地震引起的竖向应力对地铁隧道的影响论文

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1、地震引起的竖向应力对地铁隧道的影响论文.freel与孔隙水压力和不排水残余应变的关系。本文采用两种简化计算方法:在某一时刻,用孔隙水压力U和不排水残余应变εp与剪应力τm(即τm1或τm2)的关系(U~τm和εp~τm)代替以前孔隙水压力U与剪应力τvh的关系(U~τvh和εpp~τvh),来计算孔隙水压力和不排水残余应变的增长规律。三、动力分析方法在Biot动力固结基本方程中引入孔隙水压力和不排水残余应变,并忽略孔隙水的加速度,可得到动力微分方程,并利用伽辽金加权残数法对动力微分方程进行离散,取形函数为权函数,则可得到下列离散形式的方程组:四、算例本文以上海地铁1号线隧道的计

2、算结果为例,说明竖向应力对土工建筑物的影响。隧道顶距地表10m左右,隧道管片混凝土厚35cm,外直径6.2m,内直径5.5m。隧道处于粘性土层中。地震波曲线选用唐山地震波曲线从50m深处输入,并调整输入加速度幅值,使地面反应加速度为0.98m·s-2,相当于7度地震。本文主要对是否考虑竖向应力作用的计算结果进行分析,对土层参数及实验情况等则不作详细介绍。因结果分析比较的需要,在计算中也考虑行进波的作用,以说明问题。以下是本文计算的主要工况:①按以往的程序计算,孔隙水压力和不排水残余应变的计算均只考虑水平剪应力分量;②计算孔隙水压力和不排水残余应变时,考虑竖向和水平应力差分量;③

3、考虑行进波作用,地震波的输入方向为60°(参见图1);④同时考虑应力差分量和行进波作用。通过上述几种工况的计算,可得如下结果:1最大反应加速度结果分析由图2~图4可以看出,若不考虑行进波的传播方向,则土体内同一水平面上x方向的最大反应加速度基本相同,而y方向的最大反应加速度很小,几乎为0;若考虑行进波作用,则最大反应加速度发生了很大的变化:x方向的最大反应加速度沿同一水平面不等,它的形状随着传播方向的改变而改变,并且其值有所减小;y方向的最大反应加速度沿同一水平面基本相等,并且其值有较大增加。2最大动剪应力比结果分析由图5、图6可以看出,在不考虑行进波的情况下,土体内最大动剪应

4、力比在同一层面基本相等;当考虑行进波作用时,由于受地震输入竖向分量的影响,动剪应力比在同一层面相差较大,其最大值的区域随着地震波输入方向的改变而改变;动剪应力比的大小比不考虑行进波时小,这是由于动剪应力主要与水平向振动有关。考虑行进波传播方向作用(未考虑应力差分量)时,土体内孔隙水压力比在同一水平面内相差较大,在隧道附近等值线比较密集,且孔隙水压力比的大小也偏小。在同时考虑行进波传播方向作用和应力差分量作用时,计算结果比不考虑这两个因素或只考虑其中一个因素时计算结果大,这是因为若只考虑行进波作用,由于地震波分为水平和竖向两个振动分量,如果忽略其竖向分量则结果比原来偏小;若只考虑

5、应力差分量作用,由于地震反应后竖向分量较水平分量小很多,则结果与原来相差很小。只有同时考虑这两个因素才能综合全面地反映其对土体的影响。如图7、图8和图9所示。4最终沉降结果分析由于沉降与孔隙水压力比有直接的关系,孔隙水压力的消散将引起沉降的产生,由前面孔隙水压力比等值线图可知,只考虑应力差分量时,孔隙水压力比变化不大,因而对沉降值的影响也不大。考虑行进波传播方向时,其沉降等值线图的规律与孔隙水压力比相同,在此不再赘述。如图10~图13所示。五、结论通过地震破坏实例以及实际计算结果分析,我们可以得知,是否考虑竖向应力作用对地铁隧道的影响很大。事实上,地震作用是随机的,其大小和方向

6、是随时间不断改变的,因此为了准确而全面地研究地铁隧道的地震反应,应当考虑竖向应力的作用。