横观各向同性场地中埋置衬砌隧道对qP波的散射

发布时间：2021-02-17 01:56

　　采用间接边界元法（IBEM）结合"分区契合"技术,研究qP波入射下横观各向同性（TI）场地中衬砌隧道的动力响应问题。方法充分利用半空间和全空间动力格林函数在分别构造含孔半无限空间域和闭合域内散射波场方面的优势,将含有衬砌隧道的层状弹性半空间分解为含孔半无限空间域和一个环形衬砌闭合域来分别进行波场构造,有效地降低了求解时间和存储量。文中验证方法的正确性,并以均匀TI半空间和基岩上单一TI土层为例,计算分析弹性半空间场地中隧道衬砌内表面动应力放大问题。结果表明qP波入射下,TI介质与各向同性介质场地中埋置衬砌隧道的动力响应差异显著,TI介质参数的变化导致场地动力特性的改变,进而改变场地与衬砌隧道的动力相互作用机制,显著影响着衬砌内表面动应力的大小及其空间分布。 

【文章来源】：地震工程学报. 2020,42(04)北大核心

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

本文结果与文献[6]的比较

其次,将TI半空间退化为各向同性情况,与文献[7]无阻尼弹性半空间中刚性衬砌结果对比验证本文方法。隧道埋深H/a1=2.0,衬砌内外半径比a1/a2=0.9,取Eh=Ev=0.032E′,泊松比均为0.25,ρ/ρ′=0.8。图3给出了本文结果与文献[7]结果的比较,入射波的角度为ψ=90°、60°、30°、5°(ψ=90°为垂直入射波,ψ和θα互余),可以看出对比结果非常吻合。3 计算结果与分析

由图4可以看出,较大的动应力常出现在衬砌两侧,而衬砌顶部和底部的值却较小。当qP波低频(η=0.5)入射时,隧道衬砌内表面动应力σ*θθ值较大。随着入射波频率增大,σ*θθ有所减小。而在同一入射角度和频率下,不同TI介质参数场地中衬砌动应力值有着非常大的差别。通常情况下,当入射角度ψ与Eh/Ev大小变化一致时,动应力值增大。例如,当qP波垂直入射时,衬砌动应力集中系数σ*θθ随着Eh/Ev的增大而增大,而以ψ=30°入射时,场地1中的σ*θθ值较大,不同Eh/Ev情况下σ*θθ的差值最大达到4.23倍。这是因为TI介质参数的改变,改变了半空间中qP波的传播速度,使得入射波、反射波和散射波的相干机制发生变化,导致不同TI介质场地下的动应力集中系数差异明显。以往基于场地各向同性的假设可能导致衬砌动应力值偏小,因此在隧道抗震设计时对场地的各向异性应给予充分的考虑。3.2 基岩上单一土层的结果

【参考文献】：
期刊论文
[1]层状横观各向同性场地地震反应分析[J]. 梁建文,潘坤,巴振宁.  地震工程与工程振动. 2017(04)
[2]沉积层序对谷地场地地震反应的影响-SH波入射[J]. 巴振宁,印枭,梁建文.  土木工程学报. 2017(01)
[3]弹性半空间中衬砌洞室对平面P波和SV波的散射（Ⅱ）——数值结果[J]. 刘中宪,梁建文,张贺.  自然灾害学报. 2010(04)
[4]半无限空间中稳态P波在衬砌周围的散射[J]. 史文谱,刘殿魁,林宏,张耀良.  地震工程与工程振动. 2002(03)
[5]软粘土地基各向异性初步探讨[J]. 龚晓南.  浙江大学学报. 1986(04)



本文编号：3037242