落石冲击下隧道明洞耗能措施研究

发布时间：2020-02-22 03:38

【摘要】：以成都至兰州铁路某隧道洞口落石防护工程为背景,提出采用聚苯乙烯泡沫(EPS)轻质混合土代替砂垫层作为明洞回填材料。为研究EPS轻质土的耗能减振效果,采用动力有限元方法对落石冲击过程进行数值模拟。结果表明:与传统的砂垫层相比,EPS轻质土能够有效减少明洞上方填土压力,显著降低落石冲击力和衬砌动应力;采用较小的垫层厚度即可取得很好的消能效果,是一种优良的落石防护垫层材料。
【图文】：

某隧道洞口落石防护工程，采用LS－DYNA对落石冲击明洞过程进行数值模拟，研究EPS轻质土的耗能减震效果。1工程概况成(都)兰(州)铁路经过四川西北部和甘肃南部的龙门山、岷江、秦岭三大断裂带及岷江上游的高山深谷区，沿线地形海拔高差达4000多米，工程地质条件具有“地形切割极为强烈、构造条件极为复杂活跃、岩性条件极为软弱破碎、汶川地震效应极为显著”的“四极”特点，及“高地壳应力、高地震烈度和高地质灾害风险”的“三高”特征。全线共有隧道32座，其中受危岩落石影响较严重的有37座洞口，涉及22座隧道。图1为成兰铁路某隧道出口纵断面图，仰坡坡度为40°～50°，表层为碎石土，，基岩为强风化炭质千枚岩，离洞口高约50m的陡坎处有一危岩区(约200m3)，直接威胁洞口安全。2计算模型及参数2.1落石冲击能量为合理设置防护结构，首先应确定落石的运动参数［12］。本文采用ＲocFall软件［13］进行落石运动特图1隧道洞口纵断面图Fig.1Verticalsectionoftunnelportal性模拟，得到落石的冲击速度和影响范围。冲击速度取落石在明暗分界线上的最大速度，影响范围为落石终点位置与明暗分界线的距离，即明洞设防长度。经过计算，最大冲击速度为20m/s，影响范围为10m。根据现场勘察，危岩区中最大一块岩体高约3m，长2m，厚1m，方量为6m3，其他块体较小，方量在0.1～1m3之间。大块落石(等效直径2.0m以上)冲击力巨大，一般采用爆破清除，小块落石(等效直径0.2m以下)通过构造缓冲层即可满足要求，可不必进行结构计算［4］，本文取落石的最大等效直径为1m，且将其形状简化为球体，冲击能量为12mv2=262kJ。2.2有限元模型为简化计算模型，忽略仰坡和洞门结构，选取10m长明洞段建立有限元模型?

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本文编号：2581804