考虑边坡不同进洞高程的隧道洞口段动力响应特征研究

• 作 者: 岳琳琳
• 出 处: 兰州交通大学
• 发表日期: 2019年01期
• 关键词: 位移 洞口段 振动台模型试验 数值模拟 动力响应

21世纪以来,随着我国对西北地区基建投资的不断加大,一带一路政策的不断推动,修建了大批量的铁路、公路和地铁隧道,进而诸多铁路交通安全问题便日渐突出,有待解决。我国西北地区山岭居多,土质多为湿陷性黄土,所以穿越黄土隧道进行铁路建设时便遭遇了巨大的挑战和困难。由于我国地震发生频率较高,而隧道洞口段又为隧道抗震的关键位置,较易发生地基失效及结构破坏。因此,开展研究黄土地区隧道洞口段在地震作用下的变形破坏规律和动力响应的了解意义重大。本文采用大型振动台模型试验和有限元数值模拟两种方法对黄土隧道洞口段做地震动力响应研究,考虑了地震波入射方向对隧道洞口段的抗震影响,并将进洞高程作为一个关键参数,重点进行了仰坡坡度为60°,坡脚进洞的边坡隧道系统模型。为山岭隧道选址方式和隧道洞口段抗减震措施的选择,提供有益的理论依据。主要研究的内容和结论如下:(1)本文对国内外相关隧道震害以及抗减震资料进行归纳整理,总结了隧道发展历程、抗震设计方法和隧道洞口段的影响因素,简明扼要的提出了论文的研究内容和研究思路。(2)根据研究内容、试验条件及相关思路,设计了相似比为1:80的隧道洞口段大型振动台试验模型,仰坡坡度60°,坡底进洞,分析了模型在不同加载工况下的加速度、位移、压力及剪应力。隧道的存在对周围坡面的加速度有一定的抑制作用,坡面峰值加速度随着坡高的增大呈现整体增大趋势,呈现出坡面放大效应。隧道衬砌各点峰值加速度随着进洞的增大不断减小并趋于稳定,呈现出一定的洞口放大效应。坡面位移呈现有一定的累积效应,随着地震烈度的不断增加,特别是洞口附近较为显著,位移向坡顶面不断蔓延。(3)以MIDAS GTS/NX三维有限元数值模拟为依托,分别对坡脚进洞、1/3倍坡高进洞、2/3倍坡高进洞三种不同方式进洞高程的模型对比分析。研究表明,坡面加速度随着坡度的增高而不断增加,呈正相关性,在接近坡顶位置80m处,坡面加速度趋于一定程度的稳定,呈现一定的加速度饱和效应,故不同进洞方式中边坡中上部动力响应较为强烈,可做重点设防。(4)分别研究输入水平x、y和竖直z向三种不同方向的地震波对隧道洞口段及坡面的动力响应特征,结果表明,不同入射方向的地震波作用下坡面加速度及位移表现方式不尽相同,总体来说平行于隧道轴线的水平y向为最不利入射方向,对隧道及边仰坡破坏作用更强。为实际工程洞口段抗震设计提供了参考依据。