不同仰坡度数的山岭隧道洞口段动力响应振动台试验研究

发布时间：2020-01-27 13:56

【摘要】：首先介绍试验装置、模型相似比、试验模型箱等,然后对围岩与隧道结构的加速度响应、衬砌的位移和应变响应以及仰坡坡面的破坏情况进行分析。分析表明,由于洞口临空面的存在,隧道洞口处会出现加速度和位移的放大效应,不同的仰坡角度下均符合该特性,但随着仰坡坡度的增加,放大效应会逐渐减弱。在振动过程中衬砌横断面承受循环的拉压荷载作用,两侧的拱肩和拱脚位置出现较大的地震附加弯矩,受力特性与仰坡坡度无关,但地震附加弯矩会随着覆土厚度和结构惯性力的增加而增大;随着仰坡坡度的增加,结构与围岩在洞口处的相互作用会逐渐减弱,仰坡坡面的破坏形式分别为坡面的局部崩塌、衬砌顶部的大面积滑塌和坡顶的高位滑塌,均为浅层破坏,但坡面坍塌围岩会不同程度的掩埋洞口,对隧道的正常使用造成严重的影响,故应对洞口仰坡进行重点设防。分析结果对于合理认识山岭隧道洞口段地震响应特征具有积极作用,可供隧道实际工程设计和施工的抗震设防参考。
【图文】：

口段减震层的作用效果及机制、浅埋偏压隧道洞口段的加速度及内力响应[7－11]。在以往的研究中，大部分学者把加速度在洞口段的放大范围作为确定抗震设防长度的主要指标，然而加速度的放大并一定是衬砌受力的决定性因素，且学者们在仰坡坡度对坡面与衬砌的动力响应研究方面大多局限于数值分析，未经过模型试验的验证，故对山岭隧道洞口段的动力响应研究还需要不断完善，本文依据《公路隧道设计规范》[12]，针对V类围岩，并基于25°、35°、45°三个不同的仰坡坡度，开展山岭隧道洞口段动力模型试验（模型尺寸见图1），以揭示不同仰坡坡度下隧道洞口段的地震响应特征，为隧道洞口段抗震设计提供参考。(a)25°仰坡模型(b)35°仰坡模型(c)45°仰坡模型图1试验模型尺寸示意图（单位：cm）Fig.1Physicaldimensionofmodel(unit:cm)2试验参数与试验方法2.1相似关系根据相似理论，长度、密度、弹性模量与重力加速度需满足特定的比例关系，实际材料配比时困难较大，故本试验忽略重力加速度的相似，采用相似关系的实用模型。试验将长度、弹性模量、密度作为基本物理量，考虑到台面尺寸、模型箱边界效应以及围岩模型材料配制的限制，将几何相似比确定为1:50，弹性模量为1:60，密度为1:1，其他物理量根据相似关系推出[13]，，见表1。表1试验物理量相似比Table1Similarityratioofparametersintest几何尺寸Cl弹性模量CE密度C黏聚力Cc=CCl内摩擦角C加速度Ca=ClCt-2频率Cw=Cl0.5泊松比C应力C=CCE50601.0501.01.20.141602.2模型材料制备模型材料除了满足相似关系的物理力学性质外，还应满足性质稳定、质量轻、成本低等要求?

衬砌结构中不考虑钢筋的影响。考虑到衬砌结构间施工缝的存在，将衬砌模型分5节进行浇筑，除首节长30cm外，其余皆为20cm长。表3隧道衬砌原型材料与模拟材料物理力学参数Table3Liningparametersofthemodelandprototype参数重度/(kN/m3)弹模E/GPa泊松比抗压强度/MPa原型值2529.50.211.9模型值250.490.20.20试验值24.20.580.220.282.3试验方法试验箱采用无盖设计，其内部尺寸为1.5m×1.5m×1.5m，为便于观察试验过程和装卸模型材料，在模型箱正面留有一观察孔，其尺寸（宽×高）为0.5m×0.8m，见图2。图2模型箱正视图Fig.2Frontviewofmodelcasting模型试验采用先开洞后加载的填筑方式，即在围岩填筑过程中就把衬砌埋入。为了使模型箱与底部围岩材料能够同步振动，焊接2根7cm×7cm角钢，并铺设直径为5cm左右的碎石于模型箱底板。为了吸收地震波在模型箱上的反射和散射，使围岩在边界处可以自由变形，在模型箱内壁布置10cm厚聚苯乙烯泡沫板，并在板上贴聚苯乙烯薄膜以减小边界处围岩与泡沫板之间的摩擦，以最大程度的减小边界效应。试验采用经相似关系换算后的人工合成波作为振动台台面输入地震波，其加速度时程曲线及傅里叶谱如图3、4所示。Wang[14]指出，衬砌的设计应考虑S波以垂直与隧道轴向入射的情况，故试验中采用水平向（X向）输入激振，并将地震波的幅值调整为0.1g、0.2g、0.4g、0.6g、0.8g幅值由低到高进行加载。考虑到采用相似关系换算后的地震波输入时，地震动输入的持时短，且位移量小，难以达到完全破坏状态，为了观察模型破坏过程，试验最后对模型逐级加载与其自振频率相近的正弦波，对其进行共振破坏试验，正弦波的加载幅值由0.1g开始，并以0.2g为间隔进行逐级加载，直至模型破坏。

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 张明强;隧道仰坡开裂处治[J];西部探矿工程;2005年07期

2 王晋雄;双线铁路隧道洞口段施工方法[J];铁道建筑;1995年09期

3 宋玉平,白道全,赵成朴;越岭隧道洞口仰坡的处理对策[J];山西交通科技;2003年S1期

4 郎佳生 ,沈建江 ,王熠珉 ,樊利波;隧洞洞门的施工放样[J];水利天地;2003年04期

5 李存刚;;仰坡加固锚索施工方案[J];兰州工业高等专科学校学报;2009年06期

6 叶小兵;楚大高速公路九顿坡隧道洞口仰坡滑坡监测与治理[J];建筑;2003年12期

7 熊亚力;;瓦窑湾隧道仰坡防护自钻式锚杆应用技术[J];公路隧道;2007年03期

8 熊亚力;;华福公路隧道仰坡防护自钻式锚杆应用技术[J];山西建筑;2007年07期

9 王拥军;;小净距隧道仰坡处治浅谈[J];湖南交通科技;2007年03期

10 苗永杰;;某隧道仰坡力学参数确定及稳定性分析[J];山西建筑;2010年06期

相关会议论文 前9条

1 黄振鹤;吴正生;;应用自钻式锚杆治理隧道仰坡[A];2001年全国公路隧道学术会议论文集[C];2001年

2 喻军;刘松玉;;隧道施工降低仰坡稳定性的机理分析[A];第二届全国地下、水下工程技术交流会论文集[C];2011年

3 段海澎;邹正明;赵建军;;受软弱结构面控制的隧道洞口稳定性评价及工程措施分析[A];自主创新与持续增长第十一届中国科协年会论文集（3）[C];2009年

4 盛仁声;;穿越古城墙大跨度隧道修建技术的应用[A];第一届海峡两岸隧道与地下工程学术与技术研讨会论文集（上册）[C];1999年

5 李志厚;陈树汪;;横穿公路的浅埋段隧道结构设计[A];第六届海峡两岸隧道与地下工程学术及技术研讨会论文集[C];2007年

6 周德培;;高烈度地震区隧道洞口段抗震性能的试验研究[A];面向21世纪的岩石力学与工程：中国岩石力学与工程学会第四次学术大会论文集[C];1996年

7 李树锋;仇文革;;斜切式铁路隧道洞门受力特征模型试验研究[A];中国土木工程学会第十一届、隧道及地下工程分会第十三届年会论文集[C];2004年

8 丁浩;蒋j9屏;程崇W;王建冿;;桥隧混合异型隧道结构设计[A];第八届海峡两岸隧道与地下工程学术与技术研讨会论文集[C];2009年

9 白国权;仇文革;;铁路隧道新型洞门景观设计与计算机3D模拟技术[A];中国土木工程学会第十一届、隧道及地下工程分会第十三届年会论文集[C];2004年

相关重要报纸文章 前7条

1 胥思明　何永泰 马泽均;广南高速西充段建设进展迅速[N];南充日报;2009年

2 马爱欣;沂水公路绿化选择合适物种[N];中国交通报;2010年

3 周德培;隧道洞口绿化设计[N];中国花卉报;2007年

4 本报通讯员　 李文胜 本报记者　 姜圣瑜;精心呵护老山的自然生态[N];新华日报;2006年

5 陈业平 江苏省交通运输厅工程质量监督局 210001 周波 南京东部路桥工程有限公司 210033;米花岭隧道施工技术探析[N];江苏科技报;2010年

6 记者 龚伟;核电站进厂公路隧道贯通[N];益阳日报;2009年

7 记者 李仕兵　通讯员 孙开才;十三局集团兰渝管段 首座隧道贯通[N];中国铁道建筑报;2010年

相关硕士学位论文 前10条

1 孙建春;山岭隧道仰坡地震动力响应及减震措施研究[D];西南交通大学;2010年

2 贺威;半明半暗条件大跨偏压隧道零仰坡进洞施工风险分析与控制技术研究[D];中南大学;2012年

3 罗阳明;隧道洞口边、仰坡绿化技术研究[D];西南交通大学;2004年

4 兰旭;花石沟隧道洞口仰坡数值模拟及其稳定性分析[D];华中科技大学;2012年

5 董永;公路隧道洞口边仰坡稳定性分析[D];同济大学;2008年

6 张涛;穿越滑坡体的山区高速公路隧道进洞方案研究[D];华中科技大学;2006年

7 杨超;浅变质碎裂岩地区隧道洞口段预加固技术研究[D];重庆大学;2011年

8 李永斌;浅埋重载大跨径连拱隧道施工过程空间力学效应分析[D];长沙理工大学;2007年

9 郑清;山岭隧道震害分析及洞口段地震动力响应研究[D];西南交通大学;2010年

10 何小波;坡积体中隧道“零”开挖进洞技术研究[D];中南大学;2012年

本文编号：2573647