汶川地震区跨断层带公路隧道震害形成机理分析

?为提高震区断层破碎带段隧道结构的抗震性能,结合震区公路隧道断层破碎带段震害调查资料,对隧道断层破碎带段震害机理及抗减震对策进行研究。研究结果表明:隧道非活动性断层段震害类型与普通段无异,仅需采取抗震措施进行加固即可,震害主要由地震惯性力造成,强制位移影响很小。隧道活动性断层段震害严重,须进行抗震设防,造成严重震害的主要影响因素为断层错动,地震惯性力次之。隧道活动性断层段须采取抗震措施与减震措施相结合的对策共同应对。     

汶川地震区典型公路隧道衬砌震害类型统计分析

汶川地震对震区公路隧道结构造成了严重的破坏,这严重影响了灾区震后救援和灾后重建。为了保留汶川地震灾区公路隧道震害的珍贵资料,对震区公路隧道震害资料进行了搜集、整理、统计和分析。首先按照隧道结构拱部、边墙、仰拱及附属结构进行统计和分析,再对影响隧道震害的六个因素(震中距、地质条件、断层、竖向地震、支护结构及施工质量)进行了研究,并得出了一些抗震设防启示及建议。研究成果一方面为研究汶川地震震区公路隧道震害机理提供了基础资料,另一方面对于进一步研究高烈度地震区公路隧道抗震及减震技术起到了推动作用。     

汶川特大地震中山岭隧道变形破坏特征及影响因素分析

汶川大地震造成位于震中附近的都江堰-汶川公路多座隧道严重受损。本文通过现场调研、资料收集与分析,将地震区山岭隧道变形破坏的基本类型概括为洞口边坡崩塌与滑塌、洞门裂损、衬砌及围岩坍塌、衬砌开裂及错位、底板开裂及隆起、初期支护变形及开裂等。分析其影响因素,认为发震断裂的次级断层、基覆界面、洞口不稳定斜坡、高地应力环境下的软弱围岩对隧道强烈震害具有控制作用。以汶川地震给予隧道抗震的启示,建议强震区的山岭隧道应将洞口边坡防护、洞口明洞和洞门结构作为一个系统进行综合设计,在条件允许的情况下尽可能采用削竹式洞门结构;隧道穿越活动断裂带的次级断层时在其两侧一定范围内二次衬砌应采用钢筋混凝土结构;基覆界面、围岩软岩与硬岩之间的过渡地带、围岩质量突变地带等应采用改善围岩力学性质且让其渐变的措施进行处理。     

强震区隧道洞口软硬岩交接段围岩注浆抗震措施效果分析

为提高强震区隧道洞口软硬围岩交接段的地震安全性,本文依托老鹰窝隧道工程洞口段,利用有限差分计算软件FLAC3D进行三维动力响应分析,对全环接触注浆、全环间隔注浆两种围岩注浆抗震措施作用效果进行了对比研究。研究表明:（1）两种注浆方式均能有效减小隧道二衬结构的动力响应内力,改善隧道结构的受力特性,从而提高隧道整体的抗震性能;（2）地震荷载作用下,软岩隧道动力响应强于硬岩,且离软硬围岩交界面越近,响应越大;（3）从减小衬砌结构响应内力的角度来说,全环间隔注浆抗震性能优于全环接触注浆。研究成果可为强震区隧道洞口段抗震设防设计提供参考。     

地震高烈度区隧道软硬围岩交接段减震层减震效果分析

为提高位于地震高烈度区隧道软硬围岩交接段的抗震性能,本文以某铁路隧道为研究背景,利用有限元差分软件FLAC~(3D)对隧道软硬围岩交接段不同位置施设减震层的减震效果进行了分析,结果表明:(1)减震层施设于围岩与初支之间的横竖向位移减震效果为25.16%和6.82%,最大、小主应力减震效果为60.46%、54.65%,最大剪应力减震效果为66.97%,最小安全系数减震效果为45.90%～58.71%;(2)减震层施设于初支和二衬之间横竖向位移减震效果为0.79%和0.62%,最大、小主应力减震效果为68.14%、12.71%,最大剪应力减震效果为35.84%,最小安全系数减震效果为29.51%～51.66%。研究成果可为类似工程抗震设防设计提供参考。     

不同地质条件下浅埋偏压小净距隧道围岩稳定性研究

不同围岩条件下浅埋偏压小净距隧道的围岩稳定性相差很大,特别是半软半硬岩层隧道,由于软硬交界面的存在,其施工力学特性更加复杂。使用FLAC3D模拟不同净距下均质硬岩、均质软岩和竖向半软半硬岩隧道施工15种工况,对比分析中岩墙、拱顶上部围岩、仰拱处围岩和边坡的围岩稳定性。结果表明:隧道开挖引起均质围岩中岩墙上部水平位移最大,而半软半硬岩中部水平位移最大,中岩墙上部围岩稳定性最差;0.6B净距可以作为半软半硬岩偏压小净距隧道的临界值;半软半硬围岩隧道开挖引起拱顶沉降量和硬岩隧道比较接近,远小于软弱围岩隧道拱顶沉降;隧道开挖引起软岩侧洞室上覆盖层围岩稳定性变差;隧道开挖引起拱顶上部围岩破裂面整体呈"W"形,仰拱部围岩破裂面呈"M"形。     

软弱围岩隧道掌子面及超前核心土挤出位移特征研究

为研究软弱围岩隧道掌子面及超前核心土的挤出位移特征,用Solexperts AG公司生产的GMD滑动测微计对湄渝高速岐山隧道F215构造破碎带区域进行了挤出位移实测,通过有限差分程序进行系列数值试验,着重研究了隧道穿越软弱围岩期间挤出位移的变化特征,并分析了破碎带长度和硬软岩刚度比的影响。结果表明,(1)挤出位移的大小可反映前方围岩质量,挤出位移在超前核心土内的分布可反映前方围岩的节理裂隙发育情况;(2)隧道开挖在掌子面前方造成的扰动范围大致为1.5倍的隧道开挖跨度;(3)隧道接近前方变化地质区域时,挤出位移的增大或减小具有超前性;(4)软岩段长度在一定范围内会影响掌子面进入软岩区后挤出位移的大小和变化趋势;(5)硬岩与软岩间的刚度比越大,挤出位移变化速率越大,且隧道由软岩区向硬岩区掘进时挤出位移的变化时机越早,而由硬岩区向软岩区掘进时的变化时机不受刚度比影响;(6)可将对挤出位移的监测分析作为超前地质预报的补充手段判断掌子面前方围岩情况。     

汶川地震滑坡与地震参数及地质地貌因素之间的相关关系

在对汶川地震诱发的典型滑坡进行野外调查和相关资料收集、分析和整理的基础上,对汶川地震滑坡与地震参数及坡度、岩土体特性等地质地貌因素之间的相关关系进行了统计分析。结果表明: (1)汶川地震滑坡主要发生在Ⅶ～Ⅺ烈度区, Ⅵ度及以下烈度区中发生的滑坡较少; (2)汶川地震滑坡主要发生在距震中300km的范围内,且距震中200km的范围内滑坡分布最为集中; (3)汶川地震滑坡的易发斜坡坡度为30～50,其中30～40是汶川地震滑坡发育最为敏感的坡度; (4)汶川地震滑坡主要发生在600～1500m的高程范围内,在600～1000m高程范围内的中低山和丘陵区滑坡分布最为集中; (5)砂泥岩、板岩、片岩、千枚岩等软岩类和土质类岩性是汶川地震滑坡的易发岩性,其次是软硬岩组合类,在统计的47个典型滑坡中,花岗岩、碳酸盐岩等硬岩类中发生的滑坡最少,而且由汶川地震直接导致复活的老滑坡也比较少。     

桂西典型岩溶区岩溶震群活动震害防治初探

由于近年来各种极端天气频发,桂西典型岩溶区发生的岩溶震群活动引起广泛关注。岩溶震群活动具有频度高、震级低、灾害大等特点,为探讨岩溶震群活动震害防治,文章以"6·28"震群研究为基础,分析发现桂西典型岩溶区岩溶震群活动震害主要表现为次生地质灾害的危害及岩溶地基对地表破坏烈度的放大作用,岩溶震群活动主要表现为气爆地震及塌陷地震,通过分析其作用机理,从减小地震发生概率出发,文章认为桂西典型岩溶区岩溶震群活动震害防治可从认知、辅助治理、工程治理三个层次进行探讨。     

汶川地震震害特点及成因探讨

在对汶川、都江堰、彭州和北川等地地震灾害调查的基础上,结合大量文献资料,分析了震害特点并探讨了震害成因。认为汶川地震是在特殊的地质构造和地球动力学背景下产生的,地震震害有许多独特之处。地震产生的许多变形带是浅表层局部变形,与浅表层地质条件有关,不是地震断层,破坏性不严重。地貌在地震中有伸缩现象,其中山体部分伸展、河谷地带收缩、地貌伸缩与地震中应力释放和应变恢复过程产生的多层次滑脱有关。桥梁在地震中遭到了严重破坏,许多桥梁完全垮塌,显示架空结构建筑物对地震的抗击能力差,有的桥梁有中央断裂或垮塌一半的特点,可能是因为河流两岸地震波不连续或不同方向震动强度不同。地震中建筑物的破坏具有不均匀性,主要表现有滑坡和崩塌加重了建筑物的破坏、地基不均匀导致建筑群不均匀破坏、饱和砂土地震液化引起地基失效导致建筑群强烈破坏、斜坡带临空一侧建筑物破坏程度高、建筑物的破坏具有与地震波相关的方向性。汶川地震震害警示,在强烈地震区加强地质研究、地质灾害危险性评估、工程勘察和结合地震破坏特点的工程抗震设防的极端重要性。     

高烈度区双洞隧道洞口段地震响应分析与振动台模型试验

强震作用下,隧道地下结构损伤严重,其中洞口段更是抗震的薄弱环节,但其影响规律和特点目前尚缺乏系统的计算分析和研究。以强震区扯羊隧道为例,首先采用FLAC3D对双洞隧道洞口段地震响应进行分析,再用模型试验的方法进行洞口段模型试验,测量其地震响应应变规律,观测其震害发展情况,并与数值分析结果相互验证。结果表明:地震作用下,隧道仰拱横向位移较大;随着隧道埋深增加,内力逐步增加,其中墙角部位内力较大;洞口处隧道围岩在强震作用下会产生贯通性裂缝,影响隧道洞口稳定;地震作用下的明洞与暗洞交接处内力较大;地震作用下的双洞隧道之间存在较强的动力相互作用。     

反倾软硬互层岩体边坡地震响应的数值模拟研究

反倾软硬岩体互层边坡是公路建设中经常遇到的一类边坡,在不利条件下有失稳破坏的可能,特别是在坡脚受到扰动、降雨、地震等作用时.以“5.12”地震期间都汶公路(都江堰—汶川)上一处边坡的地震响应为例,采用离散元UDEC软件对其进行模拟,系统研究了其地震响应的变形破坏机制.研究结果表明,地震作用下,软弱岩层挤压变形强烈,有向外剪出的趋势.同时,在地震波反复拉张作用下,软弱岩层位置容易开裂,成为坡体变形破坏的优势拉裂区域.地震波加速度、速度随高程变化放大显著,在坡体表部位移最随高程增高而逐渐增大.就整体而言,岩体内部的节理裂隙进一步张开,井产生了一些新的裂隙,弯曲倾倒有加剧的趋势;而坡表覆盖层普遍具有表部拉张开裂和掉块现象,特别是在地形几何形态突变处,破坏更为显著.     

强震区隧道软弱围岩洞口段桩-筏抗震措施的作用效果分析

为进一步提高地震时软弱围岩铁路隧道安全性及稳定性,以玉磨铁路新平隧道工程作为依托,利用FLAC3D数值模拟软件,对强震区隧道软弱围岩洞口段桩-筏抗震措施效果进行研究,对比分析了无加固措施、措施一（桩-拱结构）及措施二(桩-筏-拱结构)二衬的结构位移及内力,研究结果表明:措施一和措施二的竖向位移分别减小了1.35%、1.09%;措施一的边墙收敛几无变化（增大了0.44%）;由于桩-筏-拱结构的整体稳定性较好,措施二的边墙收敛减小了30.49%;距离洞口最近的两个危险截面1和2处,措施一的最小安全系数提高了1.43%、6.71%,措施二的最小安全系数提高了145.91%、143.72%;综合位移及内力分析,措施二的抗震效果优于措施一,建议新平隧道洞口段采用桩-筏-拱结构进行抗震加固。     

映秀—卧龙公路沿线汶川地震地质灾害研究

映秀—卧龙公路是汶川地震灾区距震中最近、震害最为严重的一条公路,本文对沿线地震地质灾害进行了详细的调查研究。依据震害特征,将沿线震害划分为斜坡中上部强风化岩体及土层失稳、结构面切割岩体崩滑失稳、滑坡、泥石流等4类,并分析了沿线震害发育规律。调查表明:龙门山后山断裂两侧地震地质灾害呈现显著的差异性,主要是由深大断裂的消震隔震效应,地貌放大效应,地质结构等三方面因素决定的。通过134条实测剖面分析,研究了地震失稳斜坡坡度和失稳部位。地震诱发失稳斜坡坡度在33°~84°之间,主要分布在41°~65°之间,可以认为地震诱发斜坡失稳灾害主要发生在40°以上的斜坡。斜坡失稳部位主要分布在斜坡中上部以及地貌突出部位,主要失稳部位在0.4坡高以上。从研究斜坡动力失稳的角度,将沿线斜坡划分为基岩-土层及强风化层斜坡地质结构、不利外倾结构面基岩斜坡地质结构、块状构造基岩斜坡地质结构、块碎石土层斜坡地质结构等几种地质结构模型,分析论述了各种地质结构相应的地震地质灾害类型及特点。     

震区隧道洞口段注浆措施的减震效果数值模拟分析

为研究注浆措施在地震区隧道洞口段的减震效果,基于围岩-结构三维模型,改变注浆的范围及参数,采用有限差分法软件FLAC-3D,分析了某隧道洞口段的动力响应。采用人工拟合地震波、黏性边界条件,输入三个方向的地震波,模拟了原设计、全环间隔注浆措施、局部加强注浆措施三种工况。研究分析了各工况的内力、位移、周边围岩塑性区等,并与全环间隔注浆、局部加强注浆两种减震措施的效果作了对比,得出了地震区隧道洞口段的动力响应规律、减震措施的有效范围及全环间隔注浆措施能起到阻尼减震的效果、局部加强注浆措施能改善衬砌结构内力分布的作用等结论。对高烈度地震区隧道洞口段抗减震措施研究有一定的借鉴意义。     

深厚场地大型桥梁桩基础随机地震反应及可靠性分析

以苏通长江大桥主墩特大型群桩基础为研究背景,考虑地震动的不确定性,将地震激励作为平稳随机过程,采用随机地震反应分析方法,对深厚场地上群桩基础受上部桥墩荷载下的地震反应进行研究。土体动力非线性性能采用等效线性化方法考虑。由于桥墩惯性作用以及软土土层对桩身位移的约束作用,地震激励下桩身位移呈三角形分布。土体位移与土体和基础间距离有关,桥墩-桩-土相互作用对基础两侧1.5倍基础宽度的土体位移有较大影响。桩体内力反应结果表明,桩顶及桩身上部剪力及弯矩均较大,边桩剪力显著大于中间桩剪力。此外,基于强度破坏准则,对以桩身屈服剪力作为控制指标的群桩基础动力可靠性进行了分析。     

不同埋置深度的山岭隧道地震响应分析

根据大量震害资料的调查分析发现,地下结构埋置深度对其地震破坏程度影响很大。通过有限元方法计算8种不同埋置深度条件下的山岭隧道地震响应,并对计算模型的地震输入方法进行了验证,证明地震波输入处理方式的合理性。讨论埋深对结构动力响应的影响,提取衬砌关键节点的竖直向和水平向加速度、位移峰值,分析随着埋深的增大,加速度和位移峰值的变化情况,并以拱顶为例,计算每个埋深变化段的加速度和位移峰值变化率,得到了一定的规律性,如埋置深度从5 m增大到50 m,衬砌结构动力响应峰值大小下降较快。此外,还分析了埋深增大对衬砌结构内力峰值的影响。最后,提出在高烈度地震区修建隧道时其埋置深度尽可能不小于50 m,这为相关工程的修建提供了参考依据。     

汶川地震中锚固岩质边坡的动力响应特征

岩质边坡的地震响应是当前岩土工程界所关注的重要问题之一。以紫坪铺工程进水口边坡为研究对象,以现场监测数据为基础,从时间和空间的角度综合分析了汶川地震前、后支护荷载和边坡位移的变化特征,并讨论了坡体形态、岩体结构以及支护荷载对地震力作用的协同影响。研究结果表明：受地震力作用影响,坡体变形和支护荷载发生突变,主要受主震影响;地震引起的支护荷载变化量在100 kN以内,未超出设计荷载的5%;边坡水平向产生的永久位移在12 mm范围内,岩体变形深度受结构面分布控制;边坡中部变形最大,沿水平方向具有明显的临空面放大效应,而沿高程方向,没有明显垂直放大效应。研究成果可加深对锚固岩体动力响应机制的认识,同时为以位移控制的边坡工程抗震设计提供参考。