地震作用下隧道衬砌背后空洞影响机制研究

发布时间：2019-09-12 10:23

【摘要】：研究目的:由于隧道衬砌背后空洞的存在对隧道抗震影响很大,本文以高烈度地震区的敦煌-格尔木铁路阔克萨隧道为研究背景,研究隧道衬砌背后空洞位置、空洞大小、围岩级别和隧道埋深等因素对隧道结构的地震动力响应规律及影响机制,并提出合理的加固方案,确保地震作用下隧道运营安全。研究结论:(1)空洞的存在降低了衬砌结构的变形性能和抗震特性;(2)对空洞隧道拱顶最大主应力影响最敏感的因素是围岩级别,其后依次为空洞环向大小、空洞位置、空洞径向大小和空洞轴向大小,而隧道埋深则是最不敏感的因素;(3)回填注浆加固方案可降低隧道衬砌的拉应力,改善衬砌的内力和应力分布,回填注浆+套拱加固方案要比回填注浆+锚杆方案作用效果好,回填注浆+锚杆+套拱组合加固方案抗震效果最佳;(4)本研究成果对隧道衬砌背后存在空洞时在地震作用下的空洞影响机制和加固方案选取具有一定的指导意义。
【图文】：

时程曲线,大主应力,衬砌,时程曲线

第９期逦朱正国耿亚帅武杰等：地震作用下隧道衬砌背后空洞影响机制研究逦８１逡逑个很小的阻尼比即可满足要求。模型为弹塑性模型，逦由图２、表２和计算结果可知，在地震荷载作用逡逑阻尼比取０．００５。逦下，隧道衬砌背后空洞径向大小不同的情况下，随着空逡逑中心频率的确定：因模型较简单，故采用自振频率逦洞径向尺寸的增大，衬砌拱顶处最大主应力有由压应逡逑作为瑞利阻尼的中心频率，通过对模型自振计算得到逦力向拉应力转化的趋势；衬砌背后空洞径向大小由逡逑中心频率为２．邋５。逦0邋ｍ增大到３邋ｍ时，左拱肩、右拱肩、左拱脚、右拱脚和逡逑２．３．２地震波的处理与加载方法逦拱顶最大主应力增幅分别为１１８．３５％、１２２．４５％、逡逑采用瑞利阻尼来表征岩土体在地震波传播过程中逦６７．邋５９％、５６．邋９８％和１８４．邋２１％，拱腰部位最大主应力逡逑的阻尼作用。根据１邋：邋４００万《中国地震动参数区划逦变化不大；在空洞径向尺寸小于２邋ｍ时，最大主应力增逡逑图》（ＧＢ邋１８３０６—２０１５），结合沿线工程地质条件和工逦速最大，当空洞径向尺寸大于２邋ｍ时，空洞最大主应力逡逑程设置情况，，经综合分析确定了隧道区内地震动峰值逦增速趋于平缓。逡逑加速度为0．２０ｇ，地震动反应谱特征周期为０．４0邋Ｓ。逦空洞的存在改变了支护结构的受力状态，且随着逡逑地震波使用的Ｐ波是地震波埃而森特罗波（Ｅｌ邋Ｃｅｎ－逦空洞径向尺寸的增大，最大主应力由压应力向拉应力逡逑ｔｒｏ），计算时设该地震波每隔０．邋０２邋ｓ从模型底部横向逦转化越明显，对衬砌结构受力越不利，其中拱顶和拱肩逡逑Ｚ方向和竖向Ｚ方向同时输人。逦部位为薄弱部位。在地震荷载的作用下，支护拱顶部逡逑２．４空洞径向

时程曲线,最大主应力,时程曲线,方案

第９期逦朱正国耿亚帅武杰等：地震作用下隧道衬砌背后空洞影响机制研究逦８３＿逡逑Ｉ－４「逦０＊２「逦时间／Ｓ逡逑１２逦Ｉ逦０邋１５邋０逦５逦１０逦１５逦２０逡逑0．0逦＇逦＊—逦＞逡逑－０．２邋ｔ邋５逦１０逦１５邋２0逦＂0－２逡逑时间／ｓ逡逑图３方案一最大主应力时程曲线逦图４方案五最大主应力时程曲线逡逑表５五种加固方案各监测点最大主应力逦（单位：ＭＰａ）逡逑加固方案逡逑位置逦逦逦逦逦逦逦逦逦逡逑逦方案一邋方案二逦减幅／％逦方案三逦减幅／％逦方案四逦减幅／％逦方案五逦减幅／％逡逑左拱脚逦２．５２逦１．４８逦４１．３９逦１．３４逦４６．８７逦１．３６逦４６．０４逦０．９１逦６３．９３逡逑左拱腰逦０．９１逦０．８４逦７．７１逦０．７５逦１７．６３逦０．７２逦２０．８８逦０．４３逦５２．７５逡逑左拱肩逦３．２５逦１．５８逦５１．３８逦１．２４逦６１．８５逦１．２１逦６２．７７逦０．５２逦８４．００逡逑拱顶逦１．２４逦０．３８逦６９．３５逦０．３１逦７５．００逦０．３６逦７０．９７逦０．邋１２逦９０．３２逡逑右拱肩逦３．２７逦１．４７逦５５．０５逦１．２２逦６２．６９逦１．２０逦６３．３０逦０．５２逦８４．１０逡逑右拱腰逦０．９６逦０．８９逦７．２９逦０．７７逦１９．７９逦０．７３逦２３．９６逦０．４５逦５３．１３逡逑右拱脚逦２．４３逦１．７２逦２９．２３逦１．５２逦３７．４５逦１．４７逦３９．５１逦１．０３逦５７．６１逡逑注：与方案一相比，其他方案最大主应力减小百分
【作者单位】：石家庄铁道大学;
【基金】：国家自然科学基金项目(51478277) 河北省自然科学基金项目(E2013210119) 河北省高等学校科学技术研究基金项目(QN20131179,ZD20131065)
【分类号】：U451.4

【参考文献】