围岩–衬砌接触力学特性对地下工程地震动力响应的影响研究

作     者：梅贤丞 崔臻 盛谦 陈柳洁 周兴涛 张亚超 MEI Xiancheng;CUI Zhen;SHENG Qian;CHEN Liujie;ZHOU Xingtao;ZHANG Yachao

作者机构：中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室湖北武汉430071 中国科学院大学北京100049 广州大学土木工程学院广东广州510006 中国矿业大学(北京)煤炭资源与安全开采国家重点实验室北京100083 

出 版 物：《岩石力学与工程学报》 (Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering)

年 卷 期：2019年第38卷第S02期

页      面：3634-3645页

核心收录：

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

基　　金：国家重点研发计划(2016YFC0401803) 国家重点基础研究发展计划(973项目)(2015CB057905) 湖北省自然科学基金资助项目(2017CFB725) 

主　　题：隧道工程 围岩 衬砌 接触面 动力响应 影响因素 

摘      要：鉴于鲜有关于围岩-衬砌接触面对地下工程动力响应影响的相关研究,基于数值计算方法,在与已有试验结果对比验证计算方法可靠性的基础上,通过建立是否考虑围岩-衬砌间接触关系两种不同形式的模型,研究地震作用下围岩-衬砌接触面对地下工程动力响应的影响规律,并深入分析接触面力学特性对地下工程中衬砌结构动力响应的影响规律。研究结果显示:围岩-衬砌间接触面对围岩位移响应具有显著的影响,尤其是两侧拱肩处的围岩,在地震作用下更容易破坏。在水平方向上,顶拱范围的围岩以受拉为主,其他大部分围岩则以受压为主,在垂直方向上,洞室两侧围岩以受拉为主,其他大部分则以受压为主;围岩-衬砌间的接触面会破坏围岩-衬砌体系的完整性及连续性,从而入射波在通过接触面后产生的反射及折射叠加后,加剧衬砌的位移响应程度,尤其是仰拱及两侧边墙范围内。衬砌的内力响应整体上有减小的趋势,但存在一定的区域效应,其中拱顶、拱底及两侧拱腰处的剪力均比未考虑围岩-衬砌间接触关系时大;围岩-衬砌间接触面的各个力学参数对洞室衬砌的动力响应的影响规律不尽相同。其中,接触面刚度对衬砌内力的响应程度的影响起主导作用,而接触面摩擦因数、黏聚力及抗拉强度的大小对衬砌轴力及弯矩的影响较小,并且黏聚力和抗拉强度对衬砌内轴力及弯矩响应程度的影响沿着洞室中心线呈反对称现象,衬砌内轴力及弯矩的响应程度与抗拉强度是非线性相关。研究结果体现了考虑围岩-衬砌间接触关系的必要性。