基于高聚物动模量的两种试验及其外包隧道减震研究

为了获得非水反应双组份聚氨酯高聚物(后文简称高聚物)的动模量和其外包盾构隧道时的最优减震密度和厚度,文中通过共振柱试验和无约束共振试验获取此高聚物注浆材料动弹性模量、动剪切模量和阻尼比,并利用得到高聚物动力学参数,采用ABAQUS数值计算软件,建立多个无限边界有限元模型,并考虑17种高聚物外包隧道工况。通过输入不同密度、动弹性模量、泊松比和厚度的高聚物外包层参数,分析高聚物外包隧道的动力响应。由结果可知高聚物外包层能有效的降低衬砌结构的拉应力,具有较好的减震效果,同时给出高聚物外包层的最优密度0.22～0.33 g/cm³和厚度20 cm。试验结果为高聚物外包隧道减震提供依据与参考。     

盾构过富水砂层对地表建筑物影响的研究

结合深圳地铁2号线盾构过富水砂层施工实际,考虑流-固藕合水土本构关系,用FLAC3D软件建立了盾构施工数值分析模型。计算结果与工程实测数据对比验证了数值模型的合理性。进一步研究了盾构过富水砂层对地表不同位置建筑的影响:建筑物基础在隧道正上方时产生沉降最大且较均匀,水平位移最小;盾构机开挖下穿时建筑物差异沉降最大,建筑物倾向盾构开挖方向;建筑物基础横向上离隧道中心一倍隧道埋深时,建筑物水平移动最大,易受剪切破坏,倾向垂直盾构开挖方向,周边地表沉降差最大;建筑物离隧道中心横向距离超过两倍隧道埋深时,盾构开挖对建筑物基础沉降的影响较小,建筑物沉降与其周边地表沉降较均匀。     

城市地铁盾构施工地层变形三维数值模拟分析

富水砂层条件下,盾构施工问题多、风险大、施工变形难控制。以南昌地铁某区间盾构隧道工程为研究背景,采用有限差分软件FLAC3D建立了三维盾构施工力学模型,对富水砂层条件下的盾构施工过程进行动态数值模拟,并结合现场实测数据分析了盾构施工引起的地表沉降规律。结果表明：盾构施工引起的横向地表沉降呈＂V＂形,最大地表沉降发生在隧道中心正上方,最终形成的沉降槽宽度约为6倍隧道外径;盾构施工引起的纵向地表沉降呈＂S＂形,盾构开挖面前方表现为隆起,开挖面后表现为沉降,在开挖面后一定距离逐渐趋于稳定;开挖面支护力对稳定开挖面土体及减小地表沉降有较大影响;盾构进洞与出洞施工中存在较大风险,应采取相应的工程措施以保证盾构施工安全进行。所得结论可供南昌地铁区间盾构隧道设计与施工参考。     

盾构隧道下穿地下建筑物时的地表沉降分析

为研究盾构隧道下穿地下建筑物时的地表沉降特征和地层沉降规律,对沈阳地铁1号线某区间盾构隧道下穿地下结构引起的地层沉降进行了理论分析、数值模拟和工程监测。结果表明：盾构机从不同方向接近地下框架结构端墙的下方时,端墙下方土体出现较大的位移,因此端墙下方土体需加固;盾构机在独立基础下方掘进时,提高同步注浆压力和增加注浆量对减小地表沉降的作用不明显;地下框架结构对土层的约束作用使盾构隧道施工引起的地表最大沉降值减小,沉降槽宽度系数增大,曲线更平缓;忽略地下框架结构刚度的地表沉降数值分析结果与地表位移监测数据接近,可用于指导工程实践。     

基于柔性节点的高烈度区盾构隧道纵向地震反应减震分析

以某特长超大盾构海底隧道为背景,提出了一种新型的SMA形状记忆合金柔性减震节点。采用基于纵向梁-弹簧模型的反应位移法,研究了该消能减震措施对高烈度区盾构隧道纵向地震反应控制的机理和有效性。结果表明:该柔性减震节点可有效改善土层变化区域接头的张开量,提高整段盾构隧道的抗震性能,且减震节点的集中变形在经历地震后可一定程度上回复原位,确保隧道在地震作用下的安全。     

盾构隧道横断面地震响应分析

随着盾构法在隧道施工中越来越广泛的应用,盾构隧道横断面抗震性能的研究日益受到业界关注。以武汉长江隧道为例,对土体采用D-P本构模型,盾构隧道结构采用梁-弹簧模型,建立盾构隧道横断面二维模型进行动力有限元计算,该模型顶部采用自由边界,侧面采用自由场边界,底部采用静态边界。选用0.1g的天津波和场地人工波作为激励,研究了盾构隧道结构的加速度、变形和内力响应。结果表明：盾构隧道的拱顶与拱底的加速度响应大于隧道左侧、右侧;隧道拱底的绝对位移响应最大;地震作用对隧道衬砌结构的内力增量较为明显。目前的隧道结构设计可以满足结构抗震性能要求。     

钢管混凝土框架-混凝土核心筒减震结构振动台试验研究

某超高层钢管混凝土框架-混凝土核心筒结构因指标超限在设计中采用了耗能减震技术,为了检验该减震结构的抗震性能,制作了1/35的缩尺模型,通过在钢管混凝土框架设置阻尼器或不设置阻尼器,进行模拟地震振动台对比试验,研究了模型结构的动力特性和不同烈度地震作用下的加速度、位移和应变响应。研究结果表明:地震作用下,该钢管混凝土框架-混凝土核心筒减震结构与钢管混凝土框架-混凝土核心筒结构相比,位移、加速度和应变响应均有一定程度的降低;罕遇地震作用下,通过设置耗能减震构件,层间位移角最大值从超过规范要求的1/84减低至满足规范要求的1/130,表明该减震结构具有更优良的抗震性能。     

高聚物防渗墙土质堤坝地震加速度响应的动力离心试验研究

为研究高聚物防渗墙土质堤坝地震加速度反应规律,采用El Centro波,在0.05 g、0.1 g、0.2 g和0.4 g工况下进行了高聚物防渗墙土质堤坝和传统刚性防渗墙—混凝土防渗墙土质堤坝的离心机振动台的对比试验。试验采用非等应力离心模型,利用加速度传感器测量了坝体不同位置的加速度时程响应。结果表明:高聚物防渗墙土质堤坝峰值加速度随输入地震动增加而增加,随坝高增加而增加,最大峰值加速度在坝顶上;高聚物防渗墙土质堤坝最大峰值加速度随输入地震动的增大呈线性增加趋势,而最大峰值加速度放大系数随输入地震动增大而减小;从模型试验的角度来看,在同等水平地震作用下,混凝土防渗墙土质堤坝抗地震加速度反应能力好于高聚物防渗墙土质堤坝,但在强震下混凝土防渗墙体发生了破坏,这一点可由附近土体加速度突增判断。     

加装减震装置的特高压复合材料支柱绝缘子振动台试验研究

为研究复合材料电气设备抗震性能与减震技术应用效果,对特高压复合支柱材料绝缘子进行了抗震与减震地震模拟振动台试验,研究了设备动力特性和地震响应。白噪声试验结果表明:该复合材料支柱绝缘子在安装减震器后第1阶频率由1.11 Hz降低到1.04 Hz,表明减震器对设备结构的整体刚度影响较小。3种地震波试验结果表明:设备地震响应与地震动峰值加速度在抗震试验中呈线性变化关系,但在减震试验的应力响应中呈非线性变化关系;设备安装减震器后,试验地震动峰值加速度越大,减震效率越高,最高达到了66.32%;而位移减震率与地震动峰值加速度无明显规律,最大位移减震率为49.36%。试验研究结果表明:试验设备安装减震器后抗震性能得到显著提升,为复合材料电气设备抗震性能研究与减震技术应用提供了参考依据。     

TLD控制的钢结构振动台模型试验研究

本文通过钢结构的振动台模型试验,研究了在刚性地基条件下矩形调谐流体阻尼器(TLD)对结构地震反应的减震机理和减震效果,为进一步研究土-结构相互作用对结构TLD减震控制效率影响的振动台模型试验提供对比数据。试验结果表明,在水箱中设置铁丝网有助于提高TLD的减震效率,地震动的频谱特性和峰值加速度大小对TLD的减震效率有重要影响。     

基于改进反应位移法的盾构隧道横向抗震规律研究

在地震动作用下,小间距盾构隧道夹土层区域的动力反应影响结构的内力与变形,而反应位移法未考虑夹土层弹簧参数的变化,本文针对这一误差来源,提出了改进反应位移法。一方面在反应位移法合理内容的基础上完善计算模型,另一方面通过数值计算将改进反应位移法与动力时程法进行对比分析,并拟合理论模型对改进的方法进行修正。结果表明,两种算法下结构的地震响应规律一致;间距d≥8m时,结构地震动反应变化不明显,可按反应位移法计算;理论模型提高了改进反应位移法计算结果的精度。     

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...     

地震波斜入射下层状场地中地下综合管廊地震响应分析

利用黏弹性人工边界和等效地震荷载时域波动输入方法,结合土层和半空间的精确动力刚度矩阵,实现了地震波斜入射下层状场地地下综合管廊地震反应分析,建立了不同场地条件下地下综合管廊分析模型。计算结果表明:地震波倾斜入射情况下,综合管廊结构地震响应与垂直入射时具有显著差异,一般SV波以30°临界角附近入射时结构地震反应最为剧烈;地下综合管廊动应力集中主要分布在管廊角部、中柱上下端;成层土波速结构变化对地下综合管廊地震反应亦具有显著影响。总体上看:当穿越软夹层时管廊结构地震反应更为剧烈,且覆盖层越厚,管廊结构内力幅值越大。因此地下综合管廊结构抗震设计宜考虑地震波倾斜入射及场地土层性质的影响。     

椭圆空洞对盾构隧道地震易损性曲线影响研究

采用增量动力分析方法,探究水平向地震下地层空洞对盾构隧道地震响应特征的影响规律。针对管片损伤及周边地层应力,选择弯矩比作为性能评价指标,峰值加速度(PGA)及峰值速度(PGV)作为衡量地震强度指标(IM),阐明椭圆形空洞对管片抗震性能的影响,得到隧道结构的地震易损性曲线。研究表明：椭圆空洞加大了浅埋盾构隧道的地震破坏概率;PGA与PGV均可作为IM并获得相应的隧道易损性曲线;使用弯矩比作为破坏指标,PGV作为地震动指标,其对应的易损性曲线对地层变异性更敏感。研究结论可为潜在空洞发育区防震方案的制定提供参考。     

基于反应位移法的复杂软土盾构隧道横断面抗震分析

采用反应位移法,利用ABAQUS软件建立梁-弹簧有限元模型,进行复杂软土场地中盾构隧道横断面抗震分析,并结合天津滨海Z2线软土盾构隧道进行计算。研究表明,在地震作用下,最大弯矩值和剪力值一般出现在拱肩位置,最大轴力值一般出现在拱腰附近;处于复杂地层附近的隧道结构内力值较大,应加强该位置处的抗震构造措施或在选线时尽量避免复杂场地。本文对复杂软土场地中盾构隧道横断面抗震设计具有一定参考价值。     

盾构隧道抗震分析的整体强制反应位移法适用性研究

整体强制反应位移法采用土-结构相互作用模型,将地震作用下的土层位移以强制位移的方式施加到整个土层上,从而计算结构在地震作用下的响应。本文以天津某地铁盾构隧道为例,采用整体强制反应位移法进行地铁盾构隧道结构的抗震分析计算。为了验证该方法在复杂软土场地下盾构隧道结构抗震分析中的适用性,以时程分析法为基准,对比分析整体强制反应位移法、反应位移法和时程分析法3种方法计算出的盾构隧道结构内力图和内力峰值。研究表明,整体强制反应位移法具有较好的适用性及易操作性,具有较高的计算精度,是一种方便有效的抗震设计拟静力方法。     

考虑各向异性的层土-盾构隧道地震反应数值模拟

在层状各向异性土体-盾构隧道地震反应分析中,引入了横观各向同性弹塑性模型理论,建立了适合于横观各向同性介质的双渐近-多向透射边界条件。针对地铁区间盾构隧道抗震设计的特点,基于横观各向同性弹塑性模型,研制了考虑层状土体各向异性和施工开挖效应,适合于盾构隧道动力计算的各向异性弹塑性动力有限元程序。在程序中对于不同的材料采用了不同的本构关系和不同的单元形式,并采用了关联流动法则和多种屈服准则,可同时进行各向异性土体与地下结构的二维平面应力、平面应变和轴对称问题的静力和动力数值分析。最后利用所研制的程序进行了上海地铁二号线石门一路站附近区间隧道在不同超越概率地震动输入下的隧道反应计算。结果表明,在层状土体-地铁区间隧道的抗震分析中考虑土体各向异性的影响是必要的,所提出的计算模型是可行的。     

水下长大沉管隧道抗震性能及减震措施研究进展

沉管隧道抗震性能研究是目前地下工程防灾减灾领域重要的研究方向之一,同时也是该领域亟需解决的难题.在总结了隧道震害特点的基础上,全面系统地阐述了原型观测、模型试验、理论分析三种沉管隧道地震响应计算的分析方法及最新研究进展.基于这些方法,进一步介绍了质点-弹簧模型、梁-弹簧模型、多体动力学模型三种水下长大沉管隧道纵向抗震简...     

Analytical Solution for Modeling Discharge into a Tunnel Drilled in a Heterogeneous Unconfined Aquifer

Predicting transient inflow rates into a tunnel is an important issue faced by hydrogeologists. Most existing analytical solutions overestimate the initial discharge due to the assumption that drilling was instantaneous over the entire tunnel length. In addition, they assume a homogeneous system. An alternative model was recently developed for tunnels intersecting heterogeneous formations, but its application was reduced to the case of confined flow to deep tunnels in weakly diffusive aquifers. In this paper, we adapt existing analytical solutions for drainage systems to the specific case of a tunnel progressively drilled in a highly diffusive heterogeneous unconfined aquifer. The case of a tunnel overlying an impervious layer is analytically solved by applying the superposition principle, while the case of a tunnel constructed some distance above an impervious layer is solved by discretizing the tunnel length into subsectors. Both models can simulate transient discharge into a tunnel drilled at various speeds through a heterogeneous unconfined aquifer, and allow the prediction of discharge rates in shallow tunnels located in highly diffusive aquifers. We successfully applied this approach to a tunnel in heterogeneous volcanic rock.     

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。