SV波斜入射对岩体隧道洞身段地震响应影响研究

基于显式有限元方法并结合黏弹性人工边界条件,推导了SV波斜入射时人工边界面上等效节点力的计算公式,并基于通用有限元软件实现了SV波的倾斜输入。采用简单算例验证了SV波斜入射输入方法的准确性。分别考虑了SV波在隧道横断面和纵断面内斜入射工况,研究了SV波斜入射条件下岩体隧道洞身段地震响应规律。计算结果表明：SV波斜入射时的隧道地震响应规律与垂直入射时具有较大的差异;SV波在不同断面内斜入射时隧道的地震响应结果也具有较大差别。     

地震荷载作用下海底管线的动力反应分析

 地震荷载作用下海床中的孔隙水压力与有效应力是影响海底管线稳定性的主要因素。然而在目前的海床动力响应分析中一般将管线假定为刚性,并不能合理地考虑海床与管线的相互作用效应,同时也没有考虑地震荷载作用下海床边界的等效处理。为此,基于Biot动力固结理论建立海床–管线相互作用的计算模型,以大型有限元软件ADINA为平台对El Centro地震波作用下的海底管线的动力响应以及管线周围土体的孔隙水压力变化规律进行分析,讨论不同的管线半径、管线壁厚和土性参数对计算结果的影响。在数值计算过程中引入黏弹性人工边界,有效地模拟散射波由有限域到无限域的传播,较为实际地反映在地震波作用下海底管线的动力响应问题。     

复杂环境条件下交叉隧道地震动力响应分析

在对地下结构动力响应现状分析的基础上,运用有限单元法和Newmark直接积分法,研究了不同峰值加速度条件下立体交叉隧道群的位移分布与变化规律,并对其动力响应规律进行了分析与比较.结果表明,随着地震波的增强,立体交叉隧道的变形依次经历弹性阶段、塑性阶段、失稳破坏三个阶段;隧道变形主要由竖向位移引起,在实际工程中,可以将竖向位移作为隧道安全的一个控制因素.同时,通过实例验证了隧道设计的合理性.     

地铁隧道穿越岩溶区的综合治理

根据某地铁隧道穿越岩溶区的地质条件,针对施工可能存在的难点、重点,采用多种工法对岩溶区域进行了综合治理,取得了良好的经济效益及社会效益,保证了地铁隧道施工的顺利进行。     

隧道不同减震层的地震动力响应与减震效果分析

隧道设置减震层是一种有效的减小衬砌动力响应的方法,但由于受到设置模式、设计参数及施工条件等诸多因素的制约,其应用较少。针对不同的隧道减震层设置模式,采用计算机地震动力仿真模拟方法,探讨其减震机理与效果。在此基础上,提出一种新型的减震层设置模式,即围岩-初期支护-减震层-二次衬砌模式,就其减震效果、材料选择、厚度设计及其适用范围等进行深入研究。研究结果表明:该减震层设置模式能够明显地减小隧道二次衬砌的地震动力响应,尤其是选择10~20 cm的软质橡胶作为减震层时,二次衬砌的动应力峰值减小非常明显,达50%~80%,且受力状态也得到很好的改善,从而减小或避免了隧道二次衬砌受到严重震害。与常规的围岩-减震层-初期支护-二次衬砌模式相比,施工便捷,成本较低,更适宜于中国隧道工程建设所采用的新奥法施工。     

山岭隧道地震动力响应规律的三维振动台模型试验研究

 以国道318线黄草坪2#隧道为原型,开展大型三维振动台模型试验,重点研究隧道结构的地震动力响应规律及隧道与围岩的相互动力作用。通过对模型试验的关键技术研究,建立一套山岭隧道大型振动台模型试验设计、制作、加载及测试的工艺与方法流程。模型震害分析表明：隧道洞口边坡以开裂和滚落石震害为主,坡面加速度沿高程方向递增且具有一定的放大效应,在坡面原生裂缝和薄弱部位极易出现震害;隧道结构以衬砌开裂和掉块震害为主,初期支护和二次衬砌出现裂缝的部位不同,但钢筋网能够有效地阻止裂缝的发展。模型试验结果表明：隧道结构的加速度响应要大于周边围岩且对周边岩土体的加速度响应有一定的放大效应;对于一般的硬岩质山岭隧道来说,隧道洞口段0～50 m范围的加速度响应较大,为隧道抗减震设防的重点区域;山岭偏压隧道横向不同部位的地震动力响应存在明显差异;当地震波从隧道底部小角度入射时,隧道结构的加速度响应最强烈,对隧道结构的安全性是非常不利的;随着加载地面峰值加速度(PGA)的增大,隧道不同部位的加速度响应增大,但当隧道结构进入非线性破坏状态后,PGA呈减小趋势,地震能量逐渐被耗散。     

纤维混凝土隧道衬砌地震动力响应特性的振动台试验研究

 为研究纤维混凝土隧道衬砌在地震动力作用下的动响应特性,对普通混凝土隧道衬砌与纤维混凝土隧道衬砌开展大型振动台模型试验,分析隧道衬砌的震害特征、地震动应变、结构内力和应变基线响应规律。试验结果表明：水平地震荷载及地层压力共同作用下,2种隧道衬砌均为仰拱最先开裂,其次为拱腰开裂,衬砌结构破坏模式主要为开裂、掉块和裂缝两侧挤压破坏;素混凝土隧道衬砌出现开裂破坏早,裂缝易贯通,裂缝两侧混凝土基体在振动过程中相对位移大;纤维混凝土隧道衬砌出现开裂破坏晚,裂缝两侧混凝土基体在振动过程中相对位移小,裂缝呈挤压破坏状;纤维延缓衬砌结构裂缝的产生和阻碍裂缝的扩展;地震波加速度峰值从0.1 g增大到1.0 g时,素混凝土隧道衬砌动应变极值和裂缝宽度显著增大,而纤维混凝土隧道衬砌动应变极值和裂缝宽度先在一定范围内缓慢增长然后迅速增大,但最终2种衬砌动应变极值和裂缝宽度大致相等,说明纤维混凝土隧道衬砌在一定地震荷载范围内可以有效避免开裂和减小裂缝宽度;纤维混凝土隧道衬砌压缩变形率较小,当输入地震波加速度峰值为0.1 g和0.4 g时,纤维混凝土隧道衬砌结构动弯矩极值较低,受力更均衡,能有效地抵御地震荷载。     

地震作用下大型地铁车站结构三维动力反应分析

引入三维等效黏弹性边界单元,阐述波动散射问题的自由波场输入方法,推广应用于三维水平成层半空间模型,采用集中有限元质量模型和有限差分的概念将地震动场转化为施加在人工边界节点上的等效荷载。基于某大型地铁车站,利用大型通用有限元ABAQUS软件建立考虑土–结构动力相互作用的三维有限元整体计算模型,通过局部人工边界的施加,实现了开放系统向封闭系统的转换,对土–地铁车站结构动力相互作用的整体三维模型进行模态分析,得到车站以及地基的振型特征。分析地铁车站结构在SV波及P波地震波作用下的反应,得到相应的内力分布规律和结构不利位置。从分析结果可以看出,地震波横向SV波输入时对车站结构最不利,结构刚度突变位置的构件内力也存在突变,而P波对结构的轴力影响较大。     

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...     

高速铁路无砟轨道路基动力特性数值模拟和试验研究

高速铁路无砟轨道改变了传统有砟轨道的结构形式,导致列车荷载在基床结构中的分布及传递特性发生变化,研究列车动荷载作用下轨道/路基系统动力相互作用问题已经成为高速铁路路基结构设计中考虑的主要问题.将三维一致黏弹性人工边界单元引入ABAQUS有限元软件,建立以连续轴重荷载组成列车荷载、采用一致黏弹性人工边界单元作为边界的三维无砟轨道/路基有限元模型,选取国家轨道试验中心的无砟轨道结构参数计算得到路基动应力,并与动车组CRH2运行的实测数据进行对比.结果表明两者具有较好的一致性,从而验证了该人工边界单元在无砟轨道高速铁路路基动力响应分析方面的有效性.该边界的成功应用为缩小计算模型、缩短计算时间和提高计算精度提供了解决方案,使得高速铁路路基动力响应的实现变得简单和方便,在个人电脑上即可方便地进行三维计算分析.     

地震作用下重力锚锚碇边坡的动力稳定性分析

重力锚锚碇基坑开挖形成的高陡边坡稳定性评价是桥梁安全施工与运营的关键问题。以云南大永高速公路涛源金沙江大桥重力锚锚碇边坡为研究对象,结合现场调查与地质钻孔资料,通过有限元方法、极限平衡理论与Newmark法分析,评价了分级开挖与地震作用下锚碇基坑边坡的稳定性,研究表明,分级开挖过程中边坡潜在滑动面由坡体后部逐渐前移,地震作用下永久位移分为线性增长区、加速发展区与破坏失稳区,锚碇边坡在Ⅷ—Ⅸ度地震下极易失稳;预应力锚索与锚杆加固能大大提高边坡的抗震性能,研究成果可为同类工程所借鉴。     

不同类型地震波作用下超高层结构动力响应分析

目前,由于长周期地震动的缺乏,国内外对于长周期地震动特性及在长周期地震动作用下的超高层结构地震响应的研究尚不成熟。该文选取长周期地震动Tom波、地表反应波LS-R波、普通地震动El Centro波作为输入,对在不同类型地震波作用下的超高层结构进行了模型振动台试验,并对试验结果进行了分析。通过对三条不同类型地震波作用下超高层结构的动力响应分析,以时频分析的角度分析了超高层结构地震反应与输入地震动特性之间的关系及超高层结构在长周期地震动作用下与普通地震动作用下的地震反应差异等。     

海底隧道地震反应特性有限元分析

基于Airy微小振幅波动理论,利用ABAQUS有限元软件建立海水-围岩土体-隧道结构体系有限元模型,对静、动水压条件下不同埋深海底隧道地震反应特性进行了比较。结果表明:基岩输入南京人工波时,动水压力作用下隧道结构的水平加速度及相对水平位移分别比静水压力作用下相应值大1.16~1.19倍和1.81~2.17倍;随着隧道埋深增加,隧道结构的应力、水平位移逐渐减小,动水压力影响系数KD也呈减小趋势,表明当埋深达到一定数值,静、动水压对隧道结构地震反应的影响将趋于一致;隧道拱肩和拱腰处的应力反应明显大于其他部位,拱肩和拱腰处为隧道结构的最危险部位。     

双向锚固岩石边坡抗滑稳定性拟静力分析

锚索加固是岩石边坡常用的支护措施,研究极端条件下加锚岩石边坡的稳定性,提出稳定性分析方法和控制手段是工程界迫切解决的问题。本文基于极限平衡理论,综合考虑冻胀力、水力条件、坡顶超载、地震荷载和多向锚固效应对岩石边坡的影响,建立了极端条件下双向锚固岩质边坡抗滑稳定分析计算模型,并重点分析了几种相关参数组合对岩石边坡抗滑稳定性的影响。计算结果表明:拉裂缝积水、冻胀力、出流缝被堵塞和超载不利于岩石边坡稳定性,安全系数随冻深、张裂缝积水、坡顶超载的增大而减小;而锚固效应及较小的锚固角则对抗滑有积极作用。工程设计中需合理考虑最不利荷载组合,且冻胀力的影响不容忽视。     

不同场地条件下钢筋混凝土框架结构的地震反应分析

从"5.12"汶川强震记录中挑选出四川省自贡地形台阵8个台站和宝兴县2个台站的加速度记录,进行了不同场地条件下的地震波频谱特性分析,比较了复杂场地地形条件下的地震动差异。以某钢筋混凝土框架结构教学楼为工程背景,利用ANSYS软件建立教学楼结构的有限元模型,进行了结构动力特性分析;在此基础上,以10条不同场地条件下的地震动时程按照规范调幅后作为输入,对这一钢筋混凝土框架结构进行了地震反应分析,探讨了不同场地条件下结构地震反应的差异。结果表明:自贡地形台阵随着测站高程的增加,地震动幅值递增明显;与基岩地震波的频带分布相比较,土层地震波的频带主要集中在较低频段,土层的高频滤波效应明显;场地条件对结构地震反应的影响较为明显,高程最大的地震波作用下结构的最大剪力响应增大明显。     

Effect of Depth on the Seismic Response of Square Tunnels

Response of tunnels to earthquake induced loads is a complex dynamic soil-structure interaction problem. While there seems to be a general consensus that tunnels in rock perform adequately during earthquake events, the seismic performance of shallow tunnels in soils is less certain. More experimental and field data is needed to better understand the dynamic tunnel-soil interaction. In this paper, the behaviour of relatively shallow tunnels of square cross-section located in a sand deposit is investigated using dynamic centrifuge modelling and complimentary Finite Element analysis. Emphasis is given on the effect of tunnel axis depth on the seismic response of square tunnels. Dynamic centrifuge tests were carried out on model tunnels at different depths of embedment. Accelerations around the tunnel and earth pressures on the linings were measured. Tunnel deformations were also recorded using a fast digital camera. Particle Image Velocimetry (PIV) analyses were conducted to measure soil and lining deformations. Results show that for the cases investigated, the depth of the tunnel does not effect the deformation pattern of the tunnel significantly during an earthquake event; however it affects the amount of amplification of accelerations through the tunnel, the magnitude of dynamic earth pressures and the magnitude of the lining forces.     

相对刚度对圆形隧道结构地震反应影响规律的研究

隧道结构与周围地层的相对刚度是两者之间相互作用的根本,本文针对圆形隧道,采用动力有限元方法分别讨论了土质条件(剪切波速)、衬砌厚度、衬砌直径等参数对结构地震反应的影响规律。然后引入柔度比的概念来综合考虑上述因素的影响。计算结果显示:柔度比越大,隧道结构的地震内力反应越小,并且对计算结果进行拟合得到衬砌内力与柔度比的函数关系,可以作为隧道结构抗震分析、设计的参考。     

铰链式护坡及其地震反应特性分析

考虑土与结构动力相互作用的影响,建立了铰链式护坡的非线性动力相互作用的有限元分析模型,对其进行了地震反应数值模拟,分析了在不同地震动作用下的应力、加速度和相对水平位移反应特性,结果表明：在相同强度和频谱的地震动作用下,护坡中上部和底部的最大动应力幅值较大,护坡顶部和底部的加速度和水平位移较大;在相同强度和不同频谱的地震动作用下,在Loma Prieta波作用下护坡的动力反应比Kobe波作用下护坡的动力反应大。从护坡的地震反应特性考虑,护坡顶部和底部是地震动作用下的薄弱区域,在抗震设计中应引起重视。另外,对于护坡的中上部也应引起相应的重视。     

基于TSP地震波法的长大隧道不良地质探测

应用TSP203地震波法对某长大隧道不良地质区段进行了超前探测,对TSP系统所采集到的数据进行分析,判定了断层破碎带和隐伏含水构造发育的规模与位置,并在TSP报告指导下进行超前钻探,进一步精确确定不良地质区段位置,为超前预注浆加固提供了参数。对开挖后的地质情况进行了跟进观测,验证了TSP地震波法对不良地质探测的准确性与有效性,对类似工程有一定的指导意义。     

地震荷载作用下绵茂公路高边坡动力响应及稳定性

结合在建的四川绵茂公路高边坡,采用有限元—无限元耦合动力分析法,以512汶川波为地震荷载输入,研究了由不同岩土体材料组成的公路高边坡在地震荷载作用下的动应力、动位移及加速度响应特征,同时利用强度折减法分析了边坡在极限稳定状态下应力及应变分布状况,确定了边坡在地震力作用下的潜在不稳定区域.为绵茂公路及类似工程的边坡的治理措施提供参考.