地铁荷载作用下地裂缝邻近土体受力数值分析

利用有限元分析法,对西安穿越地裂缝带的地铁隧道与土体在地铁荷载下的动力相互作用进行了三维模拟,分析了整体式隧道和分段式隧道两种情况下衬砌与土接触压力的分布规律和衬砌下部土中动应力的传递规律及影响范围,并将地铁列车荷载引起的动应力与初始静应力进行了比较,得出了地铁动荷载与重力荷载之间的强度差异。分析表明,列车从上盘往下盘运行过程中,在地裂缝附近,下盘拱底与土附加接触压力较正常值大,上盘则较正常值小,下盘拱顶与土附加接触拉应力较正常值大,上盘拱顶与土之间则产生附加接触压应力;土中竖向动应力从衬砌底传递至下部11 m过程迅速减小,动应力对此范围以外的土体影响较小;地裂缝附近分段式隧道条件下土中竖向动应力较大;就本次模拟工况而言,地铁动荷载产生的动应力比初始静应力要小很多,初始应力与动应力的最小倍数在60倍以上。     

锚杆格构支护边坡振动台模型试验研究

 以锚杆格构支护的均值土坡为研究对象,设计并完成了几何相似常数为15的硅胶边坡模型振动台试验,研究了支护结构的动力地震响应特征。通过试验,得出如下结论：(1) 在同一正弦波激励下,格构同一测点的动应变值的变化范围是基本保持不变的,与正弦波激励的变化规律一致。但在破坏阶段,测点的动应变值表现为无规律的变化且应变值均较大。(2) 同一激励下,横、纵格构梁的受力水平是基本相平的;对于同一行格构,中间应变值较大;同一列格构,由上到下呈“大→小→大→小”的变化特征,说明边坡竖向变形变化很大且受锚杆约束的影响;格构梁的不同部位受力不同,需要对薄弱部位进行补强。(3) 相同频率下,格构测点的动应变值随着加速度的增大,整体上表现为递增趋势。(4) 低频正弦波的频率较接近边坡的自振频率,坡体加速的动力响应就明显,边坡的相对位移则越大,因此,格构的动应变相应增大。试验结果表明,试验采用的硅胶边坡模型可用于边坡支护结构的动力响应分析,且模型可以重复使用,极大地降低了试验成本。     

预应力格构锚固体系格构梁内力分布规律模型试验研究

 通过大型物理模型试验,研究预应力格构锚固体系中格构梁在预应力作用下、滑坡发展过程中及滑坡极限状态的内力分布规律,并与倒梁法内力计算结果进行对比。试验结果表明：预应力格构梁各点应变在滑坡发展过程中逐渐增大,且存在2个极值点,正极大值位于跨中,负极大值位于节点,两者关系为节点处大于跨中;格构梁在跨中为外侧受拉,节点处为外侧受压;横梁应变呈左右对称分布,竖梁应变随加载呈上小下大分布;在预应力作用下,各横梁、各竖梁受力一致,但极限状态时,横梁从坡顶至坡脚受力依次增大,底梁内力明显大于顶梁;横梁竖梁受力不同,横梁节点弯矩大于竖梁节点弯矩;格构梁内力试验测试值与倒梁法理论值分布趋势基本一致,两者在边跨部分较为接近,中跨部分差异较大,倒梁法不能很好反映梁中间位置的受力状态。研究结果可为格构锚固体系的设计提供一定参考。     

穿越活动地裂缝地铁隧道震害机制研究

 通过振动台模型试验对穿越活动地裂缝的地铁隧道的动力响应进行了研究,研究内容主要包括地铁隧道的加速度反应,土压力及应变的变化规律。分析结果表明,穿越活动地裂缝的地铁隧道在地震荷载作用中,活动地裂缝场地产生不均匀沉降,上盘沉降大于下盘区,预设地裂缝部位沉降值最大,不均匀沉降导致次生裂缝及沉降陡坎产生,地铁隧道上方场地土体产生细小裂缝;地铁隧道与活动地裂缝的加速度时程曲线均与地震动荷载加速度时程具有一致性,地铁隧道各部位加速度时程保持一致,说明在地震中地铁运动保持整体性,上盘场地的加速度峰值较大,表明在活动地裂缝中上盘区对地震动力有一定的放大效应;活动地裂缝场地中土压力呈现出动土压力曲线变化,地震加载结束后隧道结构侧向的土压力受力状态及大小均产生变化,隧道结构顶部的土压力有较大增加;应变曲线表明在扩大断面的马蹄形隧道结构中拱腰部位的应变增值最大,拱顶部位次之,底板的应变增值相比最小。以上成果对于合理认识跨越地裂缝的地铁隧道的地震响应特征具有重要意义,可为地铁隧道实际工程设计和施工的抗震设防提供宝贵的基础资料。     

西安市地裂缝对城市立交的破坏机理及防治措施

论述了西安地裂缝的空间分布规律和活动特点,并对地裂缝给西安市市政基础设施特别是城市立交带来的灾害进行了系统分析。以长安路立交、互助路立交、绕城高速长安南路立交的现场调查资料为依据,分析了地裂缝对城市立交的破坏模式。认为其结构的主要破坏模式为水平张拉和垂直错动。另外对穿越地裂缝的城市立交的减灾措施以及对拟建工程进行地裂缝专项勘察和采取的结构措施等方面进行了探讨。     

地震动力作用下土-地铁隧道模型分析

针对地铁建设中典型的马蹄形断面隧道建立比例尺为1:20的分析模型,并采用数值分析方法研究马蹄形隧道处于单一土层及工程所处区域典型的成层土体中时的动力响应。分析结果表明,在单一土层中由于土体的约束作用,结构产生的位移以整体沉降为主,在成层土体中除产生一定的整体变形外还伴随一定的扭转变形。在两种地层情况下马蹄形地铁隧道在地震动力作用下的动力加速度响应、竖向位移均在拱顶处产生最大值,其中在单一土层中的加速度响应最大值为结构中部加速度的2.29倍。结构在顶部和侧板处所产生的动应力响应值也较大。研究表明,地震动力荷载作用下顶板、侧板均为受力较大部位,在设计和施工中应予以充分重视。     

马蹄形隧道40°斜穿地裂缝的变形破坏机制试验研究

 从西安地铁隧道工程背景和西安地裂缝地质环境出发,根据相似理论设计马蹄形隧道衬砌结构40°斜穿地裂缝的物理模型试验。结构模型混凝土应变、纵向和环向钢筋应变、结构外围土压力、结构内部收敛位移、模型顶表面土体变形以及宏观变形破坏现象表明：整体式马蹄形隧道衬砌结构40°斜穿地裂缝时其破坏模式为扭转、弯曲、剪切变形破坏,变形破坏不对称;衬砌混凝土环向裂缝主要分布在上盘区0.83D(D = 1.8 m)、下盘区1.11D;纵向裂缝主要分布在上盘区1.11D、下盘区(1.94～2.22)D;下盘结构变形破坏范围和程度要高于上盘。马蹄形隧道结构在40°斜穿地裂缝时,宜采用分段方式来应对扭转、弯曲、剪切变形,应加强结构抗扭设计,扩大断面或提高混凝土强度等级来应对剪切变形。     

地震荷载作用下地裂缝场地动力响应试验研究

 以西安地铁穿越地裂缝区域为工程背景,采用振动台模型试验,模拟地震荷载作用下地裂缝场地的动力响应。试验结果表明：地震荷载作用下,地裂缝场地中的隐伏地裂缝逐渐出露,随着地震动力荷载的持续作用,裂缝在地表贯通,并在裂缝的上盘区域中生成与之相交的次生裂缝,地裂缝内部的松散充填土体沿裂缝向上运动。地震动力荷载作用下,地裂缝场地产生不均匀沉降,且地裂缝位置产生的沉降大于其两侧区域,不均匀沉降导致地裂缝两侧产生张拉力,张拉力继而使隐伏地裂缝扩展出露地表,同时伴随裂缝宽度增加。振动过程中,地裂缝场地上盘所产生的动力加速度大于场地下盘区域的动力加速度。研究结果可为地震荷载作用下地裂缝场地中的结构抗震设计提供重要参考。