强地震下山岭隧道受损特征和影响的因素

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1、_______________________________________________________________________________原创论文强地震下山岭隧道受损特征和影响的因素陈之毅.施诚.李天诚.袁勇摘要经研究十起强地震中受损的81座山岭隧道，发现其典型受损特征可分为六种类型：衬砌开裂、衬砌裂损、因坡身不稳引起的隧道坍塌、隧道口破裂、渗漏以及侧壁/倒拱的变形。山岭隧道的影响因素也会做进一步的调查讨论，包括地震参数、构造信息以及岩石条件。另外，本文也提出一些抗震减震的建议。关键词：山岭隧道震害特征影响因素破坏机理

2、抗震1绪论除了因滑坡引起的交叉于断层中的剪切裂纹和隧道口破裂外，人们普遍认为山岭隧道很难在地震中受损，因为他们位于深处的石岩中。然而，最近山岭隧道的严重受损表明事实并非总是如此。例如，在1999年台湾的集集地震（王etal.2001）和四川的汶川地震（李2008）中，不少山岭隧道出现裂纹，衬砌倒塌，钢铁甚至出现弯曲。这对设计山岭隧道的抗震性能具有激励作用。收集、组织并划分地震中的受损数据对隧道的抗震研究具有重要作用。道丁和罗斯（1978）、沙玛和贾德（1991）以及马力等人（1998）已经做了明显的努力。道丁和罗斯（1978）调查了71例

3、在日本和美国的加利福尼亚及阿拉斯加的受损直径为3直6米的隧道，他们指出三个隧道受损机理：断层、由地震引起的表层受损（塌方或隧道口液化）以及隧道结构振动所产生的地震波。沙玛和贾德（1991）研究了85场地震中192个受损山岭并建立了一个数据库分析影响地下结构稳定性的主要因素：受损程度、表土负荷度、岩石种类、支撑方式、所在位置、震级以及震中距。最近，大型破坏力地震在全世界发生的更加频繁，这导致基础设施和财产的大面积受损并对人类健康产生不利影响。尽管先前研究人员建立的数据库在过去带来巨大的利益，但是因为不能正确反映地下结构的现状，这些数据已缺乏

4、正确性了。一些数据库，例如沙玛和贾德（1991）创建的数据库在那时包含很多可用信息，然而沙玛和贾德的分析只是集中于几个直接影响结构稳定性的因素,并没有详细描述的破坏特点，也没有对你机理进行研究。鉴于此种情况，陈和王（2011）收集了在20世纪17起强地震中遭到破坏的地下结构的全面详细的信息。他们建立了一个地下结构损坏的数据库,这方便了搜索地震细节(包括日期、位置、震级、震源的位置和深度以及总体地震破坏度)和结构损伤的细节、特征以及不同种类地下结构的影响机制。本研究收集分析了10起地震（表1）中81个山岭隧道的受损情况。选择这10起地震的愿

5、意是存在详细记录的信息。因此，受损特征能被明确的描述、分析、分类学习受损背后的影响因素。此外，抗震减灾的建议也被提议在未来的山岭隧道设计中。2.山岭隧道的受损特征迄今为止，隧道的受损情况还没统一的分类。道丁和罗斯（1978）提出了在地震中隧道受损的三种情况：因地震导致地表塌陷而引起的受损，例如隧道口的液化和滑坡，因断层位移而引起的受损以及因地面震动引起的受损。王等人（2003）把受损情况分为四类：衬砌开裂、衬砌裂损、因坡身不稳引起的隧道坍塌以及内壁变形。调查了成都至汶川线路上的11个铁路隧道，李（2008）把受损特征分为六种：缺口坍塌、隧

6、道口破裂、衬砌和围岩的受损、衬砌开裂和错位、倒转受损和隆起以及主要支撑结构出现裂缝和变形。本文根据受损的结构方式总结了六种普遍受损特征：衬砌开裂、衬砌裂损、因坡身不稳引起的坍塌、隧道口破裂、泄漏、内壁变形以及倒转受损。图表一总结了呈现上述损伤的隧道数量。其中，最频繁的受损是衬砌开裂；不常见的是衬砌裂损和隧道口破裂；最难得的是破身不稳而引起的隧道坍塌和内壁变形及倒转受损，每个受损特征和近期的研究会在以下部分详细描述。表1地震的总体信息地震日期地点震级受损的总体表述神户1995年1月日本7.2地震破坏了5个车站和近3公里长的地铁线路，神户地铁

7、和运营隧道的水泥墙面出现了超过100多处的裂痕。在隧道检查时，刘家隧道出现了长10米的裂痕，这个裂痕又扩展了进100米。旧金山1906年4月美国8.3穿越圣安德列斯断层的两个隧道受到了严重的破坏，三个水管也被毁坏了。关东1923年9月日本7.9本东海道、横滨、横须贺和其他的铁路线上有近150个隧道收到影响，出现了很多倒塌。116条铁路隧道中的82条被毁或出现了畸形、井壁坍塌,衬里破解。克恩县1952年7月美国7.7四条南太平洋铁路隧道遭受了严重毁坏严重摧毁图1分布的损害图2衬砌裂缝图3水平裂缝详细描述这些危害特点及当前研究的每个以下各节。

8、2.1衬砌开裂在受损总数中达到46%，衬砌开裂是地震引起的隧道受损中最频繁的模式。根据裂缝类型，他们可分为纵向、横向、斜破损，环破损以及斜破损引起的倒转裂缝（王等人2003），如表二所示。19