水平层状围岩铁路隧道地震动力响应特征研究

作     者：欧尔峰 马学宁 严松宏 OU Er - feng;MA Xue - ning;YAN Song - hong

作者机构：兰州交通大学兰州730070 

出 版 物：《铁道工程学报》 (Journal of Railway Engineering Society)

年 卷 期：2018年第35卷第5期

页      面：88-93页

核心收录：

学科分类：081406[工学-桥梁与隧道工程] 08[工学] 0802[工学-机械工程] 0814[工学-土木工程] 0702[理学-物理学] 082301[工学-道路与铁道工程] 0823[工学-交通运输工程] 

基　　金：国家自然科学基金项目(41562014 51268030) 

主　　题：水平层状围岩 地震响应 基于连续介质力学的离散元方法 数值分析 

摘      要：研究目的:中国汶川8.0级特大地震中,均出现了大量隧道结构的严重震害。国内学者对隧道结构抗震进行了细致深入的研究,主要集中在复杂地质及破碎地段隧道地震反应、偏压隧道与隧道洞口段地震反应、隧道抗减震研究等方面。虽然目前关于隧道与地下结构抗震分析的研究颇丰,但大多是按照均匀连续介质模型进行模拟,考虑水平层状围岩特性的隧道结构动力响应分析还不多见。本文基于连续介质力学的离散元方法软件CDEM模拟水平岩层的结构面特性,主要针对不同水平岩层的厚度和不同地震动输入方向,共计12种计算工况,分析隧道衬砌关键部位的动力响应特性。研究结论:(1)结构面(层面)存在会引起主应力增加,产生相对位移,降低加速度,尤其对穿越中厚层状围岩的隧道要加强措施;(2)地震动方向对隧道衬砌大主应力的影响比较明显,特别对拱顶、墙腰、仰拱的大主应力(压应力)影响比较大,对拱顶的影响尤其明显,且岩层越薄,影响越大;(3)地震动方向对隧道衬砌拱顶的拉应力影响特别大,在竖向地震作用下,拱顶的拉应力将超过1.54 MPa,当岩层层厚为0.2 m时将超过2.66 MPa,已经超过了混凝土的抗拉强度,水平层状围岩隧道拱顶衬砌需加强;(4)该研究结论对类似地质条件下地下工程的建设具有指导意义。