活动性断裂带错动下的隧道纵向响应解析解

震害调研表明,活动性断裂带区域的隧道灾害最为严重。针对错动作用下穿越活动性断裂带隧道的纵向响应进行了研究,推导了隧道纵向力学响应的解析解并进行了验证。考虑断裂破碎带围岩力学性质较差且处于错动变形的主要影响区,将隧道沿纵向进行分区,包括错动影响区、过渡影响区和非影响区。采用Pasternak双参数弹性地基梁,假定不同分区的地基参数和计算模式不同,建立了满足变形和内力连续的隧道纵向力学解析模型并进行了求解。解析计算结果与数值模拟结果、室内试验数据基本一致,验证了解析解的正确性。结果表明：错动作用下,活动性断裂带区域的隧道内力和变形发生了显著变化;隧道纵向挠曲变形与错动方向一致,但在断裂带与上下盘交界区域发生了反向的挠曲;在正断层错动下,纵向弯矩在断裂带与上下盘交界区域达到最大值,且上、下盘区域的隧道拱顶分别出现受拉和受压区域;断裂带区域内的剪力远大于其他区域,且受到较大弯矩,隧道结构易发生破坏。上述计算结果与实际震害调研结果相一致,表明了本文提出的解析计算方法可用于活动性断裂带错动下的隧道纵向响应分析。最后,针对地基系数和断裂带宽度两个关键参数进行了敏感性分析,得到了有益规律,可为该类区域的隧道设计和施工提供技术支撑。     

活动性断裂带错动下的隧道纵向响应解析解

震害调研表明,活动性断裂带区域的隧道灾害最为严重。针对错动作用下穿越活动性断裂带隧道的纵向响应进行了研究,推导了隧道纵向力学响应的解析解并进行了验证。考虑断裂破碎带围岩力学性质较差且处于错动变形的主要影响区,将隧道沿纵向进行分区,包括错动影响区、过渡影响区和非影响区。采用Pasternak双参数弹性地基梁,假定不同分区的地基参数和计算模式不同,建立了满足变形和内力连续的隧道纵向力学解析模型并进行了求解。解析计算结果与数值模拟结果、室内试验数据基本一致,验证了解析解的正确性。结果表明：错动作用下,活动性断裂带区域的隧道内力和变形发生了显著变化;隧道纵向挠曲变形与错动方向一致,但在断裂带与上下盘交界区域发生了反向的挠曲;在正断层错动下,纵向弯矩在断裂带与上下盘交界区域达到最大值,且上、下盘区域的隧道拱顶分别出现受拉和受压区域;断裂带区域内的剪力远大于其他区域,且受到较大弯矩,隧道结构易发生破坏。上述计算结果与实际震害调研结果相一致,表明了本文提出的解析计算方法可用于活动性断裂带错动下的隧道纵向响应分析。最后,针对地基系数和断裂带宽度两个关键参数进行了敏感性分析,得到了有益规律,可为该类区域的隧道设计和施工提供技术支撑。     

水下盾构隧道纵向上浮理论解及工程应用

考虑静动态上浮力、浆液时变性和上覆土体反向压缩性因素,基于弹性地基梁的弯曲微分方程、有限元理论和变形、转角、剪力以及弯矩协调方程和边界条件,获得了水下盾构隧道纵向上浮的理论解,并运用于“河北第一盾”曹妃甸工业区综合管廊工程。工程算例表明,理论解与数值解最大误差在2.5%以内,与正常掘进段监测值吻合度较高,可用于分析水下盾构隧道纵向上浮。另外,所得理论解摒弃了数值计算模型建立和细化单元的繁琐过程,易被设计、施工人员接受和应用,同时也为完善相关设计规范提供一定参考。     

饱和土一维简谐响应解析解的求解和应用:I求解

对于饱和土一维简谐响应的u-w和u-p方程，通过消元分别将二阶微分方程组变为一个四阶的微分方程。求解此微分方程则得到一维简谐响应的通解。对于特定的边值问题，通过求解描述边界条件的线性方程组得到满足边界条件的解析解。此解析解可用于饱和土动力响应研究的诸多方面。     

竖向圆形荷载作用下弹性地基半空间问题的解析解

竖向圆形荷载作用下弹性半空间问题的位移和应力解是桩基分析的基础。利用Hankel积分变换,首先导出了弹性地基半空间位移与应力的积分形式的通解。通过适当地引入边界条件和界面位移和应力的连续条件,求得了内部作用竖向圆形荷载时弹性地基半空间位移与应力的积分形式解。在此基础上,给出了不同深度处荷载作用投影范围内竖向位移和竖向正应力的平均值。数值结果验证了解析解的正确性。     

横观各向同性地基中管桩扭转振动响应解析解

考虑地基沉积过程中产生的竖向和水平向力学性质的差异,对横观各向同性地基中管桩扭转振动频域响应进行了理论研究。基于横观各向同性材料的本构关系以及桩-土耦合扭转振动,建立了桩土系统定解问题,通过Laplace变换和分离变量法求得了桩周土和桩芯土扭转振动位移形式解。通过桩-土接触面的连续条件,求得了管桩扭转频域响应解析解,并得到了桩顶复动刚度和速度导纳的表达式。将所得解退化到横观各向同性地基中实心桩解以及均匀地基中管桩解,并与已有文献进行了对比,验证了解的合理性。通过数值算例,分析了桩周土和桩芯土的横观各向同性力学参数对桩顶扭转复刚度及速度导纳的影响。     

轴对称均匀黏弹性地基中现浇薄壁管桩竖向动力响应简化解析方法

考虑土体材料的黏性阻尼和桩-土纵向耦合振动,建立了轴对称均匀黏弹性地基中现浇薄壁管桩管桩纵向振动的定解问题,采用Laplace变换的方法求得了解析解。对一算例进行了分析,将计算结果与实测波形和有限元进行了对比,三者吻合较好。进一步分析了桩周土和桩芯土黏性阻尼系数对桩顶速度导纳和复动刚度的影响以及桩底土阻尼系数对桩顶速度导纳的影响,得到了各参数对桩纵向振动特性影响的规律     

长乐南澳断裂带温泉分布对断层活动性的指示意义

通过对长乐南澳走滑断裂带温泉的分布以及形成条件结合区域地质特征综合分析, 对比区内历史地震震中差异性分布, 对区内温泉形成机理及其构造背景进行了探讨。断裂带各段温泉差异性分布的原因为各段构造热发育不均, 揭示着同一断裂带中存在着不同的构造活动方式。断裂带中产出温泉表示其具有一定的活动性, 但是断裂中温泉产出段与不产出段断层活动方式不同。温泉产出段(福州段、漳州段)断层蠕滑, 构造热较发育, 温泉不产出段(泉州段)断层活动以黏滑为主, 构造热不发育, 形成较多的破坏性地震。     

低应变下变阻抗薄壁管桩动力响应频域解析解

管桩低应变完整性检测时,桩顶一点受到瞬态集中荷载的作用,其动力响应问题是一个三维波动问题。基于三维波动理论,建立了任意段变阻抗薄壁管桩动力响应的计算模型和波动方程,结合初边值条件,采用Laplace变换法求得了该波动方程的频域解析解,采用Fourier逆变换求得了时域响应。将计算结果与三维有限元结果进行了对比分析,解析解的计算结果和三维有限元结果较为接近,两者在入射波峰、缺陷反射峰和桩底反射峰处都较为吻合,两种方法位移响应曲线基本相同。给出了桩顶不同点的动力响应,并探讨了高频干扰问题。对变截面桩和变模量桩的动力响应特性进行了分析。     

滑坡治理中格构锚固结构的解析解分析

在分析格构锚固结构受力的基础上 ,将格构梁简化为受集中力作用的弹性地基上的梁 ,提出了格构锚固结构的力学模型 ,利用 Winkler弹性地基上梁的解析解对格构梁进行了内力和变形的分析 ,发现格构梁的受力状况受弹性特征λ、梁格间距 ls以及悬臂长度影响 ;建议梁长 l与λ宜满足 lλ≥ 2π;采用较小间距的格构梁以及小吨位锚索 ,间距宜满足 lsλ<π/ 2 ,悬臂长度取 (0 .3～ 0 .5 ) ls,并将分析结论应用于三峡库区巴东太矶头东滑坡治理工程的设计中     

隧洞边界超欠挖的摄动法解析分析

钻爆法施工常造成隧道边界不平整,隧道分析模型一般将开挖界面光滑处理,忽略了边界不平整对围岩应力的扰动作用。将隧道超欠挖值当作中心偏量小参数,利用摄动法得到了静水压力下圆形隧道的弹性应力解。计算分析表明:超欠挖改变了隧道洞壁附近围岩的应力状态,围岩应力随超欠开挖曲线呈波浪状变化,应力变化量与超欠挖曲线幅值及曲线斜率有关;环向应力变化最大值在洞壁处,其应力集中系数分别在超挖及欠挖顶点达到局部极大与极小值,径向应力变化最大值靠近洞壁表面,切应力变化最大值位于超挖与欠挖表面相交处;扰动应力在径向衰减较快,影响范围约为1~2倍的隧道半径。     

Analytical solution for longitudinal seismic response of long tunnels subjected to Rayleigh waves

The longitudinal seismic response of a long tunnel subjected to Rayleigh waves is investigated in this paper. The tunnel is assumed to be infinitely long, has a uniform cross section, and rests on a viscoelastic foundation. The free-field deformation under Rayleigh waves traveling parallel to the tunnel axis is decomposed into two directions, namely, the axial motion and the vertical motion, and transformed into dynamic loads imposed on the tunnel. Based on the Fourier and Laplace integral transform techniques, the governing equations of tunnels are simplified into algebraic equations, and the analytical solutions are obtained with the convolution theorem. The final solutions of the tunnel responses in terms of deflection, velocity, acceleration, axial force, bending moment, and shear force are investigated. The proposed solution is verified by comparison of its results and those from the finite element program ABAQUS. Further parametric analysis is carried out to investigate the influence of soil-structure relative stiffness ratio and wave frequency on dynamic longitudinal responses of the tunnel.     

An analytical solution for deforming twin‐parallel tunnels in an elastic half plane

The interaction between twin‐parallel tunnels affects the tunnelling‐induced ground deformation, which may endanger the nearby structures. In this paper, an analytical solution is presented for problems in determining displacements and stresses around deforming twin‐parallel tunnels in an elastic half plane, on the basis of complex variable theory. As an example, a uniform radial displacement was assumed as the boundary condition for each of the two tunnels. Special attention was paid to the effects of tunnel depth and spacing between the two tunnels on the surface movement to gain deep insight into the effect of the interaction between twin‐parallel tunnels using the proposed analytical approach. It is revealed that the influence of twin tunnel interaction on surface movements diminishes with both the increase of the tunnel depth and the spacing between the two tunnels. The presented analytical solution manifests that, similar to most of the existing numerical results, the principle of superposition can be applied to determine ground deformation of twin‐parallel tunnels with a certain large depth and spacing; otherwise, the interaction effect between the two tunnels should be taken into account for predicting reliable ground movement. Copyright © 2014 John Wiley & Sons, Ltd.     

既有路基下浅埋隧道开挖引起地层的位移及应力解析解

在既有公路下进行浅埋隧道开挖会引起地层产生位移,导致地表沉降。为了保证施工安全,快速精确地计算地层位移及应力,有效地控制地表沉降,对浅埋隧道的设计与施工均十分重要。在镜像法原理的基础上,引入等效模量当层法,推导出了在有上覆不同材料下浅埋圆形隧道开挖引起地层位移、应力及地表沉降的解析分布规律。计算结果表明,既有路基下开挖隧道引起地层产生的位移和应力解析解能够很好地体现上层高弹性模量路基对沉降及应力的扩散作用,可以求得隧道开挖后洞周地层包括上覆路基及下卧层中任意位置处的位移、应力以及地表沉降,为在双层地基材料中开挖浅埋隧道引起地层位移及地表沉降的计算提供了一种新的解析方法。     

Timoshenko beam solution for the response of existing tunnels because of tunneling underneath

An analytical solution for the deflection and internal forces of an existing tunnel because of tunneling underneath is presented. The existing tunnel is modeled as a Timoshenko beam resting on a Winkler foundation, which takes into account the contribution of shear deformation to the total deflection of the existing tunnel. The validity of the analytical solution is verified by a centrifuge test, and the merit of this analytical method is confirmed by comparison with the conventional Euler–Bernoulli beam model. Influential factors on the behavior of the existing tunnel are investigated by consideration of the variations of subgrade modulus, ground loss induced by the new tunnel construction, vertical clearance between the new tunnel and the existing tunnel, and relative existing tunnel–soil stiffness. Results show that the proposed analytical method is a valid and effective method to evaluate shearing‐induced deformation in existing tunnels with large diameters. Results also show that the pattern and the amplitude of the response of the existing tunnel are affected largely by ground loss induced by the new tunnel construction, vertical clearance between the new tunnel and the existing tunnel, and relative existing tunnel–soil stiffness. Copyright © 2015 John Wiley & Sons, Ltd.     

走滑断层地震地表断裂位错估计方法研究

为对一次地震中可能造成的地表断裂位错作出较准确的估计,采用拟静力弹塑性有限元方法,分别对覆盖土层为粉质黏土和黏土情况下,走滑断层引发的地震地表断裂进行了数值模拟分析。根据历史震害数据回归拟合的震级M与基岩位错 的关系式以及数值计算结果,建立了震级M与地表位错 的关系式。公式中考虑了土层厚度H对地表位错 的影响,而不仅仅局限于根据震级M的大小通过统计公式来估算地表断裂位错 。结果表明,走滑断层引发的地震地表断裂位错不仅与震级的大小有关,还与土层厚度和土层性质有关;在相同震级作用下,随着土层厚度的增加,地表位错逐渐减小;在相同震级和相同土层厚度下,上覆土层为粉质黏土时产生的地表位错要大于上覆土层为黏土时产生的地表位错;根据拟合的公式估计出不同震级情况下可不考虑走滑断层影响的临界覆盖土层厚度值,有助于提高活动断裂地震危险性评估工作的可靠性。     

粘弹性地基中有限长桩横向受迫振动问题解析解

基于动力Winkler模型(BDWF)对粘弹性地基中有限长桩的动力响应进行求解,得到了其在桩顶受水平循环荷载作用下的简单形式的时域解析解。通过迭加原理得到了半正弦激振条件下的瞬态解析解,经过简单的数学运算得到了桩头动力阻抗系数。通过对稳态激振时幅频曲线和相频曲线的分析,讨论了桩侧土阻尼系数和刚度系数对共振频率和共振峰值的影响规律。并讨论了桩底边界条件对水平动力响应的影响。本文为单桩的动力分析提供了一种简单的解析分析方法,可为工程设计提供初步参考。     

软土一维非线性固结近似解析解

软土非线性固结变形计算目前还主要依赖于数值方法,致使非线性固结理论的工程应用受到极大限制。引入经典的e-lg?' 和e-lgkv非线性关系,在自重应力均匀分布假定下通过变量代换并利用迭代法给出压缩指数Cc与渗透指数Ck比值不等于1时的非线性固结近似解析解。在Cc /Ck趋近1时本文解与其等于1时的差分解及精确解相差无几。但如果Cc /Ck值偏离1,该近似解会存在一定偏差,且偏差值会随Cc /Ck值偏离1的程度和外荷载增加而逐渐增大。在一般工程荷载作用下,如果Cc /Ck值介于0.9～1.1之间,本文解的平均固结度与差分解间最大偏差在2%左右。当Cc /Ck值在0.75～1.25之间时,本文解的平均固结度与差分解最大偏差在5%左右。如果Cc /Ck值在0.5～1.5之间,本文解的平均固结度与差分解间最大偏差在10%左右。当外荷载一定时,土层的非线性固结速率会随着Cc /Ck值的增大而减慢。如果Cc /Ck<1,土层的非线性固结速率会随外荷载的增大而加快;相反,如果Cc/Ck>1,土层的非线性固结速率会随外荷载增大而减慢。