盾构隧道横断面地震响应的广义反应位移法分析

盾构隧道是采用管片通过环向和纵向接头连接起来的隧道,常建于较软弱的地层之中,抗震问题比较突出。为了解地震对盾构隧道的影响,保证隧道的安全,基于成层重复反射理论,采用针对工程实际场地特点而合成的人工地震波,计算出工程场地地层的地震响应;再利用反应位移法对盾构隧道横断面方向进行地震响应分析。考察了该隧道地震时产生的位移和断面内力,计算结果可供类似工程参考。并提供了一种合理和实用的盾构隧道横断面抗震分析方法。     

深埋双圆盾构隧道的横向地震响应特性研究

阐述反应位移法的基本原理和深埋双圆盾构隧道的地层荷载模式,并基于反应位移法和梁弹簧模型,对双圆盾构隧道仅受静载和静载与水平剪切地震荷载同时作用下结构的变形和内力等动力响应特性进行研究。分析表明:与对称静载作用下相比,在静载与地震荷载同时作用时,结构的变形和内力不再是对称的;弯矩和变形走势基本一致,两洞各自上半圆的迎地层位移侧和下半圆的背地层位移的衬砌基本都有向洞内的位移和内侧受拉的弯矩,两洞各自上半圆的迎地层位移侧和下半圆的背地层位移的衬砌基本都具有相反方向的位移和弯矩,与中柱底部连接处的弯矩集中现象得到消除;衬砌的轴力不再是全部为受压值,而是出现大范围受拉的情况,且拉力值较大,中柱的压力值减小十分明显;与中柱连接处的剪力集中现象消除明显,远离中柱处的管片衬砌剪力绝对值增大明显。     

盾构隧道的纵向地震响应

基于与盾构隧道纵向变形性能相似的梁单元建立盾构隧道纵向等价连续化模型,通过等价刚度的方法考察管片间接头螺栓对隧道结构刚度的影响.分别采用反应变位法和有限元法进行盾构隧道的地震响应研究和抗震性能分析,并以实例比较2种方法的有效性和应用条件.研究结果表明:在盾构隧道的纵向抗震设计时,应采用螺栓最大张开量作为设计的重要控制指标,并应尽量将隧道设计成可适应其变形的柔性结构;采用等价连续化模型进行盾构隧道纵向受力分析时,其等价弯曲刚度受轴向力的影响较大,故在单元等价弯曲刚度计算中计入轴向作用力的影响是十分必要的;螺栓进入塑性受力状态后,建议采用有限元法计算的结果进行抗震设计.     

泥炭质土不同赋存条件对盾构隧道衬砌结构动力响应特性影响分析

以昆明地铁3号线工程为依托,运用有限元动力分析研究泥炭质土不同赋存条件对盾构隧道衬砌结构动力响应特性的影响,为泥炭质土层盾构隧道衬砌结构抗震设计提供理论指导。结果表明:当隧道周围地层中富含泥炭质软弱夹层时,在地震荷载作用下,隧道结构受力形态呈"椭圆"状,隧道结构轴力、弯矩及主应力减小幅度较大,剪力略小,其中,两侧泥炭质土夹层组合减小幅度最大,对隧道抗震最为有利;当隧道上覆和下卧泥炭质土层时,地层交界面与隧道结构的接触点产生异常的动应力集中,是隧道结构抗震的薄弱环节,因此,盾构隧道的设计、施工应充分考虑隧道结构外侧岩土体的不均匀性,以确保隧道的长期安全性。     

武汉长江隧道工程盾构段纵向地震响应分析

提出了一种将二维有限元动力计算与响应位移法相结合的方法,摒弃了响应位移法地震动输入为简谐波的假定.这种方法能够有效地模拟地震波在地基中的实际传播过程,并且具有较高的计算效率.随后利用这两种方法分别进行了武汉长江隧道工程盾构段隧道纵向地震响应计算,并对计算结果进行了对比研究.     

沉管隧道地震响应的影响因素分析

以南京长江沉管隧道为背景,采用动力有限元法分析沉管隧道的地震响应。沉管隧道二维分析的合理计算范围分析表明,横向半宽取3倍洞径为宜。隧道结构的地震响应随着周围岩土的黏聚力及内摩擦角的增大而增大。沉管隧道的地震响应随着埋深的增加而增加,但增加幅度在减小,因此,从抗震的角度讲沉管隧道宜浅埋,但浅埋必须满足抗浮稳定性、安全性等要求。在水平地震力作用下,沉管隧道4个角的动力反应较大,是结构的薄弱部位,在设计中应予以加强。考虑水的耦合作用时,隧道的地震反应增强,在水深20 m条件下,应力增量最大超过10%。实际工程中水深一般较大,因此,计算中应该考虑水的影响。     

寒区隧道地震响应的弹粘塑性分析

首先给出冻土的弹性本构关系方程，然后以大坂山隧道为例，模拟隧道的开挖和衬砌过程并考虑渗流体积力的影响；给出了隧道刚修好时隧道衬砌和围岩的初应力和位移。在此基础上模拟冻融循环过程，给出了考虑围岩的冻胀后，隧道刚好使用１年和５年时隧道衬砌和围岩的应力和位移。最后对寒区隧道的地震响应进行弹粘塑性的有限元分析。算例表明，寒区隧道衬砌和围岩的初应力和位移对其地震响应有很大的影响，在寒区隧道设计中应该充分考虑     

双圆盾构隧道施工力学行为三维数值模拟

结合上海轨道交通M6线双圆盾构区间隧道工程,应用有限差分程序FLAC3D分析双圆盾构隧道施工力学行为,对双圆盾构施工扰动引起的土体位移场特性进行监测与数值模拟对比分析.分析表明,数值模拟结果与监测值基本吻合.双圆盾构施工扰动土体位移场特性与单圆盾构类似,但影响范围、量值更大.对于深层土体,计算所得的最大沉降、隆起值分别为-0.042 m、0.08 m,对于浅覆土地层,隧道开挖后,易出现整体上浮现象,隆起值达0.03 m.双圆盾构施工扰动所引起的深层沉降、侧向位移还需要进一步研究.所得结论为进一步研究异形盾构施工环境土工影响提供参考.     

盾构法隧道纵向地震响应特性

采用土—结相互作用的动力有限元法,引入无长度的3自由度弹簧单元模拟纵向螺栓接头,分析行波波长、地基刚度与阻尼对盾构法隧道纵向地震响应的影响。分析结果表明:行波从水平方向输入时有突变弯矩产生,突变弯矩随波长和阻尼的增大而减小,而地基刚度系数对突变弯矩的影响相对较小;行波作用下,产生的接头最大轴力及最大弯矩值均随波长的增大而减小,而地基刚度系数及阻尼系数取值对最大弯矩值的影响较小。因此,建议在实际工程设计计算中要重视输入地震动参数的选择,且取较小的阻尼系数。     

山岭隧道高水压下衬砌结构三维数值模拟

采用三维有限元数值模型,分析圆梁山隧道高水压条件下衬砌结构受力及变形特征。研究结果表明,高水压对隧道衬砌结构影响显著,在高水压作用下衬砌结构的受力和变形都较大,衬砌结构上存在较大的纵向弯矩。水荷载是隧道衬砌结构的主要荷载之一,应引起足够的重视。     

公轨合建大直径盾构隧道车辆振动响应数值分析

对于大直径水下盾构隧道,研究并讨论列车振动荷载对隧道结构安全性及地基稳定性具有重大意义。以三阳路公铁合建长江隧道工程为背景,采用2.5维数值计算程序对三阳路长江隧道段典型断面处进行计算分析,研究地铁振动荷载和汽车振动荷载耦合作用对隧道结构及隧道下覆粉细砂层稳定性的影响。计算结果表明:(1)在地铁振动荷载与汽车振动荷载联合作用下,隧道衬砌结构的位移振动响应量值及受力情况均较小,振动荷载不会对衬砌结构自身产生不利影响;(2)列车和汽车车队耦合荷载引起隧道下覆饱和粉细砂层超静孔隙水压力在隧道正下方衰减较为缓慢;(3)隧道下覆饱和粉细砂地层由正常的地铁振动荷载及汽车荷载激发的超静孔隙水压力不会超过1 kPa,在正常地铁荷载及正常汽车荷载单独作用或联合作用下,该饱和粉细砂地层能够保持稳定,不会发生液化失稳。     

考虑错台条件的盾构隧道抗震性能分析

研究目的:管片错台是盾构隧道最为常见的质量问题之一,管片错台直接影响管片的受力,从而影响隧道整体抗震性能,可见管片错台对盾构隧道抗震性能的影响值得关注.目前相关研究较少,缺乏合理考虑错台的方法.针对该问题,本文提出一种考虑错台的方法,并借助数值方法探讨盾构隧道管片错台量及错台部位对其地震响应的影响.研究结论:(1)结构...     

高地应力与地震联合作用下软弱围岩隧道动力响应研究

针对高地应力、软弱围岩、高地震烈度等多种因素并存环境的隧道在高地应力与地震联合作用下隧道支护结构的安全性问题,依托某铁路隧道,根据岩体强度应力比与相对变形值两个指标,确定了三种软弱围岩变形等级的分级标准;结合三维数值仿真分析,研究不同变形等级的软弱围岩条件下围岩与隧道支护结构在地震波作用下的动力响应规律.结果表明:围岩...     

地震中的隧道拼装式衬砌

0概述该工程是美国旧金山海湾捷运系统(BART)从旧金山(San Francisco)到圣何塞(San Jose)的一段延伸线。延伸线由硅谷捷运管理局(SVRT)设计,建成后交付海湾捷运系统运营。     

用于深埋圆形盾构隧道地震效应分析的2种拟静力解析解的对比研究

对比分析深埋圆形盾构隧道地震效应分析常用的2种拟静力解析解,给出2种拟静力解析解法的弯矩比值、轴力比值的计算公式,研究地层弹性模量和泊松比与弯矩比值、轴力比值的关系,以及界面滑移和不滑移条件下对弯矩比值、轴力比值的影响;建立等效刚度数值模型,通过数值模拟验证这2种拟静力解析解的可靠性。结果表明:界面不滑移时,由这2种拟静力解析解获得的地震附加弯矩较为接近,但附加轴力差异较大;地层弹性模量、泊松比和界面条件对地震附加弯矩影响较小,但对地震附加轴力影响较大;由这2种拟静力解析解法与等效刚度数值解法所得的弯矩、轴力分布规律和极值位置基本一致。推荐在常规深埋圆形盾构隧道抗震设计时优先采用基于薄壁圆柱壳理论的拟静力解析方法。     

列车脱轨撞击下盾构隧道管片衬砌开裂与接头螺栓动力响应特性研究

建立盾构隧道非线性开裂三维有限元模型,研究时速200km列车脱轨撞击荷载作用下,盾构隧道管片衬砌裂缝的分布、大小、扩展过程以及接头螺栓的最大主应力、振动速度、振动加速度等动力响应特性。研究表明:在列车撞击下,管片衬砌开裂的位置主要集中在管片衬砌受撞击的中心区域及其附近纵向接缝部位;不同部位的裂缝扩展形态有差别,撞击中心区域的裂缝为贯穿性不规则曲线裂缝,纵向接缝部位的裂缝通常呈现直线裂缝或多段折线裂缝;撞击中心区域主裂缝的张开度与距撞击中心的距离有关,除撞击中心处以外,距撞击中心越近位置的裂缝其张开度越大;螺栓的最大主应力峰值、振动速度峰值均出现在荷载震荡作用阶段,而振动加速度峰值则出现在荷载峰值阶段,同一水平位置上位于撞击区域后侧的管片接头螺栓所受到的最大主应力、振动速度和振动加速度等动力响应总是大于前侧螺栓。     

地层空洞影响下地铁盾构隧道衬砌结构响应试验研究

为探究盾构隧道管片背后空洞对隧道结构的影响,采用模型试验手段,考虑空洞形成过程,分别就无空洞,拱顶、拱腰、拱底背后空洞4种工况下衬砌结构变形、受力、与地层接触压力的响应规律进行研究.研究结果表明:无空洞时,衬砌受到均匀的地层压力,同时地层也提供给衬砌充足的地层反力,管片内力呈"对称式"分布.有空洞时,空洞的存在改变了衬...     

盾构隧道衬砌结构计算模型探讨

研究目的:目前被工程界广泛采用的隧道拱底为压缩弹簧形式的衬砌结构计算模型,缺少相应的理论支撑,得到隧道拱底处相对较小的衬砌内力,以及隧道拱底的沉降变形趋势,与实际情况不符,且可能导致拱底处衬砌结构安全系数偏低。为了进一步加强衬砌结构设计的准确性与可靠性,对不同的衬砌结构计算模型展开对比分析,指出该模型被广泛采用的根本原因,并提出合理的计算模型。研究结论:(1)隧道拱底的地基反力形式与拱底位移趋势密切相关,当拱底呈隆起变形时,地基反力仅由反作用力组成,当拱底呈压缩变形时,地基反力由反作用力与地基压缩抗力两部分组成;(2)对于盾构法隧道,应采用拱底为反作用力形式的衬砌结构计算模型,该模型能准确地反映衬砌的受力特点与位移趋势,可以有效克服隧道拱底处安全系数不足的隐患;(3)提出了基于拱底地层位移趋势的拱底作用力形式以及相应的荷载-结构计算模型;(4)研究成果可用于盾构法隧道、矿山法隧道、明挖或暗挖的地铁车站等地下工程。