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。     

越江电力地下综合管廊结构横向抗震性能研究∗

针对越江气体绝缘输电线路(GIL)综合管廊结构的特殊性,考虑内部混凝土支架与盾构隧道的动力相互作用,以及盾构隧道穿越地层的不同,建立了土?管廊结构非线性动力相互作用的整体计算分析模型,从结构变形、盾构管片张开量、结构地震损伤等方面详细分析了越江 GIL 综合管廊结构的抗震性能。结果表明：越江 GIL 管廊结构内部混凝土支架结构明显要先于外部盾构隧道发生地震损伤;当 GIL 管廊结构穿越相对较软土层时的地震损伤明显加重;受制于内部混凝土支架的约束作用,盾构隧道的下部管片张开量明显小于上部管片计算值,同时外侧残余张开量要明显大于管片内侧残余张开量。     

隧道结构与围岩土体三维地震反应分析

基于有限元分析软件ABAQUS平台,编制材料本构模型子程序UMAT,采用粘弹性人工边界条件模拟能量开放系统的边界,利用二次开发后的ABAQUS软件,模拟了隧道与围岩系统的三维地震反应,对比分析了不同入射角度下隧道结构与围岩土体的地震反应规律。分析结果表明,在地震荷载作用下,土体产生了不可恢复的塑性变形,主要表现为地表沉降;在斜入射条件下,随着入射角的增大,地表沉降显著增大,且沉降最终趋于稳定的时间有延长的趋势;均质地层中的大跨度长距离隧道结构,其横向地震反应受入射角的影响较大,表现为随着入射角的增大,结构的竖向沉降以及Mises应力显著增大;其纵向地震反应受入射角的影响不大。     

能源隧道热响应试验数值分析与适用性评价

以能源桩和能源隧道为代表的能源地下结构是一类节能环保的地下结构形式,能源隧道的理论研究与实际应用还处于起步阶段,相关测试与设计方法还不够成熟。以新八达岭长城站能源隧道试验段为研究背景,利用COMSOL软件对能源隧道热响应试验进行了数值分析与适用性评价,对TPT测试工况进行了数值模拟,经验证与现场实测结果吻合较好;对线热源传热模型用于能源隧道TRT试验的适用条件与方法做了初步探索,利用相对热效率的概念对模拟结果进行了分析。结果表明,线热源传热模型不能直接用于分析能源隧道TRT试验结果,但是T_fln(t)曲线的斜率与模型输入的围岩导热系数线性相关,可定义相对热效率来反映围岩导热系数对隧道埋管换热器换热能力的影响。     

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。     

地铁隧道地震反应数值模拟与试验的对比分析

根据可液化土层上土-地铁隧道结构动力相互作用大型振动台模型试验结果，以软件ABAQUS为平台，将地基土-地铁隧道结构体系视为平面应变问题，采用记忆型嵌套面粘塑性动力本构模型和动塑性损伤模型分别模拟土体和隧道结构混凝土的动力特性，建立了土-地铁区间隧道非线性动力相互作用的有限元分析模型。对各种试验工况下地基土-地铁隧道结构体系的地震反应进行了数值模拟，并与试验结果进行了对比。结果表明：数值模拟与振动台模型试验结果基本一致，呈现出相似的规律性，相互验证了基于ABAQUS软件的力学建模和振动台试验结果的正确性。     

双向地震作用对台阶型加筋边坡动力响应的影响

以我国西南部一实际工程为背景,分析了双向地震作用下台阶型加筋边坡的动力响应特点及规律。利用经过验证的PLAXIS有限元分析方法,首先在不同地震强度下,对比了水平及双向地震分别作用后加筋边坡的动力响应,然后研究了竖向地震的影响。结果表明,地震作用下,填土的塑性变形呈弥散型分布,随着竖向地震分量的增大,加筋土体横向变形增大,筋材内力提高,同时,竖向地震的震动压实作用使土体侧向围压提高,土体发生硬化,刚度增加,坡面横向位移减小;随着竖向地震分量进一步增大,土体硬化改变了边坡自振特性,在本研究地震激励下,加筋土体动力响应加剧,上坡有发生整体剪切破坏的趋势,并向外偏转,坡面横向位移增大。竖向地震对边坡动力响应的影响随地震强度的增大变得明显。     

不同缝面形态地裂缝场地地震响应规律研究∗

地裂缝作为非连续地质界面对场地动力响应的影响是显而易见的,对不同缝面形态地裂缝场地进行地震响应规律研究是进行地裂缝场地建筑物抗震设防的基础。为此以西安典型地裂缝为研究背景,进行了单缝型地裂缝场地动力响应振动台模型试验,获得了地裂缝场地动力响应规律及响应特征;在此基础上通过 MIDAS 数值软件对西安单缝型、“y”字型、正“八”型和倒“八”型地裂缝,以及苏锡常地区基岩潜山型和基岩陡崖型 6 种缝面形态地裂缝场地地震响应规律进行了研究。结果表明：单缝型地裂缝呈现出越靠近地裂缝峰值加速度越大,随着距地裂缝距离越来越远,峰值加速度逐渐减小后趋于稳定的响应规律;“y”字型、正“八”型和倒“八”型地裂缝具有明显的“双峰”特征,即地表峰值加速度在靠近主、次地裂缝处都有明显的增大;基岩潜山型地裂缝场地地震响应规律与西安地区正“八”型地裂缝场地相似具有“双峰”特征,随着距主、次地裂缝距离增加地表峰值加速度逐渐减小后趋于稳定;基岩陡崖型地裂缝场地与西安地区单缝形地裂缝场地地震响应规律相似,但在地裂缝处场地地表峰值加速度响应更加明显,地表峰值加速度曲线更加陡峭。     

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。     

非活动隐伏断层对结构地震反应的影响

采用有限元方法分别建立了包含隐伏断层和不包含断层的场地模型，分析了在各种频率水平入射波作用下该场地地面结构的动力反应。计算结果表明，隐伏断层对地面结构的动力反应有一定的放大作用，特别是当入射波的频率与场地的基频接近时，放大效应更为明显。这一结果说明，在包含隐伏断层的场地进行重大工程建设时，需要考虑断层对地震动的影响。     

直角拐弯通道中空气冲击波的传播及数值模拟

针对地下通道中空气冲击波的传播,通过试验研究,得到了空气冲击波在直角拐弯通道中传播的衰减系数.同时,应用流体网格法进行了数值模拟,获得了通道直角拐弯前后空气冲击波传播的波形图和流场图.并将两方面的研究成果进行了对比,证明了试验和数值研究方法及研究成果的一致性.     

软弱场地地铁车站结构地震反应的数值模拟与模型试验对比分析

根据软弱场地土上地铁车站结构大型振动台模型试验结果,以软件ABAQU S为平台,采用记忆型嵌套面黏塑性动力本构模型和动塑性损伤模型,分别模拟土体和车站结构混凝土的动力特性,建立了土-地铁车站结构非线性动力相互作用二维和三维有限元分析模型,对各种试验工况下地基土-地铁车站结构体系的地震反应进行了数值模拟,并与试验结果进行了对比。结果表明:二维、三维数值模拟与振动台模型试验结果基本一致,三维模型可更好地模拟软弱场地与地铁车站结构的动力相互作用及模型结构的动力反应。数值模拟结果和振动台试验结果可相互验证其可靠性。     

最大剪切模量对土动力参数及地震反应的影响

最大剪切模量是影响土的动剪切模量比、阻尼比和土层地震反应的最重要参数之一。通常采用室内应变法来确定最大剪切模量，给出土的动剪切模量比和阻尼比，而采用现场剪切波速法求得的结果则很少见。研究了剪切波速法和应变法所确定的最大剪切模量对土动剪切模量比、阻尼比和土层地震反应的影响，推导了两种方法所确定的动剪切模量比和阻尼比之间的关系式。结果表明：最大动剪切模量对土的动剪切模量比、阻尼比和土层地震反应的影响很显著。     

矩形和钟形震源时间函数对地震动模拟结果的影响比较

首先介绍了用于地震动数值模拟的国际通用软件COMPSYN程序,并对此进行了二次开发,将其震源时间函数由矩形函数改为钟形函数,通过与全空间的解析解计算结果的对比,验证了修改后程序的正确性.通过对比2种震源时间函数的频谱特点,指出矩形函数的高频成分丰富,不利于地震动的模拟.2种震源时间函数下用COMPSYN程序对同一观测点...     

近距双线盾构隧道开挖诱发地层变形演变规律及数值模拟

双线平行隧道盾构施工相互扰动作用对其诱发的地层变形分布特征和演变规律影响显著。以某地铁双线盾构隧道工程为例,考虑双线平行隧道间距与盾构施工相互作用影响,采用数值模拟和现场实测相结合的方法对双线平行隧道盾构施工引起的地层变形演变规律进行了对比分析,并提出了考虑近远距状态的双线平行隧道盾构施工地层变形预测模型。研究结果表明,双线盾构隧道施工地层竖向变形曲线由“V”形发展为非对称“W”形分布,沉降槽宽度由6D扩大为10D,地层深度越深非对称“双峰”特征越明显;地层水平变形曲线以两隧道中线为轴线呈反对称分布,两隧道间区域土体变形受施工扰动影响显著;地表沉降曲线分布随双线隧道近远距变化由深“V”形—浅“V”形—“U”形—浅“W”形—深“W”形—两独立“V”形演变,采用L cr=2CKH可作为双线平行盾构隧道近远距状态临界判据,本文提出的预测模型能较好地反映近远距状态及施工相互扰动对双线平行隧道盾构施工地层变形的影响规律。研究成果可为类似地铁隧道盾构施工变形预测与精细化控制提供科学参考。     

考虑水-饱和土场地-结构耦合时的沉管隧道地震反应分析

用理想流体介质模拟水层、流体饱和多孔介质模拟饱和土地层,在理想流体介质与流体饱和多孔介质相连接边界的连续条件基础上,结合已有的对理想流体介质、流体饱和多孔介质进行动力反应分析的显式有限元方法,开考虑地层与结构的动力相互作用,建立了进行水与场地、结构耦合动力分析的方法。利用该方法对沉管隧道的地震响应进行了研究,重点分析了水深、地质条件等因素对沉管隧道地震反应的影响,并从中得出了一些可供相关人员进行沉管隧道抗震分析时参考的结论。