SH波水平入射穿越垂直断层隧道动力响应分析

结合黏弹性人工边界的时域波动输入方法和显式有限元法,设计了含垂直断层三维场地的SH波输入方法。基于建立的输入方法,研究了垂直断层对隧道地震响应的影响,并通过自由场算例验证了该方法具有较好精度。数值模拟结果表明:对于断层迎波侧的隧道结构,断层会对其地震动响应产生显著的放大作用,对于断层逆波侧的隧道结构,断层会对其产生隔离地震动的作用;相对周围围岩,断层介质的剪切波速越小,其产生的放大效应和隔震效果也会越显著;断层宽度越小,其对隧道地震动响应的影响范围也就越小,但是断层宽度的变化对于断层两侧隧道的地震动响应的影响并不明显。     

盾构超近距离上穿诱发既有隧道纵向与水平变形研究

盾构超近距离上穿既有运营隧道时,由于施工引起的土体扰动较大,控制地层沉降和扰动变形的难度也随之增大.基于宁波轨道交通5号线上穿运营的宁波轨道交通2号线区间隧道建立Flac3D模型,研究了掘进过程中既有隧道的变形规律,并探究了不同推进速度对隧道变形的影响.结果表明,当隧道开挖时,在掌子面还未达到既有隧道范围、位于既有隧道...     

近距离上层隧道施工对下层隧道的扰动影响

针对近距离上层隧道施工时给下层隧道稳定性造成扰动影响的现状,基于简支土体梁力学模型,研究下层隧道顶部在周期性扰动力作用下的系统振动特性,得到顶部垂直位移的动态响应数学表达式,为定量掌握最大位移峰值的大小与出现时刻提供理论依据,指出考虑振动因素时上下层隧道安全距离的确定方法。结合具体算例探索扰动力等因素对最大位移的作用规律,结果表明:扰动力振幅和隧道跨度分别增加1倍和2倍时,最大位移峰值相应增大1倍和23.9倍;隧道层间垂距和土体弹性模量分别增加2倍和3倍时,最大位移峰值相应减小88.2%和70%。当主要影响因素变化时,最大位移的波动大周期延长、波动震荡性加剧,特别是峰值处的震荡幅值增大,隧道顶部稳定性受到明显影响。     

考虑接头力学特性的盾构隧道地震响应分析

盾构隧道衬砌属装配式结构,衬砌环间接头对整环刚度的影响不容忽视。目前常用的接头计算模型普遍过于简单,不能准确模拟接头的工作状态。为此,本文提出了一种力学模型,将接头处衬垫和螺栓抽象成非线性弹簧,该模型可以准确模拟不同构造形式的接头。随后将该接头模型应用于整环衬砌结构的动力有限元分析中,采用ABAQUS有限元软件以天津地铁盾构隧道工程为背景,进行了隧道横断面的地震响应分析,研究了接头模型对管片内力的影响,进而验证了该接头模型在动力分析中的适用性。分析结果表明,这种方法可较精确地模拟接头对衬砌结构的影响,同时具备较高的计算效率。     

波浪地震联合作用下砂质海床沉管隧道动力响应分析

对于埋置于海床表层的沉管隧道,波浪作用是不容忽视的常遇海洋环境因素。不同于陆域地下结构,海底沉管隧道地震反应分析和安全评价应考虑波浪的联合作用。基于Biot完全耦合的动力有效应力分析方法,对波浪与地震联合作用下砂质海床-隧道之间的动力相互作用特性进行研究。研究结果表明,相较仅有地震作用,波浪荷载加速了沉管隧道周围海床地震残余超孔压的增长和渐进液化进程,增大了沉管隧道上浮量;波浪与地震联合作用对应的β谱谱值更大,且卓越反应周期向长周期偏移;波浪对海床地震动的影响深度有限,仅对海床地表以下15 m范围内的地震动有放大效应。忽略波浪环境作用对砂质海床场地设计地震动参数的影响,对于沉管隧道抗震设计是偏于不安全的。     

基于土与结构相互作用的隧道结构振动特性的理论研究

考虑到地铁隧道结构与其周围土层的相互作用,本文建立一种新的隧道结构振动特性的理论分析方法。首先,基于考虑横向剪切变形的中厚壳理论,建立了隧道结构的振动方程,其次,基于均匀、各向同性、线弹性介质的纳维波动理论,建立了隧道周围土体的运动方程,在此基础上,利用波传播方法,通过界面连续条件建立了基于土与结构动力相互作用的隧道结构振动控制方程,利用其频散特征方程对隧道结构的振动特性进行了分析,并与基于薄壳理论、有限元理论的相应结果进行了对比,验证了方程的有效性。     

矩形隧道结构的地震动力破坏研究

为深入研究地震作用下矩形隧道结构的动力响应变化规律,得到隧道结构的失稳破坏机制,通过建立土一隧道结构协同作用的整体力学模型,采用大型室内振动台实验与有限元数值计算对比分析的方法,重点探讨了地震作用下土-隧道结构整体力学模型的加速度时程、频谱特性、位移及土压力等方面的力学响应。研究发现：振动台实验与数值模拟计算的结果变化...     

土-地铁隧道动力相互作用的大型振动台试验:试验方案设计

以南京地铁的建设背景为基础,对含有可液化土层的深厚软弱场地上双洞单轨的地铁区间隧道结构进行了大型振动台模型试验研究。根据本次试验的目的和特性,首先给出了模型体系相似比的设计基本原则,并对整个模型体系进行了相似设计,对模型土和模型结构的制备方法和模型材料的物理特性进行了室内试验研究,同时,根据对隧道地震反应分析的数值模拟结果,对传感器的选择及其布置方案进行了分析。最后,根据南京及其周边地区的地震环境,对台面输入地震动的选取及其加载方法进行了具体的阐述。试验结果表明本文对土-地铁区间隧道动力相互作用的大型振动台模型试验的设计方案是合理的,对相关试验结果的整理和分析见另文。     

地下结构抗震分析的振动法与波动法对比研究

针对地下结构抗震分析中应用广泛的波动方法与振动方法,从物理方程和有限元格式出发,明确了两种方法的区别与联系。通过标准数值试验,证明了振动方法是波动方法采用下卧刚性基岩假设和地层水平无限延伸假设,仅考虑SV波垂直向上入射的一种特例。采用波动方法模拟弹性地基,对比振动方法结果,表明弹性地基和刚性地基上地表位移响应和隧道结构内力响应均有显著差异。建议应根据具体场地条件,选择振动或波动方法进行地下结构抗震设计研究。     

地铁隧道爆破施工影响的邻近居民楼质点峰值振速研究

地铁隧道爆破施工时严重威胁邻近居民楼的结构安全,因此研究邻近居民楼爆破峰值振速是非常必要的。文章基于群孔荷载简化模型、柱面波理论及传统的应力波衰减理论,在考虑高程效应影响下推导质点峰值振速公式。依托乌鲁木齐地铁一号线工程,对一邻近六层居民楼的爆破施工响应进行监测,并将实测质点峰值振速、提出的修正公式预测振速和传统萨道夫公式预测的振速进行对比分析。研究结果表明:采用修正公式预测的质点峰值振速与现场实测值的分布规律一致,呈现出随着高程增大而逐渐增大的趋势;而且现场实测值与修正公式预测值相对误差较小,表明考虑高程因子的修正公式是可行的。     

土-地铁隧道动力相互作用的大型振动台试验——试验结果分析

在进行土-地铁隧道动力相互作用的大型振动台模型试验中,分别测出了模型地基的加速度反应、隧道结构的加速度反应、结构的侧向土压力反应和隧道结构的应变反应。本文首先对模型体系的加速度反应实测值进行整理,分析了模型地基的边界模拟效果、模型地基和隧道结构的加速度反应规律。其次,对模型隧道结构的应变实测结果进行了分析,给出了地铁区间隧道在水平向地震动作用下横截面的应变分布规律,分析了模型箱侧壁与地基土以及隧道结构与土体接触面上的动土压力实测结果及其反应的规律。最后,对试验中模型土的液化现象、地震裂缝和地下结构上浮等震害现象进行了描述。     

水平及竖向地震共同作用下双线隧道的响应分析

基于有效的土-结相互作用有限元数值模拟方法,利用有限元软件ABAQUS对水平及竖向地震共同作用下双线盾构隧道的地震响应进行分析研究。地震动输入选取近场地震Loma、ChiChi、Mammoth和WoLong的基岩水平及竖向加速度时程记录。结果表明,不同近场地震记录对隧道结构的作用不同,隧道的地震反应与场地性质及地震动的频谱特性密切相关。对比隧道在水平及竖向地震动共同作用下的响应与单向水平地震动作用下的响应,发现隧道的最大地震附加内力及其分布均发生较大的变化,在隧道结构抗震设计中需引起重视。另外,分析中还考虑了在双向地震动共同作用下,隧道间距、土-结接触面的摩擦系数、土-结相对刚度、输入的地震记录和竖向地震动相对强度对隧道地震响应的影响等,研究结果对隧道工程的抗震设计具有一定的参考价值。     

隧道在地裂缝处的沥青混凝土复合衬砌的力学响应分析

针对隧道分缝衬砌结构为适应地裂缝错动造成位移变形而采用的流变性沥青混凝土复合衬砌置于初次衬砌和永久衬砌之间,改善隧道受力条件,以及沥青混凝土密封变形缝防止隧道渗漏的新型技术,应用有限差分数值方法,模拟隧道围岩土层结构及土材料的弹塑性、开挖支护施工过程、复合衬砌沥青混凝土的弹粘塑性、地裂缝两侧上、下盘土层相对错动位移变化,进行了地裂缝隧道永久衬砌结构分缝支护、初次衬砌和永久衬砌中间复合无缝沥青混凝土衬砌的力学响应特性分析。结果表明沥青混凝土复合衬砌能够抑制地裂缝错动位移条件下永久分缝衬砌段的水平位移和旋转位移,其流变变形调整和改善了永久分缝内衬的受力状态,减小了地裂缝附近衬砌结构的集中受拉受压作用。     

无限弹性介质中隧道内爆炸动力响应的解析解

基于圆柱形薄壳结构理论,建立爆炸荷载作用下隧道结构的动力平衡方程.采用积分变换法求得Fourier变换域内爆炸荷栽作用下隧道位移场的积分表达式.结合具体算例,采用离散Fourier逆变换的数值计算方法,给出了爆心处隧道位移时程曲线、最大正应力时程曲线及某一时刻隧道位移幅值和最大正应力在x方向的变化曲线.其结果与数值计算结果相一致,验证了方法的可行性.