基于希尔伯特边际谱理论的含隧道滑坡震动破坏模式研究——以隧道正交下穿主滑方向滑体为例

为探究地震作用下含隧道滑坡体的破坏模式,以正交下穿滑体主滑方向为例进行振动台试验,通过测试得到滑坡体内不同位置的加速度时程曲线,基于希尔伯特边际谱理论,获取不同位置测点的边际谱,并提取各测点边际谱峰值和特征频率,揭示隧道正交下穿滑体滑坡的破坏模式。结果表明:1)在不同强度地震作用下,基岩内地震能量有序传递,并不出现地震损伤,滑坡体内中上部坡体和下部坡体率先出现地震能量不能完整传递,出现地震损伤。2)隧道的存在劣化了上部坡体的力学环境,使得中下部坡体内隧道顶部T16测点在低能量输入下仍出现破坏。3)隧道正交下穿滑体主滑方向的震动破坏模式表现为崩落—拉裂—滑移破坏。

隧道正交穿越深厚滑坡体的相互影响分析与应对措施

在我国西南山区修建公路隧道时,常常需穿越滑坡等不良地质灾害体,而其中最复杂的组合便是隧道正交穿越滑坡,这一复杂组合耦合了上覆厚度巨大的滑坡体和隧道开挖揭穿滑坡滑面两个不利条件,将会引发滑坡和隧道的强烈相互作用,从而诱发滑坡体和隧道的强烈开裂、变形。以西南山区某高速公路隧道正交穿越厚度超过60 m的老滑坡为背景,对这类隧道–滑坡体系的相互作用而引发的工程病害的机制进行了深入的分析和研究,并采用数值分析方法对坡体、隧道的应力、变形等进行了详细计算分析,同时与规范推荐的传递系数法的计算结果进行了对比分析。结果表明,数值分析方法对这种复杂体系作用下的坡体与隧道的相互影响所进行的分析更为合理,基于应力变形控制理论所确定的最终处治方案具有明显技术合理性和经济优势。目前该隧道已成功穿越滑坡体并通车,这种复杂条件下的隧道-滑坡体系的成功处治在国内外亦是非常少见的,其设计分析思路和应对措施可供今后类似工程参考和借鉴。

钢带-锚杆联合支护体系在软岩隧道中的支护参数优化研究

针对钢带-锚杆联合支护体系在软岩公路隧道中的适用性问题,文章基于正交试验对支护参数进行研究,并运用FLAC 3D数值模拟软件,对正交试验设计工况进行计算分析,得到在软岩隧道中应用钢带-锚杆联合支护体系的支护参数较优解。结果表明:钢带-锚杆联合支护体系应用于Ⅴ级围岩隧道中,影响程度最高的支护参数为锚杆环向间距,在Ⅳ级围岩隧道中,锚杆纵向间距对支护效果的影响最大;100 m埋深条件下,在Ⅴ级围岩隧道中施作钢带-锚杆联合支护体系,锚杆环向间距为0.8 m、纵向间距为0.8 m、锚杆长度为3.5 m时支护效果最优,最小拱顶沉降量为16.25 mm;围岩条件越差的软岩隧道,优化后的钢带-锚杆联合支护体系对隧道周边围岩的变形控制效果提升越明显。

正交体系下滑坡与滑体以下隧道相互作用研究

在地质条件较差的山体中修建隧道不可避免。隧道通过滑坡体或接近滑坡体时对隧道的施工和运营有很大影响。研究位于滑体以下隧道—滑坡正交体系,通过剖析与滑坡相互作用力学机理与变形,推算隧道在滑坡推力作用下隧道位于滑面以下最小安全距离下滑坡与隧道相互影响安全系数。现选取一座潜在滑动面以下修建的隧道案例,利用数值模拟软件对隧道位于滑体以下不同地段和距滑面不同净距进行分析,结合对隧道拱部不同监测点数据,得出滑坡与隧道相互影响较小时安全系数临界值,以及隧道位于不同滑坡地段时滑坡对隧道的影响程度。结果表明:隧道位于滑面以下时,计算得到滑坡与隧道相互影响安全系数小于临界值,考虑滑坡变形对隧道位置的影响,并合理设计隧道滑动面下方距离和相应隧道衬砌结构,有效减小不利条件对工程建设的风险。

地震作用隧道正交下穿滑坡体衬砌结构的动力响应试验研究

随着我国交通干线穿越复杂艰险山区,越来越多的隧道建造在西部高烈度区,常常面临隧道下穿滑坡问题,潜在地震引发坡体病害地段隧道变形问题成为该地区交通隧道运维面临的重大隐患之一。以正交型隧道下穿滑坡为典型案例,首次开展振动台试验,测试得到不同概率水平地震作用特征图像、加速度、动土压力和动应变等多属性地震数据信息。通过模型变形特征、加速度、动土压力和动应变时域特性分析,揭示衬砌结构区域性空间动力响应特征。基于多属性地震数据综合分析,获得多属性数据之间时频变化关系及频谱定量化表征损伤水平的相关性。结果表明:(1)地震作用下,加速度、动土压力和动应变多属性数据敏感度存在较大差异,动土压力时程效应最敏感,动应变相比加速度时程存在明显的滞后效应。(2)限于隧道下穿滑坡空间位置关系和地震效应影响,衬砌破坏部位存在区域性差异,仰拱开裂成为薄弱区。(3)动土压力呈现2次间歇性跳跃,衬砌变形主要由动土压力的第一个波形控制,在其作用时间内,衬砌塑性变形完成,二次波峰引起隧道衬砌产生残余动土压力。(4)多属性数据信号频域内卓越频率主要集中在1~10 Hz,但各自的主导频率差异显著,低频段-高频段奇异的大小分界线为10 Hz,在15~20 Hz频率段结构物较为安全。(5)地震作用多属性数据响应变量之间均呈正相关关系,加速度与动土压力响应之间具有高度相关度,地震动加速度与动应变响应之间相关关系较弱,呈显著相关。研究成果可为高烈度地震区正交型隧道-滑坡的变形破坏模式预测及工程安全评价提供理论参考。