盾构隧道横断面地震响应分析

随着盾构法在隧道施工中越来越广泛的应用,盾构隧道横断面抗震性能的研究日益受到业界关注。以武汉长江隧道为例,对土体采用D-P本构模型,盾构隧道结构采用梁-弹簧模型,建立盾构隧道横断面二维模型进行动力有限元计算,该模型顶部采用自由边界,侧面采用自由场边界,底部采用静态边界。选用0.1g的天津波和场地人工波作为激励,研究了盾构隧道结构的加速度、变形和内力响应。结果表明:盾构隧道的拱顶与拱底的加速度响应大于隧道左侧、右侧;隧道拱底的绝对位移响应最大;地震作用对隧道衬砌结构的内力增量较为明显。目前的隧道结构设计可以满足结构抗震性能要求。     

盾构隧道纵向地震响应简化动力有限元法分析(英文)

本文重点关注对盾构隧道的纵向地震响应分析方法的研究,提出了一种简化的动力有限元分析方法。这种方法采纳了响应位移法的一些基本思想,采用和响应位移法一样的环梁和土弹簧模型,但采用动力有限元法来评估地基地震动,而摒弃了响应位移法中采用的地基振动为谐波形式的假定。与响应位移法相比,简化动力有限元法能够提高地基震动的计算精度,从而提高结构响应的计算精度;而与三维连续模型相比,新方法的计算规模小得多,从而能够大幅提高计算效率。然后,本文分别采用相应位移法和新提出的简化动力有限元法,对武汉长江隧道盾构段隧道进行了纵向地震响应分析,并对这2种方法计算结果的差异进行了分析。     

地下结构与不同刚度地表结构体系地震响应规律研究

为探讨不同刚度地表结构与地下结构相互作用体系的地震响应规律,构建了地表结构基频低于、等于和高于场地土卓越频率的三种不同刚度的地表结构,地下结构为典型的三层三跨框架结构。采用Davidenkov模型考虑土体的非线性,考虑地震动类型和幅值的影响。计算结果表明:地下结构的存在整体上放大了场地效应,而地表结构的影响取决于体系的频率特征。单一地表结构对地下结构的影响十分有限,而地下结构的存在放大了地表结构的响应,其放大程度仍取决于体系的频率特征。     

工作竖井与隧道连接处支护结构横向地震响应

建立了工作竖井与盾构隧道、明挖隧道相连的空间交叉结构三维模型,采用FLAC3D对该复杂结构进行了横向地震响应分析,得到了工作竖井与隧道连接处支护结构关键点的位移和应力响应规律。通过对地震横向激励过程中竖井与隧道连接处支护结构收敛位移和关键点主应力峰值的分析,对该结构的横向抗震性能做出了评价。     

滨海软土中爆炸冲击对盾构隧道的影响研究∗

随着地下工程与城市管网的布设日益发展,在规划设计阶段往往需要考虑潜在发生的安全事故影响,确定安全距离。利用ANSYS/LS-DYNA有限元软件,结合天津滨海新区饱和软土特点,分析了可能发生的燃气管线爆炸所产生的冲击荷载对土中埋置盾构隧道的结构安全影响。运用有限元数值模拟,得到了隧道与管线的间距—隧道结构振速峰值的曲线关系;通过对标相关规范的振速限制,得到不同燃气压力下隧道—管线的安全避让距离关系。结果表明:随着燃气管道压强的增大,隧道—管线的安全避让距离呈现先增大后平稳的趋势。结论对于爆破与防护工程设计均具有重要的参考价值。     

场地剪切波速对核电厂结构地震响应的影响∗

利用土—结相互作用的ACS SASSI动力分析程序,对某核电厂厂房建立三维有限元模型并进行地震响应计算,与简化的集中质量杆模型的地震响应对比分析,得到在水平方向上二者的振动特征相似,但三维有限元模型能更真实地反映结构的动力特性,尤其是竖向的局部模态.在场地剪切波速400～2400 m/s时,选取9种不同剪切速值,用ACS SASSI程序进行不同场地条件下核电厂房结构地震响应计算分析.结果 表明,随着场地剪切波速的增大,结构响应的卓越频谱成分有向高频移动的趋势;在低频部分,剪切波速较小的场地上结构地震响应较大;在高频部分,场地剪切波速较大的结构地震响应较大;对于非基岩场地的厂址,需要重视结构的低频反应.在一定的剪切波速范围内,结构响应的峰值加速度和反应谱的峰值均随着场地剪切波速的增大而增大,而峰值加速度对于剪切波速小的场地更为敏感.     

地震动入射角度对地下结构地震响应的影响

考虑土-结构接触面效应和场地初始静应力影响,基于大型商用有限元软件ANSYS和粘弹性人工边界条件,采用动力松弛法的分析思路,建立了一种地震动斜入射条件下地下结构的接触非线性动力反应分析模型和方法,并讨论了地震动入射角度对地下结构动力反应的影响。结果表明:地震波斜入射使得结构的整体反应发生明显变化;随着入射角度的增加,节点的水平向应力反应明显增大,竖向应力峰值较小,增大程度也相对较小;节点的位移峰值随输入加速度峰值的增大也有一定的变化。因此,在分析近源地震作用下的地下结构动力响应时,需要考虑地震动的非一致输入问题。     

多层立交隧道复杂节点结构地震响应特性分析

以南京某工程的多层交叉节点结构大型振动台试验为基础,基于ABAQUS有限元软件,采用一致粘弹性边界模拟土体的边界条件,建立考虑土-节点结构动力相互作用的三维有限元模型,分析各试验工况下的结构及土体的地震响应,与试验结果进行对比,验证模型的正确性,在此基础上,分析原型结构的地震响应特性。结果表明:数值模拟结果与振动台模型试验的结果基本一致;多层立交隧道节点结构的破坏程度与其埋深密切相关,埋深越大破坏程度相对减小,多层立交隧道节点结构的薄弱环节主要集中在板与侧墙、中墙的交界处,且结构的地震动特性在很大程度上受周围土体的性质的影响。     

特征参数对单自由度结构随机临界地震响应影响的研究

结构物受地震作用的动力分析法可分为两大类,一类是确定性分析方法,另一类是概率性分析方法。随机临界地震响应分析法作为概率性分析法的一种,是指在地震激励均方值已知的条件下,找出使响应方差最大的临界地震激励。本文针对一单自由度水塔结构,在平稳高斯过程地震动输入下,运用随机地震响应分析法,求解了随机临界地震响应,并分析了控制临界地震激励的平均零穿越率的参数P、结构阻尼比、正交函数系的选择和项数等对体系随机临界地震响应的影响,得到一些有益的结论,对实际工程的运用具有一定的指导价值。     

液化对砂土场地地表加速度响应的影响

在饱和砂土场地振动过程中,孔隙水的发展会影响土体的有效应力和土骨架对地震波的传播。采用离心机动力试验和数值分析手段对不同强度振动作用下的砂土场地响应进行了研究,并利用观测和计算结果对现行液化评估简化方法进行了分析验证。结果表明:当振动强度较大时,土体的液化将导致加速度急剧衰减;采用完全耦合分析能再现超静孔压的发展和液化对加速度传播的影响,但总应力分析严重高估了地表的加速度;应用简化方法进行液化评估时,确定地表处水平加速度峰值应考虑场地对地震波的放大效应,但应忽略超静孔压的影响。     

下穿隧道对地铁车站结构地震反应的影响研究*

针对下穿隧道对临近地铁车站地震反应的影响问题,本文采用数值模拟方法,基于 ABAQUS 平台建立了隧道下穿大开地铁车站的整体三维非线性数值分析模型,通过改变地震动类型和隧道与车站结构的交叉净距,从结构构件的破坏比和竖向变形等角度,定量分析了不同工况下隧道下穿对车站结构地震反应的影响,并与单体大开车站原型结构的地震反应进行了对比。研究表明：下穿隧道会增大地铁车站结构中柱和侧墙的破坏比(相应的最大增幅：中柱为 35%,侧墙为 26%);同时,底板的竖向变形显著增大,最大增幅达到 100%;随着交叉净距的增大, 中柱和侧墙地震反应减小,而底板竖向沉降有所增大;下穿隧道对车站结构地震反应的影响范围约为隧道直径的 3 倍。研究成果对隧道近距离穿越地铁车站结构的设计与分析具有一定的参考价值。     

盾构隧道的开挖模拟及地震反应数值分析

由于盾构隧道掘进的特殊施工工艺,使开挖模拟的数值计算存在着诸多难以量化的因素。采用应力释放法模拟盾构隧道的开挖,在衬砌和土体之间设置等代层单元模拟盾构施工的影响,求得竣工期的应力场和位移场。在静力计算基础上运用动力有限元时程分析法,采用粘性人工边界条件,分析了隧道衬砌在地震过程中的最大响应。其结果和规律可为一般的盾构隧道地震反应分析提供借鉴。     

不规则地表附近地下结构的地震响应分析

本文采用半空间格林函数,用边界单元法研究了不规则地表附近地下结构引起的二维SH波散射,所计算的半园型峡谷和三角形峡谷的数值结果与其它方法的结果相吻合。一条三角形峡谷及邻近有薄壳型涵洞的计算结果表明了多重散射及不同入射角度的影响。     

软土地下建筑物的地震响应及动力可靠性分析

在软土室内动力试验和有限元有效应力动力反应分析方法的基础上,引进可靠度理论,提出软土地下建筑物抗震稳定可靠性分析方法,对上海地铁一号线位于砂性土层及粘性土层这两种典型地质条件下的地铁车站及区间隧道的抗震稳定性进行了计算分析。计算中选用国内外6条强震地震记录曲线作为地震输入,计算分析内容包括:隧道、地铁车站、周围土体及注浆材料的动应力、孔隙水压力和震陷;地铁车站和周围土体的动力可靠度。所得结论可为软土地下建筑物抗震设计提供参考依据。     

场地软土夹层对桥梁结构相互作用体系动力响应影响参数化分析

为探讨场地软土夹层对桥梁结构动力响应特性的影响效应,通过建立桥梁结构一地基基础相互作用体系动力参数化数值分析模型,采用Newmark逐步积分方法求解材料非线性的动力平衡方程,针对水平地震力作用下桥梁结构一地基完全相互作用体系进行动力响应时程参数化分析,研究了软土夹层深度范围和厚度变化对场地滤波作用、桥台、中桩和边桩受力变形的影响规律,计算结果表明:场地软土层深度减小或厚度变薄,加速度反应谱曲线双峰特征、滤波放大效应和边桩、中桩弯矩极值沿深度S型变化特征越明显,可为相关工程设计与实践提供指导和参考作用。     

近断层地震动运动特征对长周期结构地震响应的影响分析

选择台湾集集近断层地震动记录作为地震动输入,系统考察了近断层地震动破裂方向性、上盘效应、脉冲效应等运动特征对双线性单自由度体系、长周期隔震建筑和斜拉桥结构地震响应的影响。计算结果表明,脉冲型地震动对结构的效应随双线性单自由度体系的初始自振周期增大而变大,在长周期段结构的脉冲效应最显著;地震动破裂方向性和上盘效应对单自由度体系位移需求的影响与体系周期有关。对于隔震建筑和大跨度斜拉桥等长周期结构,近断层地震动破裂方向性对结构的效应较显著;上盘效应对长周期结构的影响明显;地震动的速度脉冲运动特征总的来说放大了结构响应。     

隧道穿越距离变化对地表框架结构变形的影响

为了研究隧道施工对邻近建筑物基础的沉降量、沉降差、扭转及倾斜等变形特征随隧道距离的变化规律,结合广州地铁隧道下穿一个框架结构建筑物,利用FLAC3D软件建立隧道-土-建筑结构的三维有限差分计算模型,考虑了建筑物的中间纵向框架与隧道轴线平行、距离从0m增加到20m共11种工况。根据计算结果,建筑物的最大扭曲变形量和最大沉降量随着距离的增大,都由最大值逐渐减小趋于零,其中最大扭曲变形量减小很快,当水平距离超出隧道轴线埋深时,扭曲变形量可以忽略不计;而建筑物倾斜、相邻基础的沉降差先由零逐渐增加,在沉降槽边缘内侧达到最大值,随后逐渐减小,最后逐渐趋于零。研究结果表明,对于受隧道施工影响的地表框架结构建筑物,在隧道上方位置时应重点监控其沉降量和扭转变形量,而在沉降槽边缘内侧时应注意监控其沉降差和倾斜量。     

场地⁃隧道⁃地上建筑结构体系地震响应的振动台试验∗

在土体?结构体系动力响应研究中,输入地震动特性是必须考虑的关键因素。分别考虑地震动的频谱特性差异和速度脉冲特征,选取了两条不同类型的地震动加速度记录及一条人工合成地震动时程作为输入地震动,设计并开展了隧道与地上建筑结构体系模型的振动台试验,基于试验数据分析了地震动频谱与速度脉冲特性对隧道与地上建筑结构动力响应的影响。结果表明：场地?隧道?地上结构体系地震响应中,隧道与地上结构的相互作用效应显著,地上结构的存在对地下隧道地震响应的较高频响成分有更显著的影响;相互作用效应显著地受到场地输入地震动频谱特性的影响;输入地震动的速度脉冲特性对隧道响应的影响主要表现在较高频范围,而对地上结构响应的影响不只表现在较高频范围,对周期 1.0~2.0 的频率范围的响应也具有明显增大作用。     

软泥夹层对香港软土场地地震反应的影响

选择了香港有代表性的８个典型场地,通过钻探、现场剪切波速测量和土样动力实验建立了场地的分析模型,用２１次地震的１２８条基岩地震动记录作为,计算了场地土层地震反应,结果表明,对带海泥软夹层的砂质回填土场地,地震动的长周期分量（１．２～１．５s）被显著放大了,现有抗震规范的设计反应谱不能反映这类场地的反应特性,基于计算结果,提出了分别适合有、无软夹层场地的归－化设计反应谱。     

盾构隧道壁后注浆机理及其对周边环境的影响

城市盾构隧道多建在建筑物高度集中地区,盾构法隧道施工壁后注浆引起的土体变形不容忽视。对盾构壁后同步注浆的几个主要影响因素(注浆压力、注浆量和注浆材料)的研究现状分别展开说明,包括注浆压力分布,对地层的劈裂,与前方泥水压力、上覆土和衬砌的关系,注浆量与注浆填充率的计算、注浆速度等。研究了盾构法隧道壁后注浆对周边的影响(如壁后注浆引起地层位移以及隧道上浮等)。最后对目前的研究进展及优缺点进行了论述,提出了进一步的研究趋向及思路。