水工隧洞地震作用计算模型的适用性研究

发布时间：2019-07-21 08:22

【摘要】：针对水工隧洞在地震作用下的计算问题,对水工隧洞地震作用计算模型进行了计算对比和适用性研究。分析常用的4种计算模型用于计算水工隧洞地震作用的可行性,通过理论和数值计算确定"径向和切向反力弹簧模型"的计算参数,研究了地震作用下隧洞上方计算土体对隧洞衬砌的作用方式。结合试验验证,该方法和数值计算对比的结果表明:围岩的法向和切向弹性抗力系数受隧洞埋深、围岩类型和衬砌不同部位的影响,随埋深的增加先增大,然后趋于一个定值,围岩条件越好,数值越大,在隧洞两侧部位的数值较大;在地震作用下,隧洞上方计算土体以切向力的方式作用在隧洞衬砌的上半部分,可以通过将隧洞上部计算土体分条后进行计算。该方法可充分考虑地震对隧洞的动力和约束作用,适用于水工隧洞抗震计算。
【图文】：

;岳中明等［9］针对圆形复合衬砌结构给出了一种全新的计算模型。“荷载—结构模型”是隧道和地下结构中使用较多的一种，该模型的受力概念清晰明确，用于评价安全系数的方法具体清楚。使用该模型时若假定不同的围岩反力形式，可以演化出来四种不同的计算模型，即:“自由变形模型”、“三角形反力模型”、“径向反力模型”和“同时考虑径向和切向反力的模型”［10］。水工隧洞的地震作用计算可以采用上述4种模型进行计算，但具体计算中采用哪个计算模型还需要进行论证，研究表明:分别采用自由变形模型(见图1)、三角形反力模型(见图2)、径向反力模型(见图3)、径向和切向反力弹簧模型(见图4)进行计算时的差别很大［11］(为方便起见，以圆形隧洞为例进行说明)。径向和切向反力弹簧模型充分考虑了隧洞周围的岩土体对隧洞衬砌结构的约束作用，计算结果与实际情况较为吻合，使用该模型进行计算时，需要分别确定围岩的法向弹簧弹性模量和切向弹簧的弹性模量，相关计算方法还需进一步研究。图1自由变形模型图2三角形反力模型图3径向反力模型考虑到地震作用的特殊性，本文采用了同时考虑径向和切向反力的双弹簧计算模型(见图4)，在具体计算中考虑了如下几点:(1)隧洞在径向和法向同时受到周围岩体的弹性约束;(2)隧洞围岩对其约束作用使用弹簧来代替，该弹簧只考虑围岩的抗压特性，43

栽残胃春铣钠鼋峁垢釬隽艘恢秩鄭碌募?算模型。“荷载—结构模型”是隧道和地下结构中使用较多的一种，该模型的受力概念清晰明确，用于评价安全系数的方法具体清楚。使用该模型时若假定不同的围岩反力形式，可以演化出来四种不同的计算模型，即:“自由变形模型”、“三角形反力模型”、“径向反力模型”和“同时考虑径向和切向反力的模型”［10］。水工隧洞的地震作用计算可以采用上述4种模型进行计算，但具体计算中采用哪个计算模型还需要进行论证，研究表明:分别采用自由变形模型(见图1)、三角形反力模型(见图2)、径向反力模型(见图3)、径向和切向反力弹簧模型(见图4)进行计算时的差别很大［11］(为方便起见，以圆形隧洞为例进行说明)。径向和切向反力弹簧模型充分考虑了隧洞周围的岩土体对隧洞衬砌结构的约束作用，计算结果与实际情况较为吻合，使用该模型进行计算时，需要分别确定围岩的法向弹簧弹性模量和切向弹簧的弹性模量，相关计算方法还需进一步研究。图1自由变形模型图2三角形反力模型图3径向反力模型考虑到地震作用的特殊性，，本文采用了同时考虑径向和切向反力的双弹簧计算模型(见图4)，在具体计算中考虑了如下几点:(1)隧洞在径向和法向同时受到周围岩体的弹性约束;(2)隧洞围岩对其约束作用使用弹簧来代替，该弹簧只考虑围岩的抗压特性，43
【作者单位】：河南省水利勘测有限公司;华北水利水电大学资源与环境学院;
【基金】：国家自然科学基金资助项目(51408222;51178490) 华北水利水电大学高层次人才科研启动项目
【分类号】：TV312;TV672.1

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