断层错动对隧道的影响分析

隧道通过潜在地震地区时.存在活动断层的错动形成的重大工程地质问题的威胁.基于断裂儿何学和震源的运动学特征,以广州地区活动断裂为研究背景,通过在断层左右盘施加一定的速度荷载,模拟了断层错动达到0.28 m时对隧道的影响.得出隧道结构在断层错动影响下的位移和应力的变化规律.分别建立隧道结构距离断层50 m、100 m、150 m三个模型,比较了三种情况下的位移和应力状况.归纳出隧道与断层之间的安全距离.     

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。     

康西瓦断裂错动对近断层隧道影响的数值模拟分析

断层错动会对近断层隧道工程造成破坏。为研究逆断层错动对近断层隧道结构产生的影响,以新疆地区拟建隧道的地质背景为依托,利用ABAQUS有限元软件,建立与逆断层走向平行的隧道结构的力学模型。针对隧道与断层破碎带的不同间距、不同断层位错量下的隧道结构反应规律和变形特征进行对比分析。研究结果表明：逆断层错动引起的隧道衬砌结构变形均发生在靠近断层破碎带一侧,随着隧道结构与断层破碎带间距的不断增大,隧道结构受到逆断层错动影响产生的竖向位移和损伤值均不断减小;随着断层位错量的增加产生的竖向位移和损伤值均增大;且受压损伤值始终大于受拉损伤值。断层错动作用下隧道结构产生损伤破坏的临界位错量为0.8 m,隧道与断层破碎带间距的临界值为30 m。     

地震动和断层错动联合作用下隧道纵向响应解析解

隧道穿越地震活动断层带时可能遭受严重破坏,以内马铁路一期三标段工程为依托,对地震动和断层错动联合作用下隧道结构纵向响应进行研究。针对穿越断层破碎带的隧道结构,基于地下结构抗震拟静力法,将其简化为弹性地基梁,并将地震动和断层错动位移简化为作用在隧道上的静荷载,建立地震动和断层错动联合作用下隧道纵向响应理论模型并进行求解,利用有限元数值模拟方法验证解析解的正确性。通过解析解进行参数敏感性分析,揭示断层错动位移、两侧围岩地基系数与断层破碎带地基系数比及围岩与隧道结构刚度比对隧道结构纵向响应的影响规律。研究结果表明,断层错动位移增加使隧道结构截面弯矩、剪力峰值接近线性增加,隧道内力沿隧道纵向分布的影响范围不变,且断层破碎带界面出现了截面剪力突变;两侧围岩地基系数与断层破碎带地基系数比对隧道结构截面剪力的影响较大,在地震动和断层错动联合作用下隧道结构剪力在断层破碎带界面急剧减小;随着围岩与隧道结构刚度比的减小,地震动引起的隧道挠度减小,断层错动作用引起的隧道挠度变化范围增大,同时隧道结构内力响应明显增大。     

华东地区现代地壳应力场及地震断层错动性质

使用143组中、小地震单震震源机制解和17组小区域综合机制解资料,统计分析了华东地区的现代构造应力场特征。华东地区现今处在NEE向(80°左右)主压、NNW向(350°左右)主张应力场的控制下;主应力作用方式以水平和近水平为主。在应力场方向和作用方式基本一致的背景上,不同地震构造分区存在一些差异,这些差异可能与相应区域主要活动断裂的主体分布方向有关,可能表征了现存构造对地震错动特征的影响和控制作用。现代中、小地震震源机制解,历史中、强地震和现代有感地震最内等震线长轴方向等资料显示华东地区地震主要沿NE,NW2个方向破裂错动,兼有NNE,NEE,NWW或近EW方向。以走滑和近走滑方式为主,兼有少量斜向滑动。地震断层的错动方式存在某些分区差异。华东地区历史中、强地震以NE向破裂错动为主,而现代中强地震在陆域以NW-SE为主,海域NE,NW兼有     

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。     

断层破碎带注浆加固对跨断层隧道减震效果的试验研究

隧道跨越断层区段是地震中最容易发生破坏的区域之一。为研究注浆加固断层破碎带对于跨断层隧道的减震机制与效果,设计了断层内有、无注浆加固的2种模型,采用1-g振动台试验,输入汶川地震动记录,测试隧道衬砌的加速度响应和应变响应时程。分析试验结果发现,跨断层隧道的最大加速度响应和最大Arias烈度均位于断层破碎带与上盘岩体交界处,隧道衬砌最大动应变分布在该交界面侧的隧道拱肩部位和断层破碎带侧的拱底部位;注浆加固可以显著减小该处的加速度响应和Arias烈度,并降低隧道衬砌环动应变沿纵向的差异。通过注浆加固破碎带提升断层内隧道周围的地层物理力学特性以减小隧道纵向地层性质差异,可以有效减小跨断层隧道的加速度放大效应与变形差异。     

山东及附近区域地震断层错动性质与地壳应力场特征

利用P、SH、SV波的初动及振幅比获得2001年4月至2012年8月山东及附近区域132次地震震源机制解,对该区域地震断层的错动性质及地壳应力场特征进行分析.结果表明,山东及附近区域地震断层错动的基本方向为北东向和北西向,错动方式以走向滑动为主,部分为斜向滑动.分区研究表明：聊考断裂带附近区域所受挤压作用相对较强,逆断型地震破裂较多;胶东半岛及北侧海域所受拉张作用略占优势,逆断型地震破裂较少;沂沭断裂带南部附近区域逆断型与正断型的地震破裂所占比例差别不大.     

山岭隧道洞口段设置减震层的振动台模型试验研究

为了解减震层在地震过程中对隧道衬砌及围岩仰坡动力响应的影响,针对山岭隧道洞口段开展振动台物理模型试验研究,模型试验按有无减震层分为两组工况。试验结果表明:减震层的存在可以有效减弱洞口段衬砌加速度与位移的放大效应,减弱围岩振动向衬砌的传递;衬砌的应变反应在设置减震层后明显减小,特别是应变反应较大的两侧拱肩和拱脚位置,减震层的设置使衬砌的动应变接近均匀,随着地震次数的增加,减震层并不会失效,减震效率反而会有所增强;而减震层的设置不能改变围岩的加速度反应,坡面随高程的放大效应依然明显,较易发生局部的滑塌破坏,特别是高位滑塌,但坡面均为浅层破坏,不会对衬砌产生附加荷载作用,但需要注意的是滑塌的围岩会掩埋洞口,将严重影响隧道的正常使用。     

山岭隧道洞口段地震响应振动台模型试验研究

通过对已有震害的调查发现,洞口段为山岭隧道抗震的薄弱环节,容易发生边坡失稳及衬砌结构的损坏。对隧道洞口段进行了大型振动台模型试验研究。研究结果表明:由于洞口仰坡临空面的存在,在距离洞口一定范围内会出现加速度的"放大效应",这种"放大效应"会导致衬砌间的非一致振动;应变结果显示:衬砌结构主要以横向受力为主,地震附加应力主要集中在拱肩和拱脚,这些部位为衬砌结构抗震的薄弱环节,试验中距洞口一定距离处的衬砌结构最先破坏,故洞口加速度的"放大效应"并不代表衬砌结构地震反应内力的放大,洞口处衬砌结构惯性力不是结构地震反应附加内力的主导部分;洞口仰坡的坡面位移随着高程的增大呈抛物线形增长,衬砌结构整体变形为椭圆形,变形较大的位置为拱肩和拱脚;随着地震波的逐级加载,洞口仰坡发生推动式滑坡,从而引起衬砌结构的破坏,施工缝的存在消耗围岩变形对衬砌结构产生的附加内力,有助于衬砌结构抗震。试验研究结论可供软弱围岩下山岭隧道洞口段的抗震设计参考。     

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。     

加筋土石坝小型振动台模型试验分析

土石坝振动台模型试验是认识坝体地震破坏过程和检验抗震措施效果的重要手段之一。针对2种坝体材料,利用小型振动台,开展了一系列不同加载工况、不同加筋方式的土石坝小型振动台模型试验。试验结果表明：①2种坝体材料的初始破坏都首先从坝顶开始,表明坝顶是抗震的关键部位,与已有研究成果基本一致;②相同加载条件下,级配较差的碎石料模型坝的抗震性能优于砂砾石料,表明相对于级配,堆石料自身的性质对土石坝抗震性能的影响更大;③由细铁丝网和纱布组成并在坝坡采取包裹处理的复合加筋的抗震措施,抗震效果优于平铺纱布、平铺纱布且在坝坡包裹处理、平铺细铁丝网等的抗震措施。研究成果可供进一步开展土石坝大型振动台模型试验的材料选择、抗震措施设计等参考。     

近断层地震作用下基础隔震层组合限位振动台实验研究

近断层脉冲型地震作用下,基础隔震结构隔震层会产生过大变形,导致隔震支座侧倾失稳,隔震体系破坏。设计制作了3层基础隔震钢框架实验模型和11种U型钢板I型铅棒组合限位器,进行了U型钢板静力加载实验和近断层脉冲型地震作用下基础隔震层软碰撞限位振动台模型实验。实验表明：①静力加载时,U型钢板具有很好的弹性性能;②动力作用下,组合限位器残余变形较小,仍具有良好限位复位能力;③近断层地震作用下,基础隔震层软限位效果良好,同时控制上部结构层间变形在允许范围内。     

基于振动台试验的黄土场地效应研究

地震作用下黄土场地对地震波不同分量的放大效应影响显著。针对黄土高原典型黄土场地在地震作用下的放大效应,设计并完成大型地震模拟振动台试验,通过输入不同强度的地震动荷载,研究黄土场地加速度（PGA）放大系数、傅里叶谱、加速度反应谱、H/V谱比与地震动强度和场地高度的变化规律,揭示地震波不同分量对黄土场地效应的影响。结果显示：黄土场地对地震波的水平分量具有明显的放大效应,对地震波垂直分量的放大效应影响较小;随着高程的增加,地震波水平分量PGA放大系数呈现非线性变化;随着地震动强度和高程的增加水平分量卓越频率的频段和幅值逐渐增加,卓越频率向低频偏移,放大倍数呈现出非线性特性。     

土钉支护抗震性能的振动台试验研究

为研究土钉支护结构体系的抗震性能,设计并完成了土钉支护边坡1：12比尺的振动台试验,研究了土钉支护边坡的动力反应特征和规律。结果表明：土钉支护边坡坡面的最大变形主要发生在边坡坡腹处,坡顶与坡趾的变形相对较小;增大土钉倾角会增大边坡的侧向位移,增加土钉长度以及减小土钉间距则会减小边坡侧向位移;土钉支护最大作用带基本位于土钉支护区的中前部,呈折线形,与计算假设的圆弧形不同,而且该作用带与滑裂面的位置并不相同;边坡土体中部和下部的加速度放大系数较小而且比较接近,边坡上部土体的加速度放大系数则较大。     

土-结构群相互作用体系地震响应振动台试验研究

设计并开展一系列土-结构群相互作用体系振动台试验,考虑结构数量、地震动类型与幅值等参数,研究土-结构群相互作用对结构及场地土响应的影响,并对模型土参数确定方法进行分析。研究结果表明,地表建筑物的存在并不总是减小自由场地面运动,但地面运动随着地表结构数量的增加而降低;土-结构群相互作用对位于结构群中心的结构响应影响最大,且会放大土体卓越频率附近的响应成分;不同评价指标之间具有不同的侧重点,但均可较好地评价结构群之间的相互作用;输入地震动的总能量越高,土-结构群相互作用越明显。     

Shaking Table Test Study on Dynamic Characteristics of Bridge Foundation Reinforcement on Slopes

With the fast development of bridge construction in mountainous and seismic areas, it is necessary to conduct related research. Based on the design of a shaking table model test, here are the following test results:the filtering effect exists in soil and is affected by the dynamic constraint conditions, the amplitude is strengthened around the natural frequency and weakened in other frequency bands in the Fourier spectrum. Since the acceleration scaling effect occurred on a sloped surface, the acceleration response decreases from the outside to the inside in soil. The dynamic response is relatively strong near the slip surface in bedrock due to the reflection of seismic waves. The failure mode of landslide is decided by the slope angle and slipping mass distribution, and the test shows the front row stabilizing piles should keep a proper distance from bridge foundation so that seismic resistance can be guaranteed for the bridge foundation.     

网架减震球型钢支座减震性能振动台试验研究

针对网架结构的受力特点,提出了一种新型网架减震球型钢支座.按照相似原理制作了网架减震球型钢支座的缩尺模型,并通过模拟地震振动台试验系统地研究了这种支座在地震作用下的减隔震性能.试验结果表明,网架减震球型钢支座能够有效阻隔地震动向上部结构的传递,滞回环饱满、等效阻尼比大,具有良好的隔震及减震耗能能力.     

地震作用下均质土坡动力特性的振动台试验研究

设计并完成比例尺1∶100的边坡振动台模型试验,讨论模型的相似关系、传感器的布置及模型的建造,并编制相应的动荷载加载方案。通过输入不同类型、不同幅值、频率的动荷载,分析模型边坡在地震作用下的动力响应规律以及地震动参数对边坡动力特性和动力响应的影响。试验结果表明,在坡体的表面和坡内的竖直方向上,加速度放大系数均随着高程增加而明显增大。当输入不同压缩比的地震波时,压缩比越大坡体的动力响应越明显,即随着输入动荷载的频率增加,越接近土体的自振频率加速度放大效应越明显;在坡体的同一高程处,坡面的加速度放大系数略大于坡体内的加速度放大系数,表现出一定的趋表效应,同时随着输入地震波振幅的增加,加速度放大系数整体出现递减的趋势。实验结果分析有助于揭示土质边坡在地震作用下的失稳破坏机制,为今后边坡工程的抗震设计提供积极的参考。     

黄土场地地铁车站振动台试验方案设计与研究

为得到可靠的试验数据,对黄土场地典型断面地铁车站大型振动台试验方案进行设计与研究。根据试验目的和特点,提出黄土场地与地铁车站动力相互作用模型体系相似设计原则,并基于Bockingham的π定理对模型结构进行相似设计;通过室内试验研究模型材料配合比、力学特性及模型制作技术;采用有限元-无限元耦合数值建模方法,分析黄土场地地铁车站地震响应,基于数值模拟结果对振动台试验中的传感器布设方案进行研究;根据西安及周边地区地震环境特点,确定振动台试验输入地震动与加载方案。研究结果表明,试验模型结构宏观震害与数值模拟结果较吻合。本研究可为黄土场地地铁车站、地铁隧道及地下商业街等地下结构振动台试验方案设计与深入研究提供参考。