正断层错动诱发隧道变形破坏的离心机实验及数值模拟研究
发布时间：2022-01-06 19:10
地震时,基岩断层错动诱发近断层隧道结构变形破坏,影响隧道安全运行和正常使用,而相关隧道破坏机制和设防措施缺少系统研究。本文基于正断层错动诱发上覆砂土层中隧道变形破坏的离心机模型实验,结合数值模拟和理论分析等方法,对土体沉降,隧道变形破坏,合理设防范围等方面展开了研究。主要研究工作包括:展开了不同隧道埋深的离心机模型实验,进一步通过数值模拟和理论分析结果对比验证实测数据,还对影响断层-隧道相互作用的关键参数进行分析,主要得到以下研究成果:（1）隧道对地表沉降的影响:隧道对上覆土体沉降具有“遮拦”效应,使其上方地表土体沉降量明显小于自由场（无隧道）时的地表沉降量,“遮拦”效应随隧道埋深的增加而减小。（2）正断层错动引起的隧道变形模式:隧道沿纵向发生“S”形变形,下盘一侧隧道发生“上拱”变形,隧道拱顶承受拉应变,上盘一侧隧道发生“下沉”变形,隧道拱顶承受压应变。诱发的纵向应变可分解为由弯曲和轴向拉伸变形引起的弯曲应变和轴向拉应变,分别采用隧道最大曲率和最大轴向拉应变评估隧道抗弯刚度和轴向刚度对隧道变形程度的影响。（3）隧道的合理设防范围:以隧道纵向应变超过破坏临界应变视为隧道发生破坏,并采取...
【文章来源】：华侨大学福建省
【文章页数】：113 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
都汶公路龙溪隧道震害[4]（汶川地震）
第1章绪论5拟分析，研究了断层破裂带位置，隧道灌浆等因素对隧道稳定性的影响，研究发现：随着断层破裂带与隧道的间距减小，隧道变形量和塑性区增加，此外，由于土体剪切变形沿着断层破裂带发育，导致隧道及其周边土体位移量非常大。Lin等[40]通过模型实验和数值模拟方法，研究了隧道受逆断层剪切破裂带影响的破坏情况，发现主破裂带呈弯曲或分裂为两个亚剪切带，并且土体刚度和断层倾角是控制破裂带结构、土体内部应力和隧道所受荷载的主要因素。Anastasopoulos和Gazetas[41]采用有限元法对隧道-土体界面进行了模拟，并通过离心机模型实验进行验证，发现明挖暗埋隧道结构受断层破裂带路径强烈影响，提出近断层隧道设计时，应综合考虑内力包络线，断层破裂带的位置和断层错动量等因素的影响。Baziar等[42-43]通过离心机模型实验和数值模拟方法模拟隧道-土体相互作用，主要从隧道-断层相对位置，土体相对密度和隧道刚度等角度出发，讨论了隧道受力响应，研究发现隧道在逆断层作用下产生了位移和旋转，此外，还发现由于隧道的“遮拦”，地表出露的断层崖数量比自由场条件下有所增加。图1.2隧道轴线与基岩断层线平行[37]第二种情况是隧道与基岩断层线正交的破坏模式研究，关于这种情况，主要考虑隧道不可避免跨越断层带时，隧道需要短距离大角度跨越，所以理想状态就是正交跨越。相比隧道平行跨越，该问题影响因素较多，隧道失效机制复杂，故该课题的相关研究不多：例如，Anastasopoulos等[44]通过数值模拟方法模
虏客撂蹇赡芫植客芽眨?⒁运淼雷菹蛲渚刈魑?范ㄋ淼莱钠銎苹党ざ?范围，发现45°倾角下的破坏区长度大于60°倾角下的破坏区长度。黄芸等[49-50]针对正断层错动诱发地铁隧道纵向变形破坏缺乏有效理论预测模型的情况，建立了地铁隧道纵向变形的理论计算模型，提出影响隧道纵向应变的参数有隧道尺寸和埋深、土层厚度、基岩断层错动量和断层倾角等。肖至慧[51]基于走滑断层错动下砂土内隧道变形的模型试验，考虑了隧道两端边界条件的影响，研究了隧道前后拱腰的位移特征和应变特征，发现隧道主要在破裂带附近发生弯曲破坏。图1.3隧道轴线与基岩断层线正交[45]
【参考文献】：
期刊论文
[1]正断层黏滑错动对地铁隧道结构影响的模型试验研究[J]. 孙飞,张志强,易志伟. 岩土力学. 2019(08)
[2]逆断层错动作用下隧道衬砌铰接设计参数研究[J]. 赵坤,陈卫忠,赵武胜,杨典森,宋万鹏. 岩石力学与工程学报. 2018(S1)
[3]正断层下隧道结构受力特征及设防长度研究[J]. 张伟喜,孙飞,张志强. 路基工程. 2017(04)
[4]1995年日本阪神地震大开地铁车站震害原因及成灾机理分析研究进展[J]. 杜修力,李洋,许成顺,路德春,许紫刚,金浏. 岩土工程学报. 2018(02)
[5]隐伏裂缝对互层胶结土中正断层扩展影响研究[J]. 蔡奇鹏,吴宏伟,胡平,陈星欣,郭力群. 岩土力学. 2017(07)
[6]穿越活断层地铁区间隧道结构设计[J]. 张海龙. 铁道建筑. 2016(11)
[7]正断层错动致地铁变形计算模型[J]. 黄芸,蔡奇鹏,郭子雄,郭力群,苏世灼,陈星欣. 福州大学学报(自然科学版). 2015(04)
[8]60°倾角正断层黏滑错动对山岭隧道影响的试验研究[J]. 刘学增,王煦霖,林亮伦. 土木工程学报. 2014(02)
[9]穿越断层破碎带隧道合理抗震设防长度研究[J]. 耿萍,何悦,何川,权乾龙,晏启祥. 岩石力学与工程学报. 2014(02)
[10]45°倾角正断层粘滑错动对隧道影响试验分析[J]. 刘学增,王煦霖,林亮伦. 同济大学学报(自然科学版). 2014(01)
博士论文
[1]地裂缝对地铁隧道的影响机制及病害控制研究[D]. 黄强兵.长安大学 2009
硕士论文
[1]走滑断层错动下土体隧道的变形破坏研究[D]. 肖至慧.华侨大学 2019
[2]穿越断层隧道震害机理以及抗减震技术研究[D]. 张维庆.西南交通大学 2012
[3]地层错动下软土场地土体裂缝形成扩展机理研究及工程应用[D]. 刘建荣.北京交通大学 2010
本文编号：3573013
【文章来源】：华侨大学福建省
【文章页数】：113 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
都汶公路龙溪隧道震害[4]（汶川地震）
第1章绪论5拟分析，研究了断层破裂带位置，隧道灌浆等因素对隧道稳定性的影响，研究发现：随着断层破裂带与隧道的间距减小，隧道变形量和塑性区增加，此外，由于土体剪切变形沿着断层破裂带发育，导致隧道及其周边土体位移量非常大。Lin等[40]通过模型实验和数值模拟方法，研究了隧道受逆断层剪切破裂带影响的破坏情况，发现主破裂带呈弯曲或分裂为两个亚剪切带，并且土体刚度和断层倾角是控制破裂带结构、土体内部应力和隧道所受荷载的主要因素。Anastasopoulos和Gazetas[41]采用有限元法对隧道-土体界面进行了模拟，并通过离心机模型实验进行验证，发现明挖暗埋隧道结构受断层破裂带路径强烈影响，提出近断层隧道设计时，应综合考虑内力包络线，断层破裂带的位置和断层错动量等因素的影响。Baziar等[42-43]通过离心机模型实验和数值模拟方法模拟隧道-土体相互作用，主要从隧道-断层相对位置，土体相对密度和隧道刚度等角度出发，讨论了隧道受力响应，研究发现隧道在逆断层作用下产生了位移和旋转，此外，还发现由于隧道的“遮拦”，地表出露的断层崖数量比自由场条件下有所增加。图1.2隧道轴线与基岩断层线平行[37]第二种情况是隧道与基岩断层线正交的破坏模式研究，关于这种情况，主要考虑隧道不可避免跨越断层带时，隧道需要短距离大角度跨越，所以理想状态就是正交跨越。相比隧道平行跨越，该问题影响因素较多，隧道失效机制复杂，故该课题的相关研究不多：例如，Anastasopoulos等[44]通过数值模拟方法模
虏客撂蹇赡芫植客芽眨?⒁运淼雷菹蛲渚刈魑?范ㄋ淼莱钠銎苹党ざ?范围，发现45°倾角下的破坏区长度大于60°倾角下的破坏区长度。黄芸等[49-50]针对正断层错动诱发地铁隧道纵向变形破坏缺乏有效理论预测模型的情况，建立了地铁隧道纵向变形的理论计算模型，提出影响隧道纵向应变的参数有隧道尺寸和埋深、土层厚度、基岩断层错动量和断层倾角等。肖至慧[51]基于走滑断层错动下砂土内隧道变形的模型试验，考虑了隧道两端边界条件的影响，研究了隧道前后拱腰的位移特征和应变特征，发现隧道主要在破裂带附近发生弯曲破坏。图1.3隧道轴线与基岩断层线正交[45]
【参考文献】：
期刊论文
[1]正断层黏滑错动对地铁隧道结构影响的模型试验研究[J]. 孙飞,张志强,易志伟. 岩土力学. 2019(08)
[2]逆断层错动作用下隧道衬砌铰接设计参数研究[J]. 赵坤,陈卫忠,赵武胜,杨典森,宋万鹏. 岩石力学与工程学报. 2018(S1)
[3]正断层下隧道结构受力特征及设防长度研究[J]. 张伟喜,孙飞,张志强. 路基工程. 2017(04)
[4]1995年日本阪神地震大开地铁车站震害原因及成灾机理分析研究进展[J]. 杜修力,李洋,许成顺,路德春,许紫刚,金浏. 岩土工程学报. 2018(02)
[5]隐伏裂缝对互层胶结土中正断层扩展影响研究[J]. 蔡奇鹏,吴宏伟,胡平,陈星欣,郭力群. 岩土力学. 2017(07)
[6]穿越活断层地铁区间隧道结构设计[J]. 张海龙. 铁道建筑. 2016(11)
[7]正断层错动致地铁变形计算模型[J]. 黄芸,蔡奇鹏,郭子雄,郭力群,苏世灼,陈星欣. 福州大学学报(自然科学版). 2015(04)
[8]60°倾角正断层黏滑错动对山岭隧道影响的试验研究[J]. 刘学增,王煦霖,林亮伦. 土木工程学报. 2014(02)
[9]穿越断层破碎带隧道合理抗震设防长度研究[J]. 耿萍,何悦,何川,权乾龙,晏启祥. 岩石力学与工程学报. 2014(02)
[10]45°倾角正断层粘滑错动对隧道影响试验分析[J]. 刘学增,王煦霖,林亮伦. 同济大学学报(自然科学版). 2014(01)
博士论文
[1]地裂缝对地铁隧道的影响机制及病害控制研究[D]. 黄强兵.长安大学 2009
硕士论文
[1]走滑断层错动下土体隧道的变形破坏研究[D]. 肖至慧.华侨大学 2019
[2]穿越断层隧道震害机理以及抗减震技术研究[D]. 张维庆.西南交通大学 2012
[3]地层错动下软土场地土体裂缝形成扩展机理研究及工程应用[D]. 刘建荣.北京交通大学 2010
本文编号：3573013
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/daoluqiaoliang/3573013.html
