作用下,埋地电力隧道的动力响应,并对典型截面的典型点的加速度、位移、应力进行监测。计算结果表明,在上海人工地震波作用下,电力隧道结构水平残余位移10．9mm,竖向残余位移4．3mm,隧道结构产生的永久变形为11．7mm,隧道结构顶部和底部之间的水平相对位移3．6mm,竖向相对位移为4．3mm。地表水平残余变形几乎为0,竖向残余变形0．18mm。结构自振频率45Hz。隧道结构剪应力、主应力大小随着动荷载的输入应力幅变化很小,在1％左右;第一主应力和第三主应力的最大值在隧道侧壁C点。数值分析结果表明,在砂土地基下隧道产生剪切、拉伸破坏以及发生共振的可能性较小,侧壁是竖向抗震的薄弱环节。     

不同埋深矩形隧道地震响应的离心振动台试验

开展砂质粉土层中矩形截面隧道的动力离心模型试验研究,共进行3组试验,包括土体自由场试验、浅埋隧道试验以及深埋隧道试验,得到土体和隧道结构的地震反应规律,包括不同深度的土体地震反应加速度、土体水平地震反应位移、地表沉降以及隧道横截面方向的动应变。对比几组试验结果,研究隧道的存在对场地地震反应的影响,并探讨不同埋深隧道地震响应的差别。研究结果表明：隧道的4个角点位置地震变形最大,隧道的存在改变了场地的动力特性,深埋隧道的地震响应大于浅埋隧道。     

逐级加载下浅埋软岩隧道动力破坏振动台试验

浅埋隧道围岩的质量普遍较低,整体稳定性差,隧道震害表明强震作用下浅埋隧道极易发生震动破坏。通过开展V级围岩条件下浅埋隧道在小震下的震动响应和逐级加载下的震动垮塌振动台试验,研究了小震作用下围岩加速度沿地层的分布、衬砌结构的内力变化和围岩内部的水平位移变化规律,强震作用下衬砌结构裂缝开展和围岩震动垮塌。结果表明:围岩加速度随距地表距离的减小而增加,地表加速度约为拱顶处加速度的1.63倍,相同高度平面内靠近隧道的围岩振动具有一定的加强;隧道拱顶围岩内部的水平位移大约是拱腰围岩内部的1.23倍,围岩内部位移随着远离隧道而逐渐减小,随着震动烈度的增加而不断增加;隧道拱顶上方垮塌区形状近似漏斗,震动引起隧道衬砌结构拱脚处的轴力和弯矩变化最大,且拱肩和拱脚处裂缝分布最多,应加强拱肩和拱脚处结构的抗震性能。     

水下公路隧道结构地震响应分析

为了研究水下公路隧道在水平地震动和竖直地震动作用下结构的安全可靠性,采用快速拉格朗日时域有限差分法进行时程分析,并利用大型岩土软件FLAC3D对某浅埋软土地基水下公路隧道进行数值模拟计算。结果表明:双向地震荷载作用下,隧道结构水平残余位移为15.0mm,竖直残余位移为31.0mm,隧道结构顶板和底板之间的水平相对位移、竖直相对位移较小;隧道结构整体应力、内力变化较小,应力幅度最大波动5%;结构自振频率为约0.65Hz。总体上,隧道结构产生剪切、拉伸破坏和共振的概率较小,隧道结构抗震性能较好,结构安全可靠。这些认识可为同类隧道的设计提供参考。     

浅埋大跨隧道地震响应特性静-动力分析

以一个浅埋暗挖地铁车站为背景,应用地下结构静-动力分析方法,首先采用有限元荷载释放法模拟该地铁车站施工过程,然后采用动力有限元分析了该地下结构在地震荷载作用下的动力响应。分析结果表明,浅埋地铁车站采用先拱后墙法施工时,上台阶左侧(即先开挖一侧)大拱脚处的初衬区域应力较大;在地震荷载作用下,浅埋地铁车站结构内轮廓位移、速度和加速度动力响应峰值最大值出现在直墙顶端或附近区域,第一主应力峰值最大值与第三主应力峰值最小值分别出现在拱腰区域与右直墙底部。地铁车站结构静力和动力分析中高应力区出现在不同部位,其抗震设计中应分别对这些部位进行加强。     

软土浅埋明挖隧道横向地震响应分析

以软土浅埋明挖隧道为研究对象,分别采用反应位移法和动力时程分析法,对隧道结构的抗震性能进行对比分析,探讨了反应位移法用于浅埋矩形隧道结构地震响应的适用性,对工程实践具有一定的参考意义。     

埋深和围岩对双连拱隧道地震动力响应影响研究

采用数值模拟技术,结合某高烈度地震区双连拱隧道抗减震技术研究,通过分析埋深及围岩参数的变化对双连拱隧道地震动力响应的影响进行了数值模拟研究,分析总结了相应参数变化对双连拱隧道地震动力响应的影响规律,同时对地震动力作用下双连拱隧道断面位移和内力的变化规律进行分析研究,找出了地震动力作用下双连拱隧道的变形和受力薄弱部位.     

软土典型地铁车站中柱减隔震优化设计

阪神地震中,地铁车站的中柱破坏尤为严重,不少学者的研究也表明,地铁车站在地震作用下,中柱的地震响应较为强烈。在以往相关研究的基础上,尝试在地铁车站中柱的柱端设置不同的支座,并通过有限元模拟研究结构在地震作用下的响应。结果表明,车站结构的位移响应与原结构相比相差不大,未设置支座中柱的内力有一定程度增大,但对于设置支座的中柱内力,尤其是剪力和弯矩相比原结构大幅度减小。     

浅埋地下结构中柱动力响应研究

阪神地震中地铁车站遭受了严重破坏。破坏基本都是由于中柱坍塌引起的,这表明中柱是浅埋地下结构抗震的薄弱环节。运用有限差分软件FLAC对地下结构中柱的内力进行静、动力分析,并对北京地区典型的地铁车站结构缩尺模型在地震作用下的中柱动力响应进行振动台试验验证,揭示中柱受地震力破坏的机理,为地下结构抗震设计提供依据。     

地铁车站水平地震作用下二维时程分析

在地铁车站的结构设计中,对地震工况下车站结构的计算方法及地震反应研究较少。本文根据土-地下结构动力相互作用的整体分析基本理论,建立了二维有限元模型;选取结构控制节点或截面的位移、内力等作为关键变量,得出各变量在地震作用下载结构上的分布情况、结构可能出现的危险结点或截面。最后建立了结构在不同埋深下的分析模型,得出了位移、内力等变量随着埋深的变化规律,为地铁车站结构的抗震设计提供一定的参考依据。     

某浅埋偏压隧道开挖顺序的数值模拟研究

以宜巴高速公路青龙隧道为研究对象,利用有限元对浅埋偏压的隧道进口段采用左右两洞不同施工顺序时的力学响应进行了数值模拟,分析了围岩的位移、应力以及初期支护结构中的内力分布,通过对比研究,确定了先施作埋深较深的洞,再施作浅埋洞作为该隧道的最优施工方案,对类似的其他浅埋偏压隧道的施工具有一定的借鉴意义。     

基于ANSYS的某山岭隧道地震响应数值分析

基于ANSYS计算平台,采用粘弹性边界模拟地基无限域的辐射阻尼效应,将地震波转换为人工边界上的等效节点力荷载,以在建成兰铁路某隧道浅埋段为研究对象,建立了三维数值计算模型,研究了二次衬砌结构的地震响应规律。结果表明:地震作用下,衬砌结构的纵向内力峰值与环向内力峰值相比较小,衬砌横断面受力特征更为显著;衬砌结构内力峰值呈对称分布,拱肩和拱脚为抗震的薄弱部位。研究结果可为山岭隧道抗震设计提供参考。     

反应位移法在地铁隧道抗震分析中的应用

高烈度地区进行地铁建设活动,隧道的抗震性能研究是必要的工作。反应位移法是《城市轨道交通结构抗震设计规范》的推荐方法。拟通过具体算例分析,探讨目前反应位移法在实际应用中需关注的问题。计算分析表明:地震作用等级、场地类别、覆盖层厚度等因素导致地震响应差别显著;土层位移对结构内力贡献最大,结构周围剪力次之,惯性力影响最小;高烈度地区,准永久组合计算结果不满足地铁隧道截面抗震验算要求。     

强震作用下软土地区中庭式地铁车站的响应分析

震害案例中强震作用会导致软土地下结构的倒塌破坏。中庭式地下建筑其结构水平向不连续,有待分析其在强震下的地震响应。采用有限元方法进行中庭式地铁车站结构的强震作用动力时程分析,设定车站位于上海典型软土地区,其结构同时具有标准两层三跨式箱型结构和大开口中庭式结构,分析对比设防烈度地震作用和强震作用下结构标准段和中庭段部位的地震响应特征。所得数据表明,设防烈度地震和强震作用下,结构的位移响应和内力响应特征一致,但强震作用下中柱柱端、中庭段横梁梁端、以及板墙相接处易进入塑性变形状态,是地铁车站结构抗震能力的薄弱部位。     

上覆土竖向惯性力对浅埋地下框架结构地震损伤#br# 反应影响离心机振动台模型试验研究

已有研究表明不同轴压比下中柱侧向变形能力是影响浅埋框架地铁车站结构抗震性能的关键因素。为了研究由竖向地震作用引起的柱轴压比增高对浅埋地下框架结构的地震损伤反应的影响,采取在结构上覆土中掺入钢砂的方式体现上覆土的竖向惯性力作用,开展地下结构地震破坏离心机振动台模型试验研究。试验结果表明：结构上覆土体掺钢砂的方式对土-结构体系的动力特性、地震作用下地下结构顶、底板水平相对位移反应影响不大;增加上覆土竖向惯性力较大地改变了围岩土体与地下结构的接触压力分布形式,进而改变结构各构件的内力状态,使得框架结构中的关键竖向承力柱的轴压比升高;增加上覆土竖向惯性力导致地下结构框架受力及中柱轴压比增高的后果使得地下框架结构更易发生地震破坏。     

地铁隧道的动力反应分析

以天津地铁1号、2号线为实例,利用有限元数值方法,对地震荷载作用下隧道结构的二维弹塑性动力响应进行模拟,通过地震作用对隧道所产生的应力值、位移值等得出地铁隧道受地震力作用时的危险点,为今后的隧道设计提供依据。     

浅埋偏压小净距黄土隧道初支拱架选型

黄土隧道设计中初期支护拱架的选型问题是目前争论的焦点问题之一.以格栅和型钢两种类型的支护结构为研究对象,采用数值模拟的方式,重点分析了浅埋偏压小净距黄土隧道洞周特征点土体位移,并结合两种支护结构下围岩塑性区大小和支护结构内力,得出格栅支护时的特征点土体位移略大于型钢支护,实测值也证实了该结论的可靠性;而支护结构内力则相反,且两种支护结构下的围岩塑性区相差不大,因此建议在浅埋偏压小净距黄土隧道初期支护设计中宜采用格栅支护措施.     

浅埋偏压洞口段隧道地震响应振动台模型试验研究

 首先对试验装置、模型相似比、相似材料、试验模型箱和测试技术等进行介绍,然后通过围岩与隧道结构的加速度响应、地层变形及内力分布规律等对振动台模型试验及数值计算结果进行分析和比较。分析结果表明：振动台模型试验和数值模拟结果有较好的吻合性;加速度随着高程的增加有明显的放大效应,偏压隧道地表临空坡面导致放大效应明显增加;地层随高程产生呈抛物线分布的相对位移值,相对位移值大小与围岩类型有关;隧道结构对地层有明显的追随性和依赖性;隧道衬砌横截面共轭45°方向为较大内力值分布部位,无偏压隧道结构横截面内力呈反对称分布,偏压隧道有较不利的内力值分布与较大峰值等。以上成果对于合理认识浅埋偏压隧道的地震响应特征具有重要意义,并对隧道实际工程设计和施工的抗震设防提供宝贵的基础资料。