山区高速公路隧道在地震作用下的动力响应研究.pdf

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1、工程试验与研究广东建材2016年第1期山区高速公路隧道在地震作用下的动力响应研究陈江祝中林(中南林业科技大学)【摘要】根据动力有限元原理，利用软件Midas／GTS对某一山岭高速公路隧道边坡进行地震荷载作用下动力响应分析。获得了衬砌的加速度响应和隧道结构的应力变化规律。结果表明：地震荷载作用F，衬砌在竖卣2方向上响应加速度具有明显的高程放大效应，由两侧拱脚向拱顶不断增大；在水平方向上响应加速度由两侧拱脚到侧拱墙再到拱顶呈先减小后增大的波动变化。在地震荷载作用下，衬砌的受力状态随着地震持时呈复杂变化，衬砌表面出现明显的应力集中显现，相比静力状态，地震

2、荷载作用下隧道围岩的应力状态变得更加复杂，不同时刻所受的应力变化很人。【关键词】隧道：动力响应；数值模拟：地震I引言我国位于世界两大地震带一环太平洋地震带与欧亚地震带之间，受太平洋板块、印度洋板块和菲律宾海板块的挤压，地震断裂带十分活跃，特别是在西部多山地区。近年来，国民经济快速发展，西部大开发战略加速推进，众多高速公路、铁路客运专线在内陆地区开展实施。受地形特征、工程成本或施工方法等因素的影响，这些工程在建设过程中经常采用隧道、隧洞等工程形式。因此，地震作用下隧道或隧洞的抗震稳定性问题一直以来都是工程界和学者热点讨论的课题。刘长江Eli采用有限元

3、软件ANSYS和抗剪强度折减法，利用时程分析法进行牛头山黄土隧道的地震稳定性分析，获得了它的地震稳定安全系数，定量估计该隧道结构的地震动安全储备情况。王建秀等瞳1对隧道边坡变形进行了三维监测及洞内变形监测，确定隧道边坡三维变形的基本模式。李育枢等瞄1用动力有限元法研究了偏压隧道洞口横向边坡在水平地震、垂直地震以及水平和垂直地震同时作用下的全时程动力反应规律。分析隧道在地震作用下的响应规律，探究其抗震稳定性和加固措。：一。r!：一。．：：。施工规范》GB50496—2009中的要求。。。。。，，。，，，：：：：：：：：：：：：／60．34：=：∑：：

4、：■(===-=二—二45．846．146．846．5拍．646,848．0”·9：!}二三銎瀣捌，怕一工。+=’‘咚’‘二喜量。．叁‘—-●—■■■嗣■■肇鬟-豳妇图99≠≠测温点不同时段测温记录折线图一次，三天后测温频率调整为4小时一次，每次测温都要求做好温度监测记录，并实时对数据进行汇总整理。由于测温数据较多，不‘‘例举，仅以承台最深处的9#测温点在浇筑完成后的第一天的测温情况记录为例进行说明：在2015年11月18日当天的巾午十二点，冷却水管开肩后，通过图表可以发现混凝土中心开始下降，里表温差显著降低，且不超过25℃，满足《大体积混凝土6结

5、论厦门华润中心大厦筏板承台大体积混凝土施工完成后，混凝土表面均无出现有害裂缝，仅在局部地方出现少量的表面不规则裂缝，达到了预期目的。针对大体积混凝士裂缝的情况，只要措施到位，能够很大程度上地减少裂缝的出现。首先从原材料入手，优选合适原材料，优化混凝土配合比，从源头上降低混凝土的绝热温升，从根本上解决升温阶段裂缝的产生。同时精确计算掺和料和外加剂的使用量，既改善了混凝土的和易性，又增强了混凝土的强度。其次在浇筑过程巾，做到合理布料，分层浇筑，振捣到位，促进混凝土的散热。最后，混凝十的养护措施极为重要，面层做好保温措施，选择合适的保温材料，混凝土内部通

6、过冷却水管进行内部降温，减小混凝_

7、二块体表里温差，更有效地降低混凝土裂缝出现的概率。●广东建材2016年第1期工程试验与研究施是实际工程中迫切需要解决的问题。目前很难对实体工程进行地震反应现场的数据记录，数值模拟在边坡动力响应研究中表现出突出的优势。本文利用有限元软件Midas／GTS对某山区高速公路隧道进行三维建模，根据动力有限元分析结果，探讨地震荷载作用下隧道的动力响应规律。2动力有限元数值模拟2．1工程概况该工程为某一山岭高速公路隧道穿越边坡，坡高50m，整体坡度为35。～40。，地处中低山丘陵地貌区，地形起伏较大。工程地质岩层呈层状构造，

8、连接山体的基岩主要为石英块岩，灰白色青灰色等，中间是软弱夹岩主要成分为强风化白云岩，浅灰白色，上覆碎石土植被较发育风化片麻岩。周围无水沟深谷，地下水主要储存于深层基岩裂隙中。因围岩条件比较好，为了节约工程成本，在隧道设计施工时没有做锚杆支护。岩层的主要物理力学参数如表l所示。隧道衬砌的计算参数如表2所示。表1岩体材料参数弹性模量(GPa)泊松比容重(KN／m。)厚度(m)34．50．1728O．152．2计算模型利用GTS的“非线性时程”求解模块对边坡进行动力有限元分析，岩体材料采用弹塑性本构模型和Mohr-Coulomb强度准则，隧道衬砌采用平面

9、板单元进行模拟，为了更好地模拟地震波波动能量在边界上的反射特点，模型四周和底部设置为粘弹性边界，顶部为自由场边界。在岩层分