隧道结构地震反应分析研究现状

简要介绍了隧道结构的震害现象,总结了隧道结构的震害机理、震害的影响因素、地震反应计算方法中的反应位移法和隧道结构振动台试验等4个方面的研究进展。在对当前研究成果评述的基础上指出了当前研究中的一些问题,并对隧道结构抗震研究的重点问题进行了总结归纳,包括地震动输入的确定、结构抗震计算方法、特殊地质环境下隧道的动力特性、隧道结构地震破坏的准则与评价指标、隧道结构抗震反应分析模型、振动台试验的可靠性等。这些工作可以为从事这一领域研究和设计工作的有关人员提供一定的参考。     

上软下硬场地中大直径盾构隧道地震响应分析

依托于某大直径盾构隧道工程项目，建立了基于黏弹性边界的地层-结构时程分析有限元模型。首先，基于振动台试验结果，验证了有限元数值模拟方法的有效性；进而，从软硬土层剪切波速比、软硬土层与隧道的相对位置、隧道埋深等三个方面，系统开展了上软下硬场地对大直径盾构隧道地震响应的影响研究。研究表明：上软下硬场地中的大直径盾构隧道弯矩最大值始终出现在软硬土层分界线附近。随着软硬土层剪切波速差异的增大，隧道的弯矩、剪力和接头张开量都有明显的增大，而隧道轴力和直径变形率的增大幅度较小。软硬土层与隧道的相对位置对隧道内力的影响具有不确定性。随着隧道埋深的增大，隧道弯矩、轴力和直径变形率逐渐增大。     

南山隧道水文地质特征与隧道涌水量及地下水疏降影响范围预测

本文在隧址区水文地质特征分析的基础上,对南山隧道的涌水机理进行了分析,同时利用现场抽水试验对水文地质参数进行了测试。在此基础上利用地下水迳流模数法和地下水动力学法计算隧道的涌水量,并对地下水疏降影响范围进行了预测,较好的解决了隧道水害防治等问题。     

TSP\|203在大支坪隧道超前预报中的应用

现代工程等级在不断提高，隧道地质环境越来越复杂，隧道越来越长，隧道地质超前预报在隧道的开挖中的作用更加凸显，如何选择有效的预报措施对隧道开挖中人员、设备的安全和隧道洞室的支护具有重要的意义. TSP203是用地震原理对隧道进行探测的仪器，该系统高度从数据采集、处理实现高度智能化.本次使用此仪器对大支坪隧道横洞掌子面HDK0+064里程处进行预报，结合实际开挖，证实了预报的可行性和准确性.     

小净距隧道扩建爆破动力响应数值模拟方法研究

以国内首次施工的大帽山四车道公路隧道扩建爆破震动控制为研究背景，介绍了爆破数值模拟分析中爆破荷载的计算原理和施加方法。从炸药直接起爆的角度，采用流固耦合多物质单元技术，利用LS-DYNA3D软件建立了扩建隧道爆破荷载作用下邻近运营隧道动力响应的数值计算模型。通过爆腔半径数值模拟结果与经验公式计算结果的比较，得到围岩的合理破坏应变值；对数值模拟计算结果的影响因素进行分析，结果表明材料采用理想弹塑性模型较硬化弹塑性模型的计算结果偏大；由现场实测数据拟合的经验公式验证数值模拟方法的可靠性。可为大断面小净距隧道施工及类似问题的解决提供参考。     

我国隧道地质超前预报技术述评

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界所面临的一大技术难题.本文回顾了我国主要隧道地质超前预报技术（隧道地震预报系统、水平声波剖面法、陆地声纳法、地质雷达法、红外探水法、超前钻探法和超前平导法）的历史,介绍了它们近年来的研究进展;分析了其现状及在几何结构成像、物性结构反演成像和复杂地质体结构探测中存在的不足;指出了当前亟待解决的基础理论研究、正反演研究、多参数综合利用、建立三维可视化的预测预警系统等问题并提出了解决这些问题的基本设想.     

隧道-土-隧道轴向动力相互作用的一个解析解

本文采用波函数展开法给出弹性半空间中隧道-土-隧道轴向动力相互作用的一个解析解,并通过对地表位移残差的收敛性分析对解析解的精度进行了验证。研究了隧道埋深、隧道质量、隧道间距、波入射频率和入射角度等参数对隧道轴向动力响应的影响。研究表明,隧道埋深越小,隧道动力响应越大;隧道质量越大,隧道动力响应越大;隧道间距越小,隧道动力响应越大,但隧道间距的影响并不是单调变化,与波入射频率密切相关,两个隧道情况动力响应幅值可达单隧道情况的2.7倍。当隧道间距较小时,地下隧道的抗震设计需要考虑隧道之间的影响。     

爆炸荷载下浅埋隧道离心模型试验研究

城市基础设施的防爆抗震减灾问题已成为需要高度重视和热点研究问题之一。文中基于清华大学50g-t土工离心机,进行了爆炸荷载下浅埋隧道离心模型试验研究。再现和揭示了近区爆炸荷载作用下隧道结构受荷机理,分析得到了隧道结构的破坏模式,继而确定了防护原则,并初步进行了结构防护试验。     

隧道结构抗火研究进展及趋势

火灾引起的高温对隧道结构有着显著的影响,会导致其不同程度的破坏甚至坍塌。在大量阅读相关中外文献的基础上,通过实例分析了隧道结构在火灾高温中受到的影响,介绍了隧道结构火灾的国内外研究现状,指出了其中存在的一些问题,并对隧道结构抗火研究进行了总结和展望。     

国内外隧道超前预报技术评析与推介

国内外的隧道地质超前预报技术正在发展之中，目前应用的负视速度法，水平剖面法，TSP、TGP等技术，由于观测方式和资料处理方法比较简单，不能准确确定掌子面前方围岩的波速，从而致使地质界面定位不准确，围岩工程类别划分缺乏依据，亟待改进.TRT与TST技术采用空间观测方式和偏移成像方法，技术比较先进，能解决了掌子面前方围岩速度结构可靠分析的问题，实现了隧道围岩地质结构的精确成像，适合复杂地质条件下的地质超前预报应用.目前的超前预报过于依赖地震方法，实际上地震方法对于解决构造问题比较有效，解决含水性问题不如电磁方法，高密度电法和瞬变电磁方法在超前预报领域会有广阔的应用前景.实际预报工作中要取得好的预报结果，必须提倡综合方法，提倡地质分析与工程物探相结合，地震方法与地磁方法相结合，共同解决不良地质构造、含水构造、含瓦斯气构造的超前预报问题.     

汶川特大地震龙溪隧道震害与原因浅析

根据汶川特大地震中,龙溪隧道现场震害调查的第一手资料,针对不同进深的隧道震害进行分类叙述,总结归纳了映秀镇龙溪隧道在汶川特大地震中的震害情况。在此基础之上,使用数值分析的方法,简要分析了龙溪隧道震害的可能原因,结合已有的研究成果,提出地下隧道抗震设计中应注意的一些问题。     

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.     

CSAMT法在高速公路长大深埋隧道勘察中的应用研究

CSAMT法是一套综合了MT和AMT各自优点的电磁自动采集和处理系统.本文介绍了CSAMT的原理、特点、工作方法和资料处理.该系统首次运用于高速公路长大深埋隧道勘察中，结合其它手段，成功解译出了隧道的软弱层、地下水及断层破碎带的位置，为划分隧道围岩类别提供了较好的依据，同时也为高速公路长大深埋隧道提供了一种新的勘察方法.     

地震CT勘探在昆石公路隧道病害诊断中的应用

地震CT是一种新的地球物理方法。具有分辨率高、可靠性强、信息量大、图象直观的特点，可以广泛地用于线路、场地、隧道、边坡等项目的工程地质勘查和病害诊断。在昆石高速公路清水沟2号隧道的地质病害整治中应用地震CT进行勘探，取得了良好的效果。     

平面SH波作用下衬砌隧道对地下地震动的影响

以地下隧道对附近场地动力特性的影响为研究目标,基于弹性波动理论,利用波函数展开法和镜像法,分析了弹性半空间中圆形衬砌隧道对平面SH波入射产生的散射问题,得到了地下圆形衬砌隧道附近场地位移的级数解答。通过数值算例分析了地下圆形衬砌隧道对场地动力响应的影响,重点考察了SH波入射角度、入射频率和隧道埋深、衬砌刚度对隧道周围土体动力响应随深度变化的影响规律。结果表明,地下隧道对沿线场地的地下地震动影响显著。     

隧道工程地震易损性分析研究综述与展望

易损性分析是隧道工程领域防震减灾研究的重要方法。首先,详细综述了国内外隧道地震易损性研究历史与现状;其次,归纳了国内外隧道地震易损性分析主要方法,并总结了各种方法的实际适用性;接着,提出了隧道地震易损性评估步骤,并且讨论了以数值模拟为主要手段的理论易损性曲线建立中的3个关键内容:(1)输入参数确定;(2)破坏状态分级;(3)相关不确定性参数计算;最后,指出该领域一些亟待解决的问题和未来研究发展的方向。结果表明:隧道地震易损性分析能通过考虑相关不确定性因素,反映了隧道在地震荷载作用下的性能,有利于未来的风险评估和损失估算,对基于性能的隧道抗震设计的发展具有重要意义。     

地下结构地震反应规律和抗震设计方法研究

随着城市轨道交通系统,尤其是地铁的大规模建设,城市轨道交通系统的安全问题已经成为重中之重。地铁系统要在长时间的运行周期内保证安全,就必须具有良好的抗震性能。对于地下结构抗震问题,模型试验和数值计算是必不可少的两种手段,合理且简便的抗震设计方法是研究所要达到的目标,而地下结构周围土体材料的非线性动力本构模型是研究中的难点。本文对地下结构的地震反应规律和抗震设计方法进行了深入研究,取得了如下研究成果:(1)土的本构模型。根据Hardin和Drnevich提出的土体动应力-应变关系曲线以及其在非等幅往返荷载作用下的Pyke修正,结合Dafilias和Popov等人提出的边界面理论,构造了基于Hardin曲线的土体边界面本构模型,并在ADINA中利用自定义材料的二次开发实现了该本构模型。(2)二维有限元动力计算。采用Opensees对饱和砂土场地的地震反应进行了非线性动力有限元分析,并通过改变土性、地震动幅值、持时、频率等因素后数值模拟的对比,分析了各因素对可液化场地地震反应的影响;然后对饱和砂土中带中柱箱型隧道的地震反应进行了输入不同幅值地震动时的动力计算,分析了场地和结构的加速度反应及其频谱特性、场地的永久变形、隧道的变形和位移、以及隧道的内力分布,揭示了可液化土层中箱型隧道的地震反应规律和震害机理。(3)饱和砂土中地下结构地震反应振动台试验。完成了饱和砂土中地下结构地震反应的振动台试验,从孔压、土层加速度、土层频谱、地下结构加速度、地下结构频谱、动土压力和地下结构应变等方面分析了试验结果,并观测了宏观的试验现象,分析了饱和砂土场地以及其中埋置的地下结构的地震反应规律。(4)三维有限元动力计算。在Opensees计算平台中建立了穿过饱和砂土和粘土分界面箱型隧道的三维有限元模型并且进行了动力数值计算,对比分析了分界面两侧的土层和隧道的地震反应,此外,亦分析了沿隧道纵向地表竖向位移、隧道变形和隧道内力的分布,揭示了饱和砂土和粘土对隧道地震反应的不同作用,探索了穿过饱和砂土和粘土分界面的箱型隧道的地震反应规律和震害机理,对实际工程建设中此类隧道的抗震研究具有重要意义。(5)地下结构横截面抗震设计方法。详细介绍了反应位移法的原理和具体内容,以动力时程计算的结果作为参照,比较了几种地基弹簧参数取值方法计算结果的准确性;然后在反应位移法的基础上提出了大震下地基弹簧参数取值的非线性修正,并对其计算结果进行了验证;最后又依据地基弹簧参数取值的非线性修正,进而提出了基于反应位移法的地下结构简化pushover分析方法,并根据一具体算例对其计算结果进行了验证。(6)地铁隧道纵向抗震设计方法。介绍了几种常见的隧道纵向抗震设计方法,例如,BART法、质点-弹簧模型法和反应变位法等;然后将桩-土相互作用的p-y曲线弹簧引入到了地铁隧道的纵向抗震设计中,建立了超长隧道-地基土相互作用的p-y弹簧模型,并且通过对该模型的Pushover分析给出了地铁隧道的一种纵向弹塑性设计方法;最后通过多点激励对超长隧道-地基土相互作用的p-y弹簧模型进行了动力数值计算,得到了隧道纵向内力和变形的一些规律。     

软土地区风井风口施工对下部既有越江隧道影响的数值分析

上海在区间隧道上方建造风井在国内尚属首例。随着人们绿色环保意识的增强,隧道通风井将会越来越多地修建在远离都市核心区的区间隧道的上方,因而研究风口基坑施工引起区间隧道位移的变化将会是岩土工程领域的又一崭新问题。本文结合上海人民路隧道风井风口基坑工程,针对是否降低承压水水位2种工况,采用MIDAS—GTS软件,对既有盾构隧道隆起进行数值模拟,从理论上量化在这2种工况下隧道的变形程度,探讨该方法的可行性,为最终选择何种工况施工提供了理论指导。实际的监测数据验证了本文方法的可行性,为今后的相关工程建设提供了一个成功范例。     

地铁隧道地震反应非线性分析

本文对动力有限元法中的一系列问题进行了讨论,对土体动力本构模型和土-结构接触面模型的设定提出了建议．在此基础上以天津地铁1、2号线工程为实例,分别对水平地震作用下圆形盾构隧道的动位移、动应力与动应变以及地表位移等动力反应进行了非线性分析,得出了一些有益的规律和结论,从而为地铁隧道的抗震设计与研究提供参考和依据。     

量子退火最优化与地球物理反演方法

量子退火最优化方法的思想是基于模拟退火方法发展而来的，但利用的是量子跃迁隧道效应的机制，这和模拟退火基于热力学的退火原理是不一样的.本文首先概述了量子退火和模拟退火的区别所在；其次主要论述了量子退火在最优化方面的应用发展情况，比如伊辛自旋玻璃问题，旅行商问题，布尔可满足性问题等，讨论了具体测试问题中量子退火方法的应用情况以及和模拟退火方法的比较；随后对基于量子退火方法的地球物理反演原理和方法做了相应的阐述，讨论了不同参数比如温度、横向场的设置，比较了处于不同的横向场和势能状态的概率大小问题；最后就量子退火方法在地球物理反问体中的应用前景以及存在的问题做了简要概述.