柔性接头地铁隧道穿越地裂缝的地震响应

采用振动台模型试验,模拟地震荷载和地裂缝场地沉降,分析了穿越地裂缝区域且设置柔性接头的分段地铁隧道的动力响应,研究了地裂缝场地沉降、裂缝发育特征、地铁隧道加速度响应特征、土压力与隧道各区段不同部位的应变规律。分析结果表明:由地裂缝场地沉降与地震荷载耦合作用所产生的差异沉降和裂缝多集中于柔性接头部位;各区段地铁隧道间的运动具有一定独立性,上盘靠近地裂缝的地铁隧道的加速度峰值是下盘隧道的3.2倍;距离地裂缝越近土压力越大,且在耦合荷载作用下,上盘土压力是下盘土压力的6.7倍;地铁隧道各区段左右拱腰应变较大,底板处应变次之,拱顶部位应变较小;柔性接头设置后各区段应变增率减小,在距离地裂缝较近部位未出现明显的应变增加现象。可见,在地震荷载与地裂缝场地沉降耦合作用下,柔性接头能够减小地铁隧道地裂缝位置处的集中应力与地裂缝场地的变形。

地铁隧道邻近地裂缝带的地震响应

采用数值模拟方法,在不同震级人工地震波作用下,研究了具有近距离平行地裂缝的地铁隧道的加速度、位移和内力特征,计算了地裂缝的影响区域、围岩动土压力变化规律和隧道与围岩接触动土压力变化规律。研究结果表明:在地表距隧道水平距离约25~50m范围内加速度响应存在一个附加放大区域;当输入地震动强度较小时(50年超越概率为63%),地铁隧道拱顶和拱底处相对水平位移都较小(约为0.39mm),但随着输入地震动强度的增大(50年超越概率为2%),拱顶和拱底的相对水平位移均逐渐增大,最终增大至1.53mm;在地震动作用下,隧道结构的左、右拱肩和拱脚处的轴力都较大,其中右拱脚处的轴力最大,为1 926kN;隧道结构的左、右拱腰处的弯矩和剪力都较大,其中最大弯矩与最大剪力在右拱腰处,分别为78.54kN·m与1 830kN;随着地震动强度的增大,隧道结构的内力逐渐增强;地裂缝附近的动土压力较大,并向两侧逐渐减小;在中震作用下隧道拱顶处,地裂缝上盘影响宽度为25m,下盘影响宽度为20m,在拱底处,地裂缝上盘影响宽度为26m,下盘影响宽度为22m;在大震作用下,地裂缝上、下盘影响宽度较中震时增大约35%;地裂缝附近的隧道拱顶和拱底的动土压力变化规律与无地裂缝时基本一致,但隧道结构附近的动土压力较大,其最大值为138kPa;在地震动作用下,隧道结构拱腰处的接触动土压力增量较大,右拱腰处即靠近地裂缝一侧最大,增量为45.27%,拱顶次之,增量为13.41%,拱底最小,增量为6.86%。