隧道振动台试验数值模拟及振动输入方法分析

针对隧道振动台试验中的“模型体-模型箱”体系数值模拟问题,通过总结动力有限元阻尼计算分析了模型泡沫边界层的阻尼实现方法。对数值模型底部振动输入的实现方式进行了讨论,分别推导了大质量法、位移时程输入法等计算过程,通过单自由度体系对比分析了大质量法和位移时程输入法的计算精度,分别讨论了两种实现方式的优缺点和在应用中的合理性;并以某隧道振动台试验模型的数值计算为例,分别采用大质量法和位移时程输入法对计算模型进行了对比分析,这两种方法在实际试验模型的地震作用数值分析中整体计算精度相近,但大质量法易产生位移累积误差。

特大断面公路隧道洞口段抗震缝设置效果

隧道洞口段是隧道抗震的薄弱区间,其地形地质条件复杂,围岩多破碎,在抗减震设计中应着重考虑。文章从抗震缝出发,通过FLAC 3D有限差分软件建立模型,探究隧道洞口段设置抗震缝对抗震效果的影响。研究结果表明:不同间距抗震缝的设置在使得洞口横断面主应力最大峰值大幅减小的同时也使得应力峰值较小的测点的应力幅值有所增加,从而使应力峰值在洞口横断面上分布更平滑;从纵向对比来看,抗震缝能大幅减小主应力峰值,尤其能在进洞一定范围内减弱第一主应力峰值的幅度逐步增加。综合分析得出,在文章研究背景条件下采用的最佳抗震缝间距为10 m。

地下结构波动法与振动法的对比

介绍了波动法和振动法的计算原理和使用方法,用这两种方法计算人工地震波,分析两种方法的区别。结果表明:波动法和振动法的计算数值和变化规律基本一致;波动法可以反映波动传播的时间效应,振动法不能反映波动传播的时间效应,但振动法计算步骤简便,精度可以满足要求;建议在地下结构动力分析中使用振动法。

特大断面公路隧道地震动力响应分析

以西南地区某高速公路特大断面隧道地震设防为研究背景,通过有限元动力计算方法,考虑隧道施工过程形成的应力场作为动力分析的初始应力场,同时在动力分析中考虑静力和动力分析的人工边界转换处置,采用地下结构静-动力分析方法对隧道进行了地震动力响应分析。模型分析了特大断面公路隧道在地震动力作用下的衬砌加速度响应、第一主应力和第三主应力响应、静力到动力的塑性发展情况。分析结果表明,特大断面隧道的仰拱区域在地震振动中是薄弱部位,在施工中围岩压力释放充分有利于隧道抗震,二次衬砌作为安全储备在振动中发挥主要作用。研究结果可为工程实际提供一定的参考意义。

地下结构静-动力分析中的人工边界转换方法研究

对同时考虑静力效应和动力效应的地下结构静-动力分析问题,静力分析与动力分析的人工边界转换对动力分析结果有较大的影响。通过对人工边界转换方法边界转换原理的分析,表明以静力分析结果中的应力场为初始条件进行动力分析时,在输入静应力场的同时输入引起此应力场的荷载和边界条件,以及去掉边界约束条件的同时施加以相应的约束反力,均可保证模型在动力计算初始时刻为静力平衡状态。提出了一种在动力分析中施加零动力荷载的方法来检验静、动力人工边界转换的误差。算例表明采用粘弹性静-动力统一人工边界及其相应计算方法时,该边界在某些地下结构静力计算中存在较大误差。通过分析,推荐了较为合理的地下结构静-动力分析人工边界转换方法。该方法在人工边界转换时先去掉静力分析的约束,并在施加动力人工边界进入动力分析前将静力分析的荷载、静力场和约束反力一并输入模型。通过算例分析,验证了该方法的合理性。

特大断面隧道断层段地震响应与断层构造关系

针对特大断面隧道(>30 m)断层破碎带地震响应强烈而导致衬砌结构更易遭受破坏的问题,采用FLAC 3D仿真计算软件,通过数值模拟,研究特大断面隧道地震与断层宽度、断层倾角的关系,分析衬砌地震响应规律,确定抗震薄弱位置及抗震设防范围。分析结果表明:断层处的衬砌横断面上的拱腰和拱脚处属于抗震薄弱位置,需要在这些位置处重点进行设防;断层上盘位置对地震响应更明显,应加强这些位置上隧道衬砌的抗减震措施;地震时,小倾角、大宽度的断层构造对特大断面隧道的影响大。在本文研究的断层构造范围内,特大断面隧道的抗震设防区域选取应为断层及断层交界面前后25~30 m的区域。这些结果可为地震区的特大断面隧道设计建设提供参考。

断层破碎带特大断面公路隧道抗减震技术研究

采用三维有限差分计算软件,对断层破碎带特大断面隧道抗减震技术进行分析,通过数值模拟分析不同刚度衬砌材料以及注浆加固围岩形式对断层破碎带衬砌抗震效果的影响。结果表明:刚度较大的混凝土衬砌应力结果偏大,纵向影响范围有略微的增大的趋势;随着衬砌刚度的减小,最大主应力减小趋势不是线性的,具有明显的放缓的趋势,持续减小衬砌刚度的减震效果变得不明显;注浆加固形式对断层破碎带特大断面隧道衬砌的拱脚和拱腰部位具有明显的抗震效果,可以改善特大断面隧道衬砌受力;全环间隔注浆的抗震效果要优于全环接触注浆形式;建议在特大断面隧道断层破碎带处采用间隔1 m、注浆厚度为4 m的间隔注浆形式。

特大断面公路隧道浅埋段抗减震技术研究

为研究埋深较浅的特大断面公路隧道洞身段动力响应特点及抗减震措施效果,文章以向阳山隧道洞身段为研究对象,采用有限差分方法,通过FLAC 3D软件建立三维数值模型,设置橡胶减震层、泡沫混凝土、隧道围岩局部注浆和全环注浆4种措施,与无措施工况下隧道衬砌的变形及应力对比分析。根据上述分析选出最佳抗减震措施,并对该措施不同设置参数的抗减震效果进行了研究。研究表明:(1)橡胶减震层的减震效果优于泡沫混凝土,隧道全环注浆的抗震效果优于局部注浆。(2)橡胶减震层在边墙脚主应力峰值最多减少约70%,其厚度在15 cm时的整体抗减震效果最佳。(3)全环注浆加固层厚度在3~5 m时,厚度越厚,抗震效果越好,厚度从4 m增加至5 m,减小幅值的梯度较小,综合抗震效果与经济效益,加固层厚度宜设置在4~5 m范围内。

浅埋大跨隧道地震响应特性静-动力分析

以一个浅埋暗挖地铁车站为背景,应用地下结构静-动力分析方法,首先采用有限元荷载释放法模拟该地铁车站施工过程,然后采用动力有限元分析了该地下结构在地震荷载作用下的动力响应。分析结果表明,浅埋地铁车站采用先拱后墙法施工时,上台阶左侧(即先开挖一侧)大拱脚处的初衬区域应力较大;在地震荷载作用下,浅埋地铁车站结构内轮廓位移、速度和加速度动力响应峰值最大值出现在直墙顶端或附近区域,第一主应力峰值最大值与第三主应力峰值最小值分别出现在拱腰区域与右直墙底部。地铁车站结构静力和动力分析中高应力区出现在不同部位,其抗震设计中应分别对这些部位进行加强。

地质雷达在舟白复线隧道超前预报中的应用

地质雷达已经广泛应用于复杂地质情况下隧道围岩的超前预报工作。文章介绍了SIR-20地质雷达的工作原理,并以舟白复线隧道的超前预报为例,详细地论述了使用SIR-20地质雷达进行超前探测的布点、数据处理及雷达特征图像的分析等问题。并将探测预报结果与围岩实际情况进行比较,验证了这种超前探测技术的可信度。

地铁隧道下穿人行地下通道施工稳定性分析

以重庆市轨道交通三号线华新街至观音桥区间隧道为背景,针对地铁隧道近接下穿人行地下通道时该隧道的开挖问题,采用数值模拟方法,分析人行通道入口处挡墙是否加固对该挡墙及隧道在开挖中的稳定性的影响。结果表明对该挡墙进行加固,可以减小施工过程中挡墙的位移和隧道断面最大主应力,从另一侧面反映开挖过程中挡墙及隧道的稳定性得到增强。分析结果可以为同类隧道近接下穿结构物的工程提供参考。