一种深埋隧道地震响应计算方法

本文通过考虑松动圈围岩强度降低、松动破裂形成的垫层效应以及地震波的绕流效应,提出使用松动圈折减系数R来计算隧道的地震响应.在衬砌结构随地层运动内力理论解基础上,以S波为例,推导了考虑松动圈减震作用的计算方法.运用有限差分软件FLAC3D中的动力模块对隧道松动圈减震问题进行了数值模拟,并与衬砌结构随地层运动内力理论解及建议的松动圈折减系数法进行对比.结果表明,在充分考虑松动圈存在的情况下,使用松动圈折减系数法计算出来的结果与数值模拟结果较为吻合(最大弯矩误差值为8.28％,最大剪力误差值为10.68％),较衬砌随地层运动理论解法更为精确(最大弯矩误差值为62.13％,最大剪力误差值为50.49％).该方法计算思路和概念清晰,计算公式简洁明了,计算量较小,便于实际应用.     

地震作用下深埋隧道围岩形变的数值模拟研究

隧道围岩受地震荷载作用影响产生开裂变形,给交通、安全与经济带来极大影响,为提升隧道安全稳定性能,以某市隧道为对象,研究地震作用下深埋隧道围岩形变的数值模拟。综合考虑地震动作用与地震波扩散特性,利用FLAC软件构建三维动力模型;通过边界设置解决地震波反射问题,基于物理力学参数与地震荷载条件,通过相对变形法研究地震条件下深埋隧道围岩变形特性、能量聚集特性与安全性能。研究结果显示:深埋隧道围岩受地震荷载作用影响,形成挤让、椭圆化的变形走向;变形达到最高值时,应变能量密度高于2350 J/m^3的区域集中在隧道Ⅰ洞左侧围岩边墙和中夹岩柱上;各监测点安全系数呈非对称性,隧道右侧下角区域安全系数低于国家相关标准,计算结果与实际测量结果一致。     

土性参数纵向不均匀对盾构隧道地震响应影响的初步分析

目前一般将土体假设为匀质单层模型或匀质分层模型进行研究,不考虑土性参数沿纵向的不均匀分布对隧道等地下结构地震响应的影响。通过某具体工程,建立均匀土体-隧道模型和纵向不均匀土体-隧道模型,计算并对比分析两种工况时结构的相对变形及受力。结果表明:在给定的计算工况下,土性参数纵向不均匀时对隧道结构变形与受力有一定的影响,但影响程度不大,主要原因可能是隧道尺寸较小、地震动幅值较小以及场地条件较好。今后还需进行广泛的参数分析以探讨一般性的规律。     

高烈度区隧道洞口段地震响应研究

在地震高烈度区,公路隧道有可能遭受严重震害,尤其是洞口段,为抗震薄弱区.采用FLAC3D软件,从土-结构相互作用模型出发,运用数值分析方法对隧道洞口段进行了动力时程分析.分析认为,在抗震设计中应重视隧道仰拱以及墙脚处于不利位置的情况,加强配筋;在施工中要充分重视围岩的作用,使其能与结构共同作用,减轻结构的损害.     

基于陈列柜边界条件的馆藏文物地震滑移响应试验

为保护馆藏浮放文物,采用振动台试验方法研究了地震作用下基于不同陈列柜边界条件下的文物滑移响应.根据展柜原型制作了1∶1比例模型,分别考虑陈列柜底部浮放及固定于振动台面,进行了振动台试验.通过白噪声激励获得了两种边界条件下陈列柜的基频;通过对模型分别输入不同类型及不同强度的地震波,研究了地震作用下陈列柜及文物的震害形式,对比分析了两种边界条件下典型节点位移、加速度响应及动力放大系数.结果表明:无论陈列柜处于固定还是浮放状态,其基频远大于地震波卓越频率,因此震害较轻;对浮放文物而言,当地震波强度较小时,不同条件下文物的滑移响应为陈列柜浮放＞陈列柜固定条件;当地震波强度较大时,由于陈列柜与振动台面的摩擦减震作用,文物的滑移响应为陈列柜浮放＜陈列柜固定条件.为减小文物的滑移响应,陈列柜宜以浮放形式为主,并保持适当的间距.     

地震荷载作用下兰州地铁隧道结构动力响应

根据《兰州轨道交通1号线一期工程地震安全性评价报告》所给出的100年超越概率63%、10%和2%的场地基岩地震加速度时程,利用有限差分软件进行地下隧道硐室的地震反应分析。在模型底部施加基岩地震动,设置监测点监测衬砌结构的弯矩、轴力及剪力随时间的变化过程,得到100年超越概率63%、10%及2%工况下的隧道结构地震响应。结果表明:隧道衬砌结构最大弯矩位于拱顶处,最大轴力位于拱顶和拱底处,最大剪力位于上侧壁或下侧壁处;隧道结构内力随着超越概率的降低而增大;以超越概率63%的结构最大内力为基准值,在超越概率10%和2%时,弯矩分别增大1.2和1.7倍,轴力分别增大1.3和1.5倍,剪力分别增大1.5和2.9倍,增幅最大。这可能预示着隧道结构在强地震动作用下会发生剪切破坏。     

地质条件对隧道地震响应的影响因素研究

地质条件对隧道的地震响应的影响因素研究,目前已有较多研究者开展,但多数研究者关注单因素研究,但对多因素及各因素间相互作用关注较少.本文以华丽高速公路典型隧道为工程背景,将其抽象为数值算例,并基于正交设计及均匀设计等试验方法,分别研究地质条件中岩体的力学效应、应力状态效应、结构面的力学效应对隧道的影响.研究结果表明:对于...     

斜入射SV波作用下设置减震层隧道的地震响应

对于距离隧道较远的浅源地震,地震波是以一定角度倾斜传播到隧道近场并对隧道造成破坏。本文采用有限元方法研究了SV波入射角和减震层对隧道地震响应的影响。利用黏弹性人工边界和等效节点力公式建立了二维斜入射SV波的输入方法,并通过算例验证了该方法的准确性。基于所建立的输入方法,研究了有和无减震层隧道在不同入射角下的地震响应,并分析了减震层环向长度的影响。数值结果表明：1)二次衬砌的拉伸损伤和内力峰值随着入射角的增大而增大;2)减震层在不同的地震波入射角下具有良好的减震效果,减震效果随着入射角的增大而减小,且减震层可以减小二次衬砌的竖向加速度分量;3)减震层的环向长度会影响隧道的减震效果。     

断层演化过程中的周期和非周期地震滑移及非地震滑移一维断层模型分析

本文首先根据Dieterich和Ruina提出的含速率和状态的摩擦定律(Dieterich-Ruina定律), 基于一维弹簧-滑块模型推导了地震复发周期的解析表达式, 然后将该近似解与数值模拟结果以及Barbot等的相关研究进行了对比分析． 此外, 本文还利用数值模拟与理论分析研究了断层周期和非周期演化的力学成因机制以及非地震滑移形成的另类力学机制, 并讨论了一维弹簧-滑块模型的优点及其局限性． 结果表明: ① 震后滑移和自加速/成核阶段的持续时间在整个演化过程中不能被忽略; ② 在修正后的复发周期模型中, 复发周期的长短除了与断层特征尺度、 作用于断层面上的有效正应力和远场加载速率相关外, 还受Dieterich-Ruina定律中摩擦参数的取值以及临界滑移距离的影响; ③ 当给定各个物理参数和几何参数时, 目前所得到的解析近似解可以很好地估计地震的复发周期, 其相对误差可小于5%; ④ 在断层演化过程中, 施加剪切应力加载会产生非周期的地震滑移, 而在自加速/成核阶段后期或震后滑移阶段早期, 施加较大的剪切应力加载, 则会出现非地震滑移．      

嵩岳寺塔地震响应及最不利受力状态分析

采用数值模拟方法对嵩岳寺塔在多遇、设防和罕遇地震作用下的地震响应及最不利受力状态进行了分析,为后续结构安全动态监测提供了基础数据。分析结果表明:质量和刚度关于中轴面呈对称分布,塔身结构整体性较好。地震作用下,结构呈现一阶弯曲变形,没有表现出明显的鞭梢效应。1层塔身的变形最为严重,是结构的薄弱环节。罕遇地震作用下,上部塔身开始进入弹塑性状态,其他情况下仍处于弹性状态。结构承压性能较好,但门洞顶部的水平抗拉承载力存在一定不足,7层以下塔身外侧的竖向抗拉承载力存在一定不足,12层以下塔身中轴面附近的抗剪承载力存在一定不足,且门洞顶部受剪最严重。     

地下综合管廊土-结构接触面参数对地震动力响应的影响数值分析

为研究土-结构接触面参数对地下综合管廊地震动力响应特征的影响,建立动力有限元数值模型,模型边界采用激励侧固定边界、远离激励侧黏性边界、其余侧自由场边界的优化组合动力边界,土体本构采用HSS模型,接触面采用改进Goodman单元,动力荷载考虑三种情况(Rayleigh波的作用、底部激励了美国加利福尼亚Upland地震波以及前两者的共同作用),分别研究不同地震动输入、接触面折减系数的改变对综合管廊内力及加速度的影响。研究结果表明:在相同的折减系数条件下,与静力作用相比,动力作用下的结构内力明显增大,综合管廊设计时应考虑地震荷载作用下内力增大的情况;随着界面折减系数的增加,正弯矩极值减小,负弯矩极值增大,加速度峰值增大;在相同接触面折减系数条件下,底部地震波输入产生的结构内力极值显著高于仅有Rayleigh波输入的情况;考虑Rayleigh波和地震波共同作用条件下,引起的管廊结构内力极值与仅考虑底部地震波输入时的结构内力极值差异不大。研究成果可供地下综合管廊结构地震响应精细化数值模拟及抗震设计参考。     

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。     

地铁车站与隧道连接处地震响应分析

结构截面刚度突变处是地下结构抗震的薄弱部位,为研究地铁车站与隧道连接处的地震响应,本文建立有限差分数值模型,分析地震作用下车站与隧道连接处的薄弱部位、连接处附近的侧墙变形分布特征以及地表沉降分布特征,重点探究埋深、地震动特征以及周围土体刚度对连接处隧道应力的影响.结果表明:连接处端墙底部跨中、端墙洞口的顶部和底部是抗震...     

跨越断层地下管道地震反应研究

本文采用圆柱壳单元模拟地下管道,用有限元模拟手段建立了管道-土相互作用分析模型,采用非线性接触问题分析方法分析了管道因断层运动而产生的反应,通过大量数值计算,对影响管道地震反应的各种因素进行了研究,如断层位错量、管道跨越角、断层运动方式、管道埋设深度、管道初始轴向力、断层裂缝宽度、管道径厚比等,得到了一些规律性的结论。     

斜入射条件下地下结构时域地震反应分析初探

通过采用平面波和远场散射波混合透射的应力人工边界条件,得到了地震波斜入射的解析方式,以此为基础建立了地震波斜入射条件下,土体与地下结构动力相互作用的时域计算分析模型。以实际建设的南京地铁某车站结构为研究对象,应用大型通用有限元分析软件ANSYS,进行了地震波斜入射条件下地下结构时域地震反应的计算和分析。初步结果表明:在地震波斜入射的情况下,地下结构的动力反应与地震波垂直入射时有较为明显的差异。     

沉管隧道纵向抗震韧性评价方法研究

抗震韧性是评估结构抗震性能的重要手段,但目前对沉管隧道纵向抗震韧性评价的研究较缺乏。基于梁-弹簧模型建立能够合理考虑沉管隧道结构特征及接头构造的沉管隧道多尺度分析模型,选择合理的评估指标,根据不同极限状态定义获得地震易损性曲线,通过构建合理的性能恢复函数计算隧道韧性指数,从而建立沉管隧道抗震韧性评估方法,并以某沉管隧道实际工程为例进行隧道抗震韧性分析,揭示地震动强度及地层-结构相对刚度比等关键参数的影响规律。研究结果表明,随着PGA的增加,隧道震后剩余功能函数显著下降,隧道抗震韧性明显降低;隧道韧性指数随着地层-结构相对刚度比的增大而增大。     

饱和土体-地下综合管廊结构地震响应分析

将土体视为固-液两相介质,基于饱和土体有效应力原理,建立饱和土体-地下综合管廊结构体系相互作用动力模型:在地应力平衡的静力状态下采用Duncan-Chang非线性弹性本构模型,在地震波作用的动力状态下采用Davidenkov非线性黏弹性本构模型;考虑饱和土体黏弹性动力人工边界条件,将地震动作用转化为作用在人工边界节点上的动力荷载。模型考察不同地震波时程、地震波加速度峰值、入射角度、孔隙率以及地应力场的影响,得出如下结论:(1)地震波的卓越周期与场地卓越周期相近时引起结构上的变形最大;随着地震波加速度峰值的增大结构变形增大;随着地震波入射角度的增加结构变形增大,地震波斜入射情况下产生的行波效应使得结构变形最大。(2)土体材料的孔隙水压力是影响地震中结构变形的主要因素之一。(3)将土体材料考虑为单相介质时结构上的变形要比考虑为固-液两相介质时大得多,直接将饱和土体场地中得到的地震波等效荷载施加到单相土介质-结构动力相互作用模型上,能够得到与完全基于有效应力法一致的结果。     

盾构隧道纵向地震响应简化动力有限元法分析（英文）

本文重点关注对盾构隧道的纵向地震响应分析方法的研究,提出了一种简化的动力有限元分析方法。这种方法采纳了响应位移法的一些基本思想,采用和响应位移法一样的环梁和土弹簧模型,但采用动力有限元法来评估地基地震动,而摒弃了响应位移法中采用的地基振动为谐波形式的假定。与响应位移法相比,简化动力有限元法能够提高地基震动的计算精度,从而提高结构响应的计算精度;而与三维连续模型相比,新方法的计算规模小得多,从而能够大幅提高计算效率。然后,本文分别采用相应位移法和新提出的简化动力有限元法,对武汉长江隧道盾构段隧道进行了纵向地震响应分析,并对这2种方法计算结果的差异进行了分析。