大断面黄土隧道洞口段地震动力特性研究

黄土山岭地区的隧道开挖破坏了原有边坡内部的平衡状态。在地震动荷载作用下,隧道洞口段及边坡都可能受到严重破坏,也会反映出不同的动力特性和变形特征。首先通过大型振动台对边坡坡度为60°坡脚进洞工况进行试验,然后利用Midas-GTS有限元软件对边坡坡度为60°不同高程进洞的工况进行了数值模拟分析。结果表明:坡顶加速度随着进洞高程的增大而增大,同种波形和输入方向,输入峰值加速度增大,加速度放大效应减小,出现放大效应趋于饱和现象;隧道洞口段最大主应力先增大后减小,仰拱大于拱顶,一般在距洞口15 m达到峰值,50 m后趋于平稳;试验中坡顶出现拉剪破坏,隧道衬砌与上部土体自振频率不同导致的错动形成竖向裂缝,两侧坡脚处出现横向裂缝且发展速度较快,坡面整体发生破坏,震陷滑塌现象很明显且大块土体整体滑落,有隧道一侧滑塌破坏程度大于纯边坡一侧;应力最大值断面距洞口42 cm,是2.33倍的隧道最大跨径,最大加速度多出现在距洞口约3.89~4.06倍隧道跨径处;由于临空面的存在,洞口段具有明显的动力放大效应,各监测点位移都有一个略微增大再减小的过程,最大值出现在距洞口60 m处,因此大断面黄土隧道的抗震设防长度取5倍隧道洞径较为合适;相较于振动台试验,数值模拟数结果偏大,但是可以较好地反映出加速度和土压力的基本变化规律。     

黄土隧道仰边坡及洞口段地震动响应试验研究

随着西部大开发的进一步深入,国家对该地区的抗震减灾工作提出更高的要求。以郑西客专和宝兰客专线上比较典型的黄土隧道为工程背景进行振动台模型试验,本次试验加载的地震波形为正弦波(3~50 Hz)、汶川卧龙波和EL-Centro波,通过对试验过程中边坡和隧道洞口段的失稳破坏形式以及得到的实验数据研究分析,得出以下结论:(1)试验过程中模型在坡顶、坡面、拱顶以及拱脚处分别出现不同程度的裂缝,坡顶中部出现错台和震陷。随着地震动峰值加速度的增大边坡鼓出现象更加明显,同时存在隧道一侧滑塌破坏程度大于纯边坡一侧。(2)隧道的存在会加大坡面的加速度,坡顶边缘处的动力放大效应比较明显,当台面峰值加速度增大时会出现放大效应趋于"饱和"现象。(3)随着地震动峰值加速度的增大,仰拱和拱顶的最大土压力值位置逐渐向隧道洞内延伸,洞口段衬砌加速度和土压力沿隧道轴向一般先增大再减小,洞口段的抗震设防长度建议为5倍的最大洞径。