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。     

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。     

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。     

盾构隧道联络通道地震响应规律研究

联络通道与盾构隧道的连接处是隧道抗震的薄弱环节,但目前有关联络通道抗震性能的研究开展得还很少。对于隧道与联络通道连接部位这类典型的空间结构,三维动力有限元分析是最为有效的方法,而其中的人工边界条件和地震动输入方法是实现这一方法的关键技术之一。本文以显式形式将多次透射边界条件引入三维动力分析控制方程,采用分割算法分别求解边界节点和内部节点的响应,然后以对武汉长江隧道工程为背景,利用这种算法研究了隧道与联络通道连接处的地震响应规律,并对采用柔性搭接代替刚性接头和地基加固两种措施的减振效果进行了计算分析。     

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...     

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。     

地铁盾构隧道开挖对邻近立交桥桩基影响分析

采用广州市轨道交通十三号线二期工程西彩区间盾构隧道项目资料,使用三维有限元模拟的方法,研究盾构隧道施工对立交桥桩基产生的影响.由于该区间盾构隧道下穿德尼立交桥,需进行桩基托换,从桩基托换及盾构掘进的设计、施工特点出发,针对所提出的不利影响开展三维建模及数值计算.分析结果表明:桩基托换和盾构开挖均对土体造成了一定程度的扰动,引起的桩基竖向位移较大,随着桩基托换和盾构开挖施工的进行,结构位移变化呈现先逐步上涨,后趋于稳定的趋势.根据数值计算结果的位移大小,均在规范的安全控制值内,不影响既有立交桥的结构和运营安全,并一步提出相应的施工建议.     

断层错动下盾构隧道抗震措施研究

采用混凝土塑性损伤本构模拟盾构管片,建立三维有限元壳-弹簧模型,开展了在45°断层错动下盾构隧道结构响应的静力弹塑性分析。研究表明,在正断层和逆断层错动下,衬砌受压损伤最大值均分布在拱顶处,衬砌受拉损伤最大值均分布在拱腰处;正断层错动下,环间螺栓易发生受拉破坏;逆断层错动下,混凝土管片易发生拉压损伤破坏。替换断层附近土体为软土的同时提高螺栓强度等级,可有效抵御较大的断层错动位移。研究对断层错动下盾构隧道的抗震措施具有一定参考价值。     

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。     

正断层黏滑错动作用下隧道抗错断技术模型试验研究

为提高穿越黏滑断层隧道的结构安全性和稳定性,开展了正断层黏滑错动作用下隧道抗错断措施作用效果室内模型试验。通过分析结构纵向应变、接触压力及安全系数,对未采取措施、结构加强、结构加强并施设减错层、结构加强并施设减错缝、结构加强并施设减错层和减错缝5种工况进行了对比分析。研究结果表明:采用减错措施（减错层/缝或减错层+减错缝）后,沿隧道纵向结构纵向应变、接触压力增加倍数由剧烈变化变为较均匀变化;仅采用结构加强措施抵抗正断层黏滑错动对隧道结构的影响,效果有限;通过采用减错措施消减正断层黏滑错动对隧道结构的影响,效果明显,结构安全系数最小值增加8倍以上;通过采用结构加强并施设减错层和减错缝措施抵抗和消减正断层黏滑错动对隧道结构的影响,效果显著,结构安全系数最小值增加25.45倍。研究成果可为高烈度艰险山区黏滑正断层隧道的抗错断设防设计提供参考。     

盾构隧道横向抗震设计分析方法与验证

随着地下空间大规模的开发和利用,建立地下结构的抗震设计规范已迫在眉睫。目前国内外学者在隧道的横向抗震分析方面提出了多种分析方法,包括地震系数法、相对刚度法、BART法、响应位移法、St.John法、Shukla法、Penzien法等,但这些方法均有其各自的局限性。文中主要介绍了上海市《地基基础设计规范》推荐的简化分析方法及响应位移法。同时,结合隧道地震响应的离心模型试验,验证了响应位移法的可行性与合理性。     

行波作用下盾构法隧道复杂系统的弹塑性地震反应分析

本文基于盾构法隧道等效连续化计算模型,利用有限元法建立了在地震行波作用下复杂盾构法隧道系统弹塑性受力分析的模型和求解方法。通过算例验证了有限元法的适用性。对上海市穿越黄浦江的延安东路盾构法隧道复杂系统进行了地震行波作用下的反应分析,得出在地震作用下隧道内力大小、分布及其影响因素的诸多结论。     

地震作用下埋地弯管变形传递系数分析

由于管道与土体的刚度相差较大,在振动荷载下,两者的运动不能相互协调,致使在研究管道破坏方面,管土之间的变形传递是一个极其重要的研究方向.目前学者对弯管的管土变形传递研究做得较少.本文通过弯管与土体的缩尺振动台试验及三维有限元模型,得出了地震作用下埋地弯管的变形传递系数的拟合公式.然后将试验结果与拟合公式的计算结果和有限...     

非一致地震激励地下综合管廊振动台模型试验研究(I)——试验方法

针对浅层软土中埋设的矩形截面地下综合管廊进行了非一致地震激励下的振动台模型试验研究。作为首个此种类型结构非一致激励的振动台试验工作,本文主要介绍试验方法,重点包括试验方案设计、开洞试验模型箱与模型结构设计,根据试验的特殊要求而开发的土体滑移传感器和地下结构接头位移测量装置,以及人工合成输入地震波动时程的方法与步骤。上述试验设计方法可供今后类似试验工作参考。试验结果分析及数值模型验证结果将在后续系列论文中介绍。     

基于小型超高性能混凝土壳的装配式柱脚连接抗震性能试验研究

常规装配式混凝土柱脚连接常采用灌浆套筒作为连接方式,为克服地震作用损伤集中于连接区而不利于抗震和修复的问题,提出了一种基于小型超高性能混凝土(UHPC)壳的装配式柱脚连接。采用UHPC预制成环形壳状,设置于预制混凝土柱脚区域,控制该柱脚连接在地震作用下损伤出现的部位。进行了3个足尺试件的试验,对比分析了滞回和骨架曲线、强度和刚度退化以及耗能能力,研究了预制UHPC壳尺寸对抗震性能的影响,提出了骨架曲线简化计算模型。结果表明：该连接形式在地震作用下的混凝土破坏区域转移至UHPC壳上边缘;抗震性能总体良好;较厚较短的UHPC壳更加有利于提高基于小型UHPC壳的装配式混凝土柱脚连接的抗震性能;提出的简化计算模型在一定程度上反映了该连接的内在机理,可用于该连接形式的分析和设计。     

水平嵌筋加固砖砌体墙抗震性能试验研究

以嵌缝胶泥作为嵌缝材料,针对不同高宽比和不同配筋率的6片墙体进行了拟静力试验,探讨了嵌筋加固砖砌体墙的破坏特征、变形能力、承载能力、耗能能力、滞回特征及刚度退化等抗震性能,建立了以试验为基础的嵌筋加固砖砌体墙的抗剪承载力计算公式。研究结果表明:高宽比为1.8的试件,嵌筋墙体较无筋墙体水平抗剪极限承载力提高了17%~31%,延性提高了54%~83%;高宽比为0.5的试件,嵌筋墙体较无筋墙体水平抗剪极限承载力提高了13%~17%,延性提高了17%~20%,嵌筋加固墙体滞回环饱满,耗能能力有较大幅度提高,破坏形式由脆性破坏转变为延性破坏,嵌筋对墙体初始刚度的影响较小,给出的抗剪承载力公式计算值与试验值接近,为工程应用奠定了基础。     

机械连接预应力实心方桩承台节点抗震性能试验研究

预应力管桩在高烈度抗震设防地区已禁用,而普通钢筋混凝土方桩成本较高。首先针对卡扣式机械连接预应力混凝土实心方桩、PHC管桩和普通钢筋混凝土方桩与承台处的节点进行拟静力试验,并利用试验数据针对Park-Ang损伤模型进行了修正,进行了损伤指数分析。研究结果表明:预应力方桩比普通钢筋混凝土方桩的抗裂性能明显好,而预应力混凝土实心方桩承台节点耗能能力和延性低于预应力管桩和普通钢筋混凝土方桩;截桩施工导致桩端部损失部分预应力,相比较未截桩试件屈服荷载和极限荷载均减小,节点裂缝开展较早,损伤较未截桩试件严重;增配普通钢筋试件的滞回曲线比较饱满,水平承载能力和位移延性得到提升,节点抗震性能得到提升与改善;预应力混凝土实心方桩损伤前期较小,而一旦发生损伤后,损伤指数发展较快。     

型钢连接装配式低矮剪力墙抗震性能试验研究

采用带锚筋的锚板、腹板、端板以及加劲板作为连接件,能够通过干式连接方法将上下预制剪力墙构件连为整体。为研究该新型全装配式剪力墙的受力性能和抗震性能,设计了2个剪跨比为0.783的试件和1个相同剪跨比及配筋率的现浇整体墙体,并进行了低周往复拟静力试验,分析了该全装配式剪力墙的承载能力、刚度、延性性能和耗能能力等。研究结果表明:现浇整体墙体和全装配式剪力墙的破坏形式均为受剪破坏,全装配式剪力墙的极限位移角大于现浇整体墙体极限位移角,分别为1/77和1/133,轴压比为0.3时平均延性系数3.47,低于现浇整体墙体平均延性系数4.62;但该全装配式剪力墙具有较高的承载能力和耗能能力。型钢与剪力墙的锚筋需采用穿孔塞焊的形式连接,避免锚筋与锚板焊接的位置发生剪断的现象。