收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

穿越活动断层的隧道减震结构研究

胡辉  
【摘要】:本文以国家自然科学基金重点项目《长大隧道地震响应机理与抗震》为依托,综合运用调查研究、理论推导、数值模拟、模型试验等方法,对隧道震害突出问题进行了归纳总结,并针对隧道穿越活动断层进行了重点研究,建立了以模型试验方法研究隧道穿越断层破坏形态及抗减震措施的可靠手段,给出了不同减震措施的试验效果,并提出了隧道运用新型吸能减震结构的建议和办法。主要研究结论和成果如下: (1)在现场调查及资料调研等基础上,将长大隧道震害严重区段分为三大类:洞口段、洞身软弱破碎段及穿越活动断层段。 (2)对隧道洞身段远场地震波作用下动力响应特征进行了数值模拟分析,结果表明,洞身穿越软弱破碎带远场地震波动力响应明显大于硬岩段,隧道容易发生震害破坏。在考虑波的绕流特性及松动圈理论基础上,推导了硬岩隧道洞身深埋段的衬砌结构内力计算公式。 (3)提出了一种合理可靠的隧道穿越活动断层模型试验方法,通过与实际震害调查进行比较,认为试验得出的结果是可靠的,试验装置以及试验设计能够满足模拟隧道穿越活动断层力学行为特征的基本要求,隧道破坏特征明显,与实际隧道震害基本吻合。 (4)模型试验通过对隧道衬砌纵向设置不同间距减震缝,分析了设缝对隧道穿越活动断层的减震效果,试验表明:与不设缝相比,设置减震缝能够有效的控制隧道受断层错动影响的纵向破坏距离以及受断层错动作用产生的内力增量;减小设缝间距能够进一步控制隧道受断层错动影响的纵向破坏距离。但断层处衬砌由于纵向长度很小,单环承受荷载的能力下降,中心处衬砌环发生了非常严重的破坏,抗减震问题更为突出:通过对比试验,认为初期支护应设置减震缝。在初支不设减震缝情况下,初支自身在断层带附近严重破裂剥离失效,同时加重了二次衬砌的破坏。 (5)采用扩大断面并设置纵向减震缝能有效保证断层错动后隧道有效净空面积,扩大断面的设计应与工程所在地点的预计最终静态滑动量相关,通过与减震缝组合的方式达到保证净空的效果。断层与隧道轴向夹角越大,相同错动位移下隧道净空损失越大,在保证震后净空设计值需要的情况下,扩大断面尺寸越大;断层与隧道轴向夹角越小,相同错动位移下断层对隧道的影响范围越大,所需要的设缝范围也越大。工程抗震设计时应根据断层的走向及错动量合理安排扩大断面的尺寸以及减震缝设缝距离,达到保证减震效果与控制工程造价的双重目标。 (6)隧道穿越活动断层时采用减震缝设计是一种有效的减震方法,但由于混凝土衬砌本身的材料特性不足,不能抵抗断层错动瞬时产生的剧烈作用和荷载,不具备缓冲和吸能的能力,迫切的需要改进材料特性以解决设缝后断层带衬砌自身稳定能力。 (7)提出了一种新型柔性吸能减震结构,即橡胶衬砌。与传统衬砌相比,在相同的错动作用下,橡胶衬砌自身能发生较大的变形,但无任何裂缝及破坏情况,结构处于良好的弹性变形状态;橡胶衬砌能够缓冲断层错动时产生的动力响应作用;橡胶衬砌设置减震缝能大大减小断层范围以外衬砌的内力增量;橡胶衬砌设置较小间距减震缝能减小断层错动对衬砌的影响范围:随着减震缝间距的减小,断层处衬砌错动趋于均匀,错台变小;从断层影响范围来看,减震缝间距为20cm、10cm、5cm和2.5cm时衬砌错动的范围分别为60cm、40cm、30cm、25cm,基本在断层附近。 (8)通过断层错动数值模拟,认为地震的能量级别与破裂面的强度有关,破裂面强度越高,震前积聚的能量越高,地震时越剧烈,隧道只能通过纵向设缝的办法适应断层错动,环向采取柔性吸能的衬砌材料减震。影响隧道结构环向动力附加荷载因素为震级和刚度比,地震的震级越高,活动断层的错动越剧烈,隧道震害越严重。刚度比越大,衬砌的内力响应越剧烈,刚度比小于1时,隧道结构比围岩更柔性,与围岩一起变形,动力响应很小。 (9)橡胶衬砌的弹性较好,相同荷载下其持续变形的能力远大于普通衬砌,隧道在较大荷载及变形的情况下能够保持不垮塌,当荷载消失后,橡胶衬砌仍能够恢复受力前的状态,不会发生永久破坏。从能量的角度来讲,橡胶衬砌的吸能水平远大于普通衬砌(s2s1),是一种吸能的新型减震结构。 (10)橡胶衬砌的使用应根据断层可能发生的错动量及自身的刚度决定,同时配合扩大断面的设置,按照最终错动量与自身变形量之和设计预留净空,按最大位移量确定橡胶衬砌的材料性能要求。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 夏炜洋;何川;汪洋;;隧道衬砌随机分析的区间有限元法[J];岩土力学;2008年10期
2 余小国;;隧道衬砌开裂机理研究现状[J];山西建筑;2009年13期
3 田海光;;隧道结构的耐久性研究[J];科技资讯;2010年20期
4 施成华;雷明锋;彭立敏;;隧道衬砌结构体系可靠度研究[J];铁道科学与工程学报;2010年04期
5 王晓勇;乔世刚;;新建隧道爆破对既有隧道衬砌的影响分析[J];甘肃科技;2011年10期
6 宋玉香,景诗庭,刘勇;单线电化铁路隧道衬砌结构极限状态设计式中分项系数研究[J];石家庄铁道学院学报;1997年04期
7 胡欣雨;张子新;;双圆盾构隧道衬砌不同内力计算模型对比分析[J];地下空间与工程学报;2007年01期
8 孙富学;张莉;;基于近似概率的衬砌结构耐久性设计研究[J];铁道科学与工程学报;2006年04期
9 周峰;仇文革;张俊儒;;单双层衬砌隧道的线性有限元分析[J];四川建筑;2007年05期
10 招国忠;谭忠盛;曾磊;朋改非;;龙头山隧道衬砌结构耐久性试验分析[J];混凝土;2007年09期
11 刘干斌;郑荣跃;周晔;;爆炸荷载作用下软土隧道动力响应数值模拟[J];宁波大学学报(理工版);2009年02期
12 常岐;闫治国;朱合华;郭锐;;火灾下隧道衬砌结构力学行为的热力耦合分析[J];地下空间与工程学报;2010年S1期
13 刘勇,宋玉香,景诗庭;铁路隧道混凝土衬砌结构概率极限状态设计研究[J];石家庄铁道学院学报;2001年02期
14 余建恩;;杭昱高速公路昱岭关隧道设计与施工方案优化[J];西部探矿工程;2006年01期
15 孙富学;荣耀;;隧道衬砌结构耐久寿命预测研究[J];地下空间与工程学报;2006年03期
16 夏福奎;;隧道泵送混凝土施工裂缝的成因和预防措施[J];隧道建设;2007年S1期
17 高广运;高盟;冯世进;;无限弹性介质中隧道内爆炸动力响应的解析解[J];西北地震学报;2008年02期
18 李忠;陈海明;孙富学;胡向东;;氯离子侵蚀盾构隧道衬砌结构性能退化试验[J];地下空间与工程学报;2009年06期
19 高欢庆;;公路隧道病害问题防治措施探析[J];科技创新导报;2010年26期
20 张道兵;杨小礼;朱川曲;;基于可靠度理论与Matlab的隧道衬砌结构设计与分析[J];采矿与安全工程学报;2011年02期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 朱苦竹;庄宁;;滑坡与隧道相互作用实例监测分析[A];第19届全国结构工程学术会议论文集(第Ⅱ册)[C];2010年
2 王华牢;刘学增;李宁;谢东武;;纵向裂缝隧道衬砌结构的安全评价与加固研究[A];第十一次全国岩石力学与工程学术大会论文集[C];2010年
3 史玉新;张金富;;西坪隧道的岩土工程[A];全国第三次工程地质大会论文选集(上卷)[C];1988年
4 夏福奎;;浅谈隧道泵送混凝土施工裂缝的成因和预防措施[A];中铁隧道集团2006年客运专线专题技术交流大会论文集[C];2006年
5 宋玉香;景诗庭;张彦兵;;含有相关随机变量的隧道衬砌结构随机有限元分析[A];矿井建设与岩土工程技术新发展[C];1997年
6 高菊如;罗建春;涂文轩;;全环内通式衬砌模板台车在长大隧道施工中的应用前景[A];自主创新与持续增长第十一届中国科协年会论文集(2)[C];2009年
7 朱永全;刘勇;张素敏;张彦兵;;隧道稳定性位移可靠性分析[A];岩土力学的理论与实践——第三届全国青年岩土力学与工程会议论文集[C];1998年
8 王明年;陈虬;;隧道衬砌厚度的变异对其可靠度的影响[A];第四届全国结构工程学术会议论文集(下)[C];1995年
9 赵旭峰;严松宏;;应用弹塑性有限元响应面法分析地下结构可靠度[A];盛世岁月——祝贺孙钧院士八秩华诞论文选集[C];2006年
10 鲁亮;欧阳冬;兰学平;;上海长江隧道衬砌结构整环试验研究[A];第17届全国结构工程学术会议论文集(第Ⅱ册)[C];2008年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 牛泽林;基于可靠度理论的黄土隧道衬砌结构安全评价与分析方法[D];长安大学;2012年
2 韩桂武;隧道施工过程的动态监测及反演分析研究[D];东北大学;2007年
3 皇民;浅埋双洞隧道地震动力响应研究[D];西南交通大学;2009年
4 胡辉;穿越活动断层的隧道减震结构研究[D];西南交通大学;2013年
5 王建炜;列车-隧道动力耦合系统数值模拟方法及应用[D];上海交通大学;2012年
6 莫阳春;高水压充填型岩溶隧道稳定性研究[D];西南交通大学;2009年
7 李鹏飞;海底隧道围岩稳定性分析与控制研究[D];北京交通大学;2011年
8 何贤锋;人防改扩建地铁设计控制理论及其应用研究[D];中南大学;2012年
9 郭子红;地下立交近接隧道稳定性的理论分析与模拟研究[D];重庆大学;2010年
10 曹小平;强震作用下山岭隧道洞口段地震响应分析及减震措施研究[D];兰州交通大学;2013年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 李文桦;佛岭隧道衬砌结构耐久性研究[D];北京交通大学;2011年
2 李强;公路隧道衬砌结构火灾损伤及检测评估技术研究[D];重庆交通大学;2011年
3 钟悦鹏;某公路隧道衬砌结构检测及评价[D];华南理工大学;2012年
4 郭盛;新七道梁隧道衬砌结构火灾损伤特征及灾后安全性研究[D];长安大学;2013年
5 王彦宗;隧道衬砌结构的动力响应分析[D];西安建筑科技大学;2010年
6 张义红;基于有限元法的病害隧道结构安全性评价[D];兰州交通大学;2013年
7 李萌;高温隧道衬砌结构的平面温度[D];北京交通大学;2010年
8 张玺;地层纵向性态对隧道衬砌结构的影响分析[D];兰州理工大学;2013年
9 李玄哲;安远隧道变质砂岩段结构安全可靠性评价研究[D];长安大学;2013年
10 熊文斌;修建琴韵广场对近接既有铁路隧道影响及控制技术研究[D];西南交通大学;2011年
中国重要报纸全文数据库 前2条
1 特约记者 赵建平;天定高速公路全线贯通[N];天水日报;2011年
2 徐琳;建立功业于求实创新、攻坚克难之中[N];建筑时报;2011年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978