地裂缝对地铁隧道围岩附加动土压力影响特征研究

以西安地铁穿越地裂缝带的隧道工程为背景,在物理模型试验的基础上,重点分析了地铁列车运行过程中,地裂缝对列车振动引起的隧道围岩附加动土压力的影响特征。研究认为,在地铁隧道未产生脱空情况下,地裂缝对地铁列车振动产生的附加土压力具有衰减作用,列车从地裂缝下盘向上盘行驶时,附加土压力的衰减幅值明显大于列车从上盘向下盘行驶时的衰减幅值。地裂缝活动导致隧道脱空后,虽然地裂缝附近隧道底部的附加动土压力受地裂缝影响很小,但脱空改变了隧道结构的受力模式,使隧道的动力响应特征发生显著变化。这就提示设计人员在地铁列车穿越地裂缝带的隧道抗振设计中,上行线和下行线围岩中的附加动土压力的分布规律是不同的,在设计时应考虑这一特点,做到合理设计。     

地铁隧道-地层动力相互作用模型试验参数设计

以西安地铁2号线为研究原型,根据模型试验相似准则,设计了列车荷载作用下地裂缝-地铁隧道-地层动力相互作用试验模型。根据试验需求及场地条件,确定采用模型试验箱进行试验,模型试验箱考虑了地铁隧道与地裂缝的不同交角,可以分别模拟地铁隧道与地裂缝呈90°正交、60°斜交、30°斜交的情况,同时,试验采用激振器模拟了不同频率的车辆振动荷载。根据相似原理,合理确定了几何参数、地铁隧道及围岩材料参数、动力加载方式及动力试验参数,以期通过模型试验来研究地铁隧道-地裂缝-地层在列车振动荷载作用下的动力响应规律,为列车振动控制措施研究提供参考。     

与地裂缝正交马蹄形地铁隧道动力响应模拟分析

在地铁隧道—地裂缝动力相互作用模型试验中,拟采用点荷载的加载方式。为了合理制定模型试验加载方案,建立了点荷载和移动荷载2种加载方式下,与地裂缝正交的马蹄形隧道—地裂缝—地层动力相互作用的数值模型。通过对2种加载方式下的拱底土层竖向最大位移、土层最大加速度分布、土层加速度时程以及衬砌加速度时程进行对比分析,可以得出在2种加载方式下,拱底竖向最大位移、土层加速度分布、土层加速度时程以及衬砌加速度时程在分布上有相近的规律,从而说明了在模型试验中,可以用点荷载加载方式来代替移动荷载,为模型试验提供了依据。