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地震作用下盾构隧道性状

隋来才  
【摘要】: 地铁在世界上大多数经济发达地区的交通中发挥了不可替代的作用,长期以来,人们认为地下结构具有较强的抗震性能,直到1995年日本兵库县南部地震中,以地铁车站、区间隧道为代表的大型地下结构遭受严重破坏,才出现了对地下结构抗震研究的热潮。在盾构隧道的抗震研究方法中,拟静力法和反应位移法由于自身简便易用的优点,目前仍是国外抗震规范中推荐使用的方法。 盾构隧道的震害可以分为两类:地层震动产生的震害和地层破坏产生的震害。地层震动使隧道承受纵向的拉、压力和弯矩,以及横向的剪切荷载;地层破坏使地层产生液化、滑坡和震陷,盾构隧道随之发生相应的变形。 本文首先介绍了纵向等效刚度,由于传统求解等效刚度的方法没有考虑螺栓预应力和土体对等效刚度的影响,本文对这些不足进行了修正,接着用弹性地基梁模型,求出地震发生时作用在隧道纵向上的最大拉、压力和弯矩,并考察在最大拉(压)力和弯矩共同作用下环缝位置的螺栓、混凝土管片的受力、变形以及环缝的张开量。 其次,在隧道横向设计中等效刚度系数是极其重要的参数。以前人们通常认为地下结构在地震过程中不会破坏,所以等效刚度系数的求解都是建立在静止上覆土压力的基础上,而没有考虑地震剪切荷载,本文将地震剪切荷载考虑进去,根据45°、135°位置的位移等效,用等效圆环法求解衬砌的等效刚度系数。 然后,通过算例分析了螺栓相对刚度、土层抗力系数、螺栓分布、螺栓数目、衬砌半径、衬砌厚度等各因素对等效刚度系数的影响,得出一些对衬砌抗震设计有益的结论。 最后,本文用弹性地基梁模型推导了地层震陷产生的地层不均匀沉降引起的隧道沉降,同时求出了隧道沉降引起的隧道纵向弯矩、剪力、剪切传递荷载,并考察了剪切传递荷载引起的隧道横断面的内力和变形,为隧道的纵向抗震和横向抗震建立了联系。


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