逆断层错动作用下地铁隧道结构损伤分析

发布时间：2021-08-09 13:45

　　以乌鲁木齐地铁隧道穿越西山活动逆断层工程为例,建立三维弹塑性有限元模型.首先模拟分析了逆断层错动作用下隧道二次衬砌塑性应变发展过程,拉压损伤因子、剪切应变的横向及纵向分布规律,计算了混凝土的裂缝宽度;其次研究了不同错动位移、隧道底部距围岩交界面不同垂直距离及不同破碎带宽度的结构损伤规律,最后进行了设置柔性接头的减灾效果研究.结果表明:二次衬砌结构破坏首先出现在拱顶;然后是拱底,最后在拱腰处累积.破裂面附近拱腰处发生拉压剪的共同破坏;远离破裂面上盘拱顶,破碎带拱底处发生受拉破坏;远离破裂面上盘拱底,破碎带拱顶处发生受压破坏.基于混凝土裂缝得到隧道拉裂破坏的严重与轻微受损区分别为10 m和30 m.错动位移越大,结构受损越严重;隧道底部距围岩交界面垂直距离越大,土层越厚,耗散能量越多,结构受损越轻;破碎带宽度越大,隧道破坏越严重,当破碎带宽度达到26 m时,破碎带宽度对隧道的影响基本保持稳定.设置柔性接头可以显著降低结构的损伤,基本满足在设防错动位移下的设计要求. 

【文章来源】：湖南大学学报(自然科学版). 2020,47(07)北大核心EICSCD

【文章页数】：10 页

【部分图文】：

地质剖面简图

取断层破碎带前后各100 m范围内建立计算模型，模型长×宽×高为252 m×68 m×60 m，隧道埋深为12 m，断层倾角为45°，隧道直径为6.7 m，模型网格划分见图2，隧道结构采用复合式衬砌，纵向划分126份网格，网格纵向间距为2 m.土体假设为理想弹塑性材料，采用摩尔库伦屈服准则，各土层参数见表1，衬砌结构采用ABAQUS中的塑性损伤模型，依据标准GB 50010—2010《混凝土结构设计规范》[18]的规定，定义衬砌混凝土弹塑性应力应变关系，初期支护与二次衬砌结构参数见表2.初期支护厚0.35 m，混凝土强度等级为C45；二次衬砌厚0.25 m，混凝土强度等级为C50.考虑隧道与土体之间的摩擦，其接触面设置罚摩擦，摩擦系数取为0.4[19].模拟分析分为三步：初始地应力平衡-隧道开挖-施加断层位移，在前两个步骤中，模型底部及侧边界施加法向约束，上部边界为自由边界，在最后一个步骤中，由于逆断层错动为上盘相对下盘作向上运动，因此为实现逆断层错动过程，释放上盘底部及侧边界法向约束，并在相应的位置上施加位移荷载以模拟断层错动，位移加载边界条件见图3.图3 断层错动加载边界

断层错动加载边界

【参考文献】：
期刊论文
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博士论文
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硕士论文
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本文编号：3332178