地震动和断层错动联合作用下隧道纵向响应解析解

隧道穿越地震活动断层带时可能遭受严重破坏,以内马铁路一期三标段工程为依托,对地震动和断层错动联合作用下隧道结构纵向响应进行研究。针对穿越断层破碎带的隧道结构,基于地下结构抗震拟静力法,将其简化为弹性地基梁,并将地震动和断层错动位移简化为作用在隧道上的静荷载,建立地震动和断层错动联合作用下隧道纵向响应理论模型并进行求解,利用有限元数值模拟方法验证解析解的正确性。通过解析解进行参数敏感性分析,揭示断层错动位移、两侧围岩地基系数与断层破碎带地基系数比及围岩与隧道结构刚度比对隧道结构纵向响应的影响规律。研究结果表明,断层错动位移增加使隧道结构截面弯矩、剪力峰值接近线性增加,隧道内力沿隧道纵向分布的影响范围不变,且断层破碎带界面出现了截面剪力突变;两侧围岩地基系数与断层破碎带地基系数比对隧道结构截面剪力的影响较大,在地震动和断层错动联合作用下隧道结构剪力在断层破碎带界面急剧减小;随着围岩与隧道结构刚度比的减小,地震动引起的隧道挠度减小,断层错动作用引起的隧道挠度变化范围增大,同时隧道结构内力响应明显增大。     

几何参数对隧道地震反应影响的二维数值分析

隧道结构地震破坏的原因众多,几何因素的影响不可忽视。基于有限差分方法,构建一系列数值计算模型,比较了不同埋深、直径、衬砌厚度和径厚比时隧道结构的地震响应特性,并采用相对变形比和内力放大系数定量分析了隧道的变形、内力分布和内力峰值与几何参数间的关系。计算结果表明:内力放大系数随着埋深的增加而减小,埋深大于20m,输入地震动幅值小于0.2g时,隧道拱顶底间相对位移峰值和相同位置处自由场相对位移峰值接近;衬砌厚度对动弯矩的影响较动轴力显著,增加衬砌厚度会显著的增大隧道的动弯矩峰值,但弯矩放大系数随着衬砌厚度的增加而减小;隧道的动内力峰值随着直径的增加而增大,而轴力放大系数则随着直径的增加而减小;径厚比显著影响衬砌结构的内力分布,当径厚比大于10时,隧道结构发生显著的内力偏转。     

单圆盾构隧道抗震计算的惯性力法

将单圆盾构隧道衬砌结构在地震作用下的动力响应问题,简化为由作用于盾构隧道管片形心的等代地震惯性力与地层抗力组成的受力体系,并据此以计算结构在地震作用下的内力.结果表明,该方法能准确反映单圆盾构隧道在地震作用下的内力最大值,并且简单、实用.     

地震对地下硐室围岩动压力的影响

地下硐室围岩压力在地震荷载作用下的表现是岩土地震工程领域当前的热点问题之一。本文简述了目前我国隧道工程抗震规范关于地下硐室围岩动压力的确定方法,以四川黄草坪隧道的资料为例,利用有限差分法分析在不同峰值加速度的水平地震动输入下,硐室围岩压力对地震输入的响应,并与围岩静压力进行了对比分析。结果表明:随着输入地震动加速度峰值的增加,地下硐室围岩最大主应力峰值的增大;围岩最大主应力的地震反应峰值与输入地震动的加速度峰值有一定的关联;在加速度峰值小于0.2 g的地震动作用下,硐室围岩的最大主应力峰值变化较小,硐室结构一般不会发生破坏;地震作用时,硐室的斜上和斜下侧壁是整个结构的薄弱部位;衬砌结构对于地下硐室围岩最大主应力地震反应峰值的控制和硐室结构抗震性能的增强有极为重要的作用。     

基于可靠度理论的水库诱发地震分析

分析了水库诱发地震的影响因素,详细阐述了库水在诱发地震中起到的作用;将诱发水库地震的因素——断层面的产状、摩擦系数、凝聚力、应力状态、孔隙水压力视为随机变量,基于断层面的库仑应力,建立断层发震的功能函数,并应用可靠度理论,分析各主要因素对发震概率的影响。经一特定实例分析表明:1)随着断层面孔隙水压力的增加,断层发震概率大幅度增加;在孔隙水压力均值相等的条件下,随着发震部位孔隙水变异性的增加,发震概率明显增加;2)走向与水平向大主应力方向一致的断层和倾角60°的陡倾角断层更容易诱发地震;3)水平向小主应力对诱发地震的影响较大主应力大得多,水平向小主应力越大,断层越稳定,诱发地震的概率越小;4)随着断层面的摩擦系数和凝聚力的增加,断层的发震概率逐渐减小,但断层面摩擦系数对诱发地震的影响较断层面的凝聚力大得多。     

山岭隧道洞口段地震响应振动台模型试验研究

通过对已有震害的调查发现,洞口段为山岭隧道抗震的薄弱环节,容易发生边坡失稳及衬砌结构的损坏。对隧道洞口段进行了大型振动台模型试验研究。研究结果表明:由于洞口仰坡临空面的存在,在距离洞口一定范围内会出现加速度的"放大效应",这种"放大效应"会导致衬砌间的非一致振动;应变结果显示:衬砌结构主要以横向受力为主,地震附加应力主要集中在拱肩和拱脚,这些部位为衬砌结构抗震的薄弱环节,试验中距洞口一定距离处的衬砌结构最先破坏,故洞口加速度的"放大效应"并不代表衬砌结构地震反应内力的放大,洞口处衬砌结构惯性力不是结构地震反应附加内力的主导部分;洞口仰坡的坡面位移随着高程的增大呈抛物线形增长,衬砌结构整体变形为椭圆形,变形较大的位置为拱肩和拱脚;随着地震波的逐级加载,洞口仰坡发生推动式滑坡,从而引起衬砌结构的破坏,施工缝的存在消耗围岩变形对衬砌结构产生的附加内力,有助于衬砌结构抗震。试验研究结论可供软弱围岩下山岭隧道洞口段的抗震设计参考。     

水域隧道地震响应分析

本文基于Biot动力固结理论和弹性动力学理论,考虑海床（土壤）的两相性、黏弹性人工边界及流（水）-固耦合作用,建立了隧道-土-流体相互作用的力学模型,讨论了P波作用下有无水的情况以及水深、水域隧道埋深、海床土性质和地震波入射角等因素对隧道及其周围海床应力的影响。结果表明:隧道周围海床土的孔隙水压力和隧道内应力随着水深的增加而增加;地震波特性和海床土特性对隧道的内应力和海床土的孔隙水压力均有较大的影响;海床土的渗透性和隧道埋深对隧道的内应力影响较小,而对隧道周围海床土的孔隙水压力影响较大;地震动的入射角对隧道的内应力和隧道附近土层的孔隙水压力均有较大影响。      

层状围岩隧道交叉结构地震方向敏感性分析

依托某层状围岩深埋铁路隧道工程,以主线单线隧道与横通道正交结构为研究对象,通过ABAQUS建立有限元分析模型.选取12条地震波数据,模拟基岩SV波地震作用,调整地震动峰值加速度和地震动入射方向,对研究结构随地震动输入方向的敏感性进行分析.研究分析得到:二次衬砌在地震入射角度为30°～45°时对地震动方向变化敏感性较低,...     

山岭隧道洞口段设置减震层的振动台模型试验研究

为了解减震层在地震过程中对隧道衬砌及围岩仰坡动力响应的影响,针对山岭隧道洞口段开展振动台物理模型试验研究,模型试验按有无减震层分为两组工况。试验结果表明:减震层的存在可以有效减弱洞口段衬砌加速度与位移的放大效应,减弱围岩振动向衬砌的传递;衬砌的应变反应在设置减震层后明显减小,特别是应变反应较大的两侧拱肩和拱脚位置,减震层的设置使衬砌的动应变接近均匀,随着地震次数的增加,减震层并不会失效,减震效率反而会有所增强;而减震层的设置不能改变围岩的加速度反应,坡面随高程的放大效应依然明显,较易发生局部的滑塌破坏,特别是高位滑塌,但坡面均为浅层破坏,不会对衬砌产生附加荷载作用,但需要注意的是滑塌的围岩会掩埋洞口,将严重影响隧道的正常使用。     

波浪荷载作用下海底隧道-孔隙海床的动力分析

孔隙海床在波浪荷载作用下其有效应力减小、孔隙水压力增加,这将影响孔隙海床中隧道的稳定性,因此,研究在波浪荷载作用下孔隙海床与隧道的动力响应具有重要的工程意义。本文基于Biot的动力固结理论和弹性动力学理论建立波浪荷载作用下孔隙海床与海底隧道的动力分析模型,并同时考虑海底隧道与海床之间的接触效应、边界效应等对海底隧道内力的影响。最后通过变换海床的变形模量、渗透系数和海底隧道的半径、埋深等,观察其对海床土孔隙水压力和海底隧道内力的影响,为海底隧道的设计提供依据。     

A Monte Carlo study of rainfall forecasting with a stochastic model

A procedure for short-term rainfall forecasting in real-time is developed and a study of the role of sampling on forecast ability is conducted. Ground level rainfall fields are forecasted using a stochastic space-time rainfall model in state-space form. Updating of the rainfall field in real-time is accomplished using a distributed parameter Kalman filter to optimally combine measurement information and forecast model estimates. The influence of sampling density on forecast accuracy is evaluated using a series of a simulated rainfall events generated with the same stochastic rainfall model. Sampling was conducted at five different network spatial densities. The results quantify the influence of sampling network density on real-time rainfall field forecasting. Statistical analyses of the rainfall field residuals illustrate improvement in one hour lead time forecasts at higher measurement densities.     

Information for authors

正SCIENCE CHINA Earth Sciences,an academic journal cosponsored by the Chinese Academy of Sciences and the National Natural Science Foundation of China,and published by Science China Press and Springer,is committed to publishing high-quality,original results in both basic and applied research.     

INTERNATIONAL RESEARCH AND TRAINING CENTER ON EROSION AND SEDIMENTATION(IRTCES)

正Director:Shangfu Kuang,China Vice-directors:Chunhong Hu,China Duihu Ning,China Guangquan Liu,China The International Research and Training Center on Erosion and Sedimentation(IRTCES)was jointly set up by the Government of China and UNESCO on July 21,1984.It aims at the promotion of international exchange of knowledge and cooperation in the studies of erosion and     

Calendar of events

正~~     

Dynamic process-response model of river channel development

Feedback mechanisms, which operate upstream through drawdown and backwater effects and downstream through sediment discharge are responsible for channel evolution. By combining these mechanisms with channel processes it euables a dynamic process-response model to be developed to simulate the initial evolution of straight gravel-bed channels. When erosion commences on a land surface, sediment entrained in the headwater reach by hydraulic action is selectively transported, deposited and reworked. This produces a damped oscillation between degradation and aggradation as the channel and valley respond to spatial and temporal variations in sediment calibre and hydraulic conditions. The initial cut and fill phases are responsible for valley incision and floodplain development while secondary and subsequent activity can produce river terraces. Eventually sediment entrainment in the headwaters declines as slopes are reduced. Subsequent channel evolution is relatively insignificant because it is dependent on local weathering activity producing material that can be transported on declining slopes. Therefore landforms produced during the initial phase of development, when local weathering was non-limiting, dominate the landscape.