荷载类型对土体变形影响研究

以动三轴实验为基本手段,研究了定次数等幅荷载与不规则地震荷载作用下土体变形间的关系,探讨地震荷载类型对二者关系的影响规律。结果表明:等幅正弦荷载与地震荷载作用下土单元的变形时程曲线明显不同,其形态明显受地震波形的控制。当采用以0.65倍地震峰值折合最大幅值进行的正弦应力波实验代替真实地震波作用,以20周为标准的荷载转换方法,地震波与定次数等幅荷载作用下土体变形受地震荷载类型的影响,冲击型荷载作用下的应变比远大于振动型荷载作用下的应变比。同时,其应变比C随砂土密实度的增大而减小。     

相对密实度对随机波与定次数波作用下土体变形关系的影响

通过砂土的一系列动三轴实验,研究不规则地震荷载作用下与定次数等幅荷载作用下土体变形间的关系,给出砂土相对密实度对二者间关系的影响规律。结果表明:真实地震荷载下土的变形发展与等幅正弦荷载明显不同,应变发展时程的形态主要受地震动的形态控制;应变比C与砂土相对密度间关系具有规律性,随相对密度增大而降低,若采用以20周作为标准作用次数、0.65倍地震波峰值为等幅荷载代替不规则的地震荷载,修正真实地震应力下的残余变形,其应变比C随砂土密实度的增大而减小。同时,冲击型荷载的应变比C`要远大于振动型荷载。     

超深厚覆盖层中深埋细粒土动力变形和强度特性三轴试验研究

土石坝（超）深厚覆盖层中的深埋细粒土难以完全挖除（换填）,其在地震作用下的动力变形特性和强度特性是科研设计人员关注的问题。本文进行某大型土石坝工程超深厚覆盖层地基中的深埋粉砂层土动力特性三轴试验,研究其在地震荷载作用下的动力变形与强度特性,并为大坝—地基系统动力分析和抗震设计提供基础资料。研究表明：试验土料最大动剪模量和平均有效应力在双对数坐标中呈良好的线性关系,不同围压力条件下的模量衰减（阻尼比增长）曲线可以采用参考剪应变的方式进行归一,可用试验确定特定围压力条件下的模量衰减（阻尼比增长）曲线外延推求任意围压力条件下的相应曲线;试验土料在地震荷载作用下的动强度特性主要受土体密度、固结条件和围压力条件等控制,当土体处在不等向固结状态时,不同动力破坏标准下确定的土体动强度特性参数差异较大。     

考虑地震波激振方向的浅埋偏压双联拱黄土隧道动力响应规律研究

以实际工程为背景,在模型试验结果和数值模拟结果验证合理的基础上,通过建立三维数值模型,研究兰州人工波在不同激振方向下坡-隧体系动力响应规律,通过小波包变换从能量和频域角度对衬砌结构动力响应规律进行分析。研究结果表明：水平、竖直面内垂直隧道轴向(X、Z)的地震波在隧道最大埋深处引起较大响应,水平面平行于隧道轴向的地震波(Y)对埋深较浅的洞口处的结构最为不利。频率在0～12.5 Hz范围内的低频波是引起隧道结构响应的主要波段,该频段中竖直向地震波(Z)能量相较于其他方向地震波能量占比最高。地震作用中衬砌结构的存在对坡体内的围岩变形有一定的抑制效应。X、Y向地震波容易引起坡脚附近的围岩发生剪切破坏,Y向地震波对隧道洞口段仰坡的稳定性影响最大;Z向地震波容易造成坡顶附近区域围岩的拉伸破坏,且对隧道拱顶附近产生最不利响应。研究成果对浅埋偏压双联拱隧道的抗震优化设计具有借鉴意义。     

超深厚覆盖层中深埋细粒土地震残余变形特性振动三轴试验研究

土石坝(超)深厚覆盖层地基中的深埋细粒土抗地震残余变形能力较差,尤其是在土层厚度较大时,覆盖层地基连同坝体在强震作用下可能会产生较大的地震沉陷。针对我国西部某大型土石坝工程,对超深厚覆盖层地基中深埋粉砂层土的地震残余变形特性进行三轴试验研究。研究表明:试验土料级配曲线与相应土层各钻孔平均级配曲线很接近,试验土料的颗粒级配对实际土层的颗粒组成特性具有代表性;试验土料的地震残余变形特性主要受土体密度、固结条件和围压力条件等控制,尤其是固结比对土体地震残余变形特性影响较大;各因素对土体残余体积变形特性和轴向变形特性的影响规律有所差异。     

不滑移状态下深埋圆形隧道地震响应研究

地下结构的地震响应主要取决于由地震波传播产生的土体变形与土结相互作用。剪切波传播过程中将会引起隧道衬砌的椭圆化变形,进而降低衬砌有效承载力。剪切波作用下的深埋圆形隧道可认为处于均质的纯剪状态,基于相对刚度法的拟静力解析解可充分考虑土结相互作用对隧道结构内力的影响。基于此,本文将通过有限元数值分析获得的自由场地地基变形引入不滑移状态下深埋圆形隧道内力求解公式,并结合二维和三维数值模拟途径,将动力分析结果与解析解结果进行对比分析,以评价各种解析方法的适用性和数值途径的可靠性。     

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,...     

隧道与临近地面结构动力相互作用规律数值模拟

通过建立不同场地条件下隧道-土-上部结构相互作用的模型,研究有、无上部结构存在、场地条件和地震波频谱特性对隧道-土-上部结构体系地震响应的影响.计算结果表明:(1)对于隧道等地下结构,其地震响应主要受场地条件影响,不同场地条件隧道动内力值相差巨大,设计时应引起足够重视,相比之下有、无邻近上部结构对其影响较小;(2)S波...     

荷载大小对随机波与定次数波作用下土体变形关系的影响

通过砂土的一系列动三轴实验,研究不规则地震荷载作用下与定次数等幅荷载作用下土体变形间的关系,给出了地震荷载的大小对二者间关系的影响规律。结果表明:真实地震荷载下土的变形发展与等幅正弦荷载明显不同,应变发展时程的形态主要受地震动的形态控制;若采用以20周作为标准作用次数的等幅荷载代替不规则的地震荷载,修正真实地震应力下的残余变形,荷载大小对随机波与定次数波作用下土体变形间关系没有影响。     

深埋公路隧道在双向地震动作用下的最大动力反应分析

为了解地震对深埋公路隧道的影响,以有限元软件MIDAS/GTS对武罐高速公路小石村隧道深埋段进行了单向、双向地震动作用和自重作用下的数值分析.地震动输入采用隧址区经过基线校正的50年10％超越概率的加速度时程.结果表明:双向地震作用对隧道结构的影响明显大于单向地震作用;隧道拱脚和拱顶处为地震作用下的最危险部位;纵向与竖向地震力的共同作用对隧道结构的影响最大.地震对深埋隧道的影响不可忽略.     

结构面分布特征对隧道围岩变形影响的数值模拟分析

结构面对隧道围岩变形及稳定性起着决定性作用。运用三维离散元方法（3DEC）研究结构面分布特征,重点是结构面线密度1/λ、强度和倾角对隧道围岩变形的影响,总结了结构面分布与围岩变形特征的关系。结果表明,在结构面强度较低的情况下,结构面线密度对隧道变形的影响较大,其影响可分为两种情况：①λ≤0.2时,围岩的弯曲变形大于沿结构面的剪切变形,属于应力型大变形;②0.2〈λ≤0.4时,沿结构面的剪切变形大于围岩的弯曲变形,属于结构型大变形。结构面倾角主要影响围岩大变形发生的位置。将数值模拟结果与国内工程实例实测变形资料相对比,发现一致性较好。本研究结果对隧道支护结构的设计以及施工设计具有借鉴意义与指导作用。     

双向地震耦合作用下浅埋偏压黄土隧道共振特性研究

历次震害表明隧道等地下结构受地震影响较大,当地震动的卓越频率与结构的固有频率一致时,引发的共振会对结构产生更严重的破坏。针对共振这一地震中的特殊现象,通过ANSYS分析研究浅埋偏压黄土隧道在双向地震耦合作用下隧道衬砌各处的共振响应和围岩至衬砌段共振响应峰值的变化规律,同时考虑偏压角度和断面最大跨径对共振响应峰值的影响。研究结果表明：浅埋偏压黄土隧道具有多阶固有频率,衬砌的位移和应力均出现了共振现象且共振不表现出结构的自振频率特征;从围岩至衬砌段的共振响应具有放大效应;水平位移峰值随偏压角度的增大而减小;适当增大断面最大跨径对于抵抗共振是有利的;拱腰和拱脚处的主应力受共振影响较大,在隧道的抗震设计中应予以加强。     

高烈度区公路隧道横通道地震响应分析

双洞隧道主隧道与横通道交接部位是隧道抗震中的薄弱位置,以穿越高烈度区隧道为背景,采用MIDAS GTS-NX有限元分析软件,对在汶川地震动作用下的公路隧道横通道进行地震响应分析。在X方向和Y方向地震动荷载的共同作用下,通过对围岩和衬砌的计算结果研究,得出以下结论:隧道整体的最大相对位移主要发生在主隧道与横通道拱顶和连接处;衬砌相对位移随埋深增加而减小;隧道产生的横向变形更大;横通道边墙位置更容易受到剪切破坏,主隧道与横通道连接处拱脚的弯矩、剪力、最大主应力和最大剪应力最大,应重点采取设防措施。     

衬砌背后空洞对隧道抗震性能影响分析

目前关于隧道震害问题的研究主要集中于隧道洞门和洞口段,实际上仍有不少洞身衬砌在地震中产生严重震害,其中一个重要原因便是衬砌背后存在空洞或者回填不密实。通过大型有限元软件ABAQUS,采用无限元边界解决地震波的反射震荡问题,研究衬砌背后空洞对隧道的地震动力响应的影响。通过分析得到:密实状态下,即使在较大地震动力作用下,衬砌结构仍处于良好的受压状态;一旦衬砌背后存在空洞,地震作用下脱空区衬砌产生很大拉应力,可能导致衬砌开裂坍塌;同时,空洞处周边围岩产生塑性区,易引起岩体松弛掉落冲击衬砌。     

两明挖隧道基坑先后开挖对其下地铁隧道的影响评价

基坑开挖会对下卧运营地铁隧道的围岩应力造成重分布,进而可能引发隧道结构产生变形及内力变化,影响地铁隧道的正常运行。故一个合理的施工方案以及充足的保护措施对基坑开挖和隧道保护显得尤为重要。以广州某工程为例,利用有限元软件Midas GTS模拟实际施工工况,动态分析了两明挖隧道基坑先后开挖对其下卧地铁5号线隧道的影响。分析结果表明:两明挖隧道基坑先后开挖所引起的叠加效应会对地铁5号线隧道结构造成影响,但应力变化量均很小,不足以对地铁隧道的结构安全性造成影响。其分析成果可为优化设计和施工提供有益的参考,为类似工程提供借鉴。     

穿越活断层铰链式衬砌隧道减震措施动力响应研究

鉴于穿越地震活动带逆断层的铁路山岭隧道易受逆断层滑动的影响,且目前铁路隧道穿越多条活动性断层可供借鉴经验较少的现状。文章采用数值分析方法,对活动逆断层错动下的铰链式衬砌隧道在地震荷载作用下围岩加固方式、超挖设计结构的动力响应进行对比分析。结果表明逆断层错动时,对浅部地层变形的影响范围大于深部,但最大附加变形出现在深部断层面附近,且错距越大其最大附加变形值越大,断层活动对隧道结构安全影响较为显著。注浆加固并不改变衬砌在地震中的震动频谱特性,宜采用施作单层衬砌预留修复空间的设计方案。对于是否超挖设计的两种工况下,衬砌位移变化规律一致,衬砌的震动频谱特性一致。经过监控量测发现支护压应力在埋设2个月左右后趋于稳定。所得结论可为今后类似工程结构设计与施工提供参考。     

隧道与联络通道连接处地震响应分析

联络通道是长距离盾构隧道结构中不可缺少的部分,常设置于两条隧道之间,用于逃生、防火及排水等。与此同时,联络通道与隧道的连接处构造复杂,空间效应明显。在地下结构截面突变处,在地震荷载作用下易产生应力集中,造成结构的破坏,从而带来不可估量的震害。基于有限差分软件FLAC^3D,以天津的典型粉质黏土为例,建立双线并行隧道及联络通道的三维模型,对场地施加正弦波,分析隧道与联络通道连接处的应力和变形情况,并探讨隧道结构埋深、联络通道的直径和长度等对连接处地震响应的影响。基于Fish语言,建立能模拟不同地震波入射方向有限差分模型,计算表明不同地震波入射方向对结构连接处受力具有显著影响。     

SV波入射下饱和地层浅埋平行隧道动力响应机制

目前城市核心区交叠紧邻的隧道群大量涌现,其抗震安全性问题日益突出,但近邻隧道之间以及与地层的动力相互作用机制尚不清晰.本文针对饱和地层浅埋平行隧道,基于Biot两相介质理论,采用边界积分方程法分别建立了饱和地层水平和竖向双线隧道动力作用分析模型,并与典型算例精确解对比验证了本模型的有效性;在此基础上,研究了SV波入射频...     

土岩复合地层中CRD隧道施工的变形监测与风险控制

以典型城市土岩复合地层中的某地铁CRD（交叉中隔壁法）隧道为依托,通过分析洞内、外变形监测数据,总结变形规律,对该隧道风险进行有效控制。研究结果表明：洞内、外变形量的60%以上是由上2层导洞开挖引起的;隧道开挖引起的地表沉降槽特征较为明显,地表最大沉降点位于隧道中心线上方偏左;隧道掌子面开挖的横向影响明显,范围约为60m。洞内变形监测的分析指标以拱顶沉降为主,水平收敛为辅;拱顶下沉曲线分段组成,总体呈台阶状下降。综合变形监测分析和施工经验认为：施工中应着重控制上2层导洞初期支护结构的及时闭合;相邻导洞掌子面间距控制在15~20m;台阶长度控制在5m以内,及时封闭仰拱,闭合成环,可有效地控制洞内、外变形和保证初期支护结构稳定性。