强震区隧道洞口段减震的振动台模型试验

就山岭隧道而言,洞口段往往是震害最严重的部位。为了研究强震区隧道洞口段设置减震层的减震效果,对隧道结构进行了振动台模型试验。分别从衬砌的应变、加速度方面进行了分析,结果表明:减震层的减震作用明显。最后,对试验中的地表地震裂缝的震害进行了描述。     

隧道洞口部边坡动力响应特性振动台试验研究

我国西南地区建有大量的公路、铁路隧道工程,地震条件下隧道洞口部边坡的动力响应特性不仅控制边坡的变形破坏机制,而且也是隧道洞口部边坡动力支护设计的依据。采用大型振动台模型试验,对隧道洞口部边坡加速度及位移动力响应特性进行研究,并对比分析不同地震波波形的输入对边坡动力特性的影响。结果表明:与一般公路及建筑边坡不同,隧道洞口部边坡坡面的响应加速度具有先增大再减小再增大的特性;边坡动力支护设计采用单一峰值是偏于危险的,应综合考虑多种波形的影响。位移监测结果表明:地震波较小时边坡坡顶变形比较明显,但随着地震波幅值的增加,隧道洞口部边坡坡脚的变形急剧增加且超过了坡顶变形,因此应增强边坡坡脚的支护强度。     

长大隧道地震响应分析与试验方法新进展

隧道抗震研究是当今地下工程防灾领域重要的研究方向之一。目前在隧道发展建设规模化、结构空间尺度大型化和局部节点构造形式复杂化的新形势下,针对长大隧道抗震研究所面临的纵向抗震设计理论、大规模地震响应分析方法、非一致地震激励效应等科学难题,在分析国内外隧道抗震研究现状的基础上,聚焦基础设施建设的重大需求,系统阐述长大隧道地震响应分析与试验方法新进展。介绍面向长大隧道纵向抗震设计的几种简化分析模型,推导任意动载作用下长大隧道纵向动力响应解析解,退化出行波效应下长大隧道纵向响应的理论解,直观地给出各参数之间相互关联的解析表达,并基于多质点-弹簧-梁模型进一步提出面向长大隧道纵向抗震设计的快速简化分析方法;建立长大隧道-地层大规模地震响应模拟的多尺度动力耦合分析方法,同时获得隧道-地层的整体宏观响应与隧道各组件细观动态演化,且不需要任何附加过滤和阻尼即可有效消除宏-细观多尺度界面的高频波虚假反射;提出长大隧道多点非一致激励振动台模型试验方法,推导模拟基岩面多个离散输入与连续输入的关联性,研制节段型模型箱及其联动装置,构建振动台阵多个独立台面分区多点输入的非一致激励隧道地震试验平台。以港珠澳大桥沉管隧道等实际重大工程为应用案例,阐述所建立长大隧道非一致地震响应分析原理和试验方法的适用性。最后介绍隧道关键节点的减震控制方法。研究结果在一定程度上反映了目前长大隧道纵向抗震设计和分析的发展水平,同时也为今后抗震工作的研究重点指明了方向。     

中庭式地铁车站地震响应振动台试验

中庭式地铁车站因用大量横梁取代楼板来形成中庭大开口(顶层和中层楼板的开口率均超过50％),且站厅层无柱,站台层采用宽高比达7.5的薄壁柱,车站结构抵抗横向变形比如地震作用的能力,成为值得担忧的一个问题.为此,针对埋置于人工模型土中的中庭式地铁车站模型,进行了一系列1g振动台试验,探究中庭式地铁车站结构的地震响应特征,以...     

山岭隧道振动台模型试验研究的现状与展望

山岭隧道在地震作用下的动力响应与抗震性能,是近10年来国内外工程界及学术界的一个研究热点。采用振动台模型试验,直接模拟与再现地震作用下围岩与隧道结构的动力响应,是研究其动力特性和抗震性能的一种重要手段。针对山岭隧道的振动台模型试验研究,从对象与目的、相似理论、相似材料、模型制作、地震波选取等5个方面,系统地论述国内外山岭隧道振动台模型试验的研究现状,同时也对其今后的发展趋势进行了展望。     

地震作用下锚索框架梁边坡的振动台模型试验研究

以海西福永高速公路某标段预应力锚框支护土岩二元结构边坡工程为依托,通过模型试验法在大型振动台作用下对锚索-框架梁支护下的土岩二元结构边坡的地震响应规律进行了研究。结果表明:沿坡高方向向上,PGA放大系数呈递增趋势,表现出明显的趋表效应和鞭梢效应;地震强度等级较高情况下,土体的塑性特征非常明显;地震波频谱特征不同导致加速度峰值放大系数存在差异并随坡高变大而呈现变小的趋势,最终在边坡坡顶处逐渐趋于一致。     

黄土公路隧道防排水结构型式研究

文章在分析气温、冻深、地层岩性与地质构造、隧道涌水量、涌水类型、施工方法、衬砌结构等影响黄土公路隧道防排水结构设计因素的基础上,提出了适用于黄土公路隧道的3种防排水结构型式:防渗滴涌水型结构、防淋淌涌水型结构、防股流涌水型结构,并详细分析了3种防排水结构型式的适用条件及防排水结构构成,最后通过工程实例验证了其适用性。     

郑西客专黄土隧道洞口高边坡稳定及隧道地震作用动力响应研究

郑西客运专线全线隧道总延长60余km,约三分之二穿过Q3、Q2新老黄土,由于隧道所穿越黄土地区的特性及受地形、洞门形式和桥台进洞等因素影响,隧道洞口出现大量黄土高边坡,边坡稳定成为突出的工程问题,采用以极限平衡理论为基础的条分法对洞口边仰坡进行稳定性检算,并进行了边坡优化设计,使之满足规范安全系数的要求.对大断面浅埋砂质新黄土隧道,利用瞬态动力学有限元方法,计算了粘弹性边界条件下,隧道在Ⅷ度地震荷载作用下的动力响应,找出衬砌的薄弱部位和结构的受力、变形及安全性,为设计提供指导和参考作用.     

凹陷地形地震波加速度放大效应的振动台模型试验研究

设计并完成了1:10的大比例尺高山河谷地形的非均质场地大型振动台模型试验,研究了El Centro和汶川卧龙地震波在三向激振作用下凹陷地形内顺坡向、垂直坡向和底部场地的加速度动力响应规律。结果表明:①顺坡向和垂直坡向的X,Y,Z向加速度均具有高程放大效应,且凹陷地形底部的放大性最小;②凹地底部X,Y,Z向的加速度及其反应谱峰值均具有高程放大效应,底面两侧的加速度存在较大的差异,具有明显的软土放大效应;③顺坡向时0.4 g地震波作用下加速度反应谱峰值的放大性大于0.2 g时,0.1 g最小;对于汶川地震波来讲,凹地底部的加速度反应谱的放大性最小,El Centro地震波时,则是距离坡脚3/4处的加速度反应谱的放大性最小;垂直坡向的加速度反应谱峰值的放大性在凹地底部最小;④凹地底部X,Y,Z向的加速度傅里叶谱变化情况基本一致,地震波由底部向沟谷内部传播时,加速度傅里叶谱的低频成分逐渐增大而高频成分减弱。     

双洞隧道洞口段抗减震振动台试验

以西南高烈度地震区某拟建隧道为背景,开展了隧道洞口段抗减震振动台模型试验研究.通过对有无减震层体系的对比试验,研究了减震层的减震效果;并针对目前振动台试验普遍采用的多次加载方案产生的损伤累积问题进行了分析,同时给出了围岩和衬砌的裂纹发展过程及破坏形态.结果表明:在围岩与隧道之间设置减震层可以有效减弱围岩与结构之间的动力相互作用,从而起到减震效果;在评价结构抗震性能时需要考虑多次加载产生的损伤累积和裂纹效应的影响.研究结果可为结构在地震作用下的开裂分析提供参考.     

不同地震烈度下隔震连续梁桥模型振动台试验

为了研究在不同地震烈度下不同类型场地的隔震连续梁桥结构的振动特性和隔震效果,根据一座在建的两跨隔震梁桥,按1/10的比例设计了一座两跨隔震梁桥模型及试验用方形铅芯橡胶支座,并对其力学性能进行试验;在此基础上对梁桥结构模型进行了地震模拟振动台试验。结果表明:地震动的幅度和频谱成分、场地类别、地震烈度、断层等因素对隔震桥梁体系的隔震效果有很大影响;输入不同地震波和不同加速度峰值,小震时铅芯橡胶支座水平刚度较大,结构较稳定,大震时铅芯橡胶支座水平刚度较小,支座恢复力-位移滞回曲线面积较大,可以较多地耗散地震输入能量,减小能量向桥梁上部结构的传递。     

部分充填钢管混凝土桥墩振动台试验

为了完善部分充填圆形钢管混凝土桥墩的抗震设计理论及其工程应用,对2座采用此类桥墩的两跨高架桥缩尺模型（相似比为1：6.7）进行了强地震动输入下的破坏性振动台试验,研究无偏心部分充填圆形钢管混凝土桥墩和有偏心部分充填圆形钢管混凝土桥墩的破坏机理和地震响应。研究发现无偏心桥墩在墩底附近产生了均匀的钢管局部屈曲变形和明显的水平裂缝,而有偏心桥墩并没有产生水平裂缝,所以无偏心桥墩的纵桥向墩顶位移远大于有偏心桥墩。同时,受横桥向恒载偏心的影响,有偏心桥墩的墩顶横桥向位移和墩底局部屈曲变形主要集中在靠近中轴线的一侧,塑性发展区域也大于无偏心桥墩,这使得其墩顶横桥向最大位移大于无偏心桥墩。不过,由于有偏心桥墩并未发生开裂,所以其横桥向残余位移与无偏心桥墩相差不大,均在3 cm左右,验证了有偏心部分充填圆形钢管混凝土桥墩若经过合理的截面设计,其抗震性能也能满足既定的要求。此外,恒载偏心使得有偏心桥墩在横桥向两侧所耗散的能量不相等,可能会导致其横桥向两侧的累积塑性变形存在差异,不利于其优越的抗震性能和耗能能力的充分发挥。因此在设计有偏心部分充填圆形钢管混凝土桥墩时,需要合理选取混凝土充填高度和径厚比等结构参数,减少恒载偏心对其抗震性能的不利影响。     

废弃钢渣回填土工格栅加筋挡土墙的抗震性能振动台试验

为了研究废弃钢渣回填土工格栅加筋挡土墙在地震作用下的抗震性能,根据量纲分析理论中的Froude常数与相似比原理设计了土工格栅加筋挡土墙振动台试验模型,利用汶川地震近场什邡波(SF)和远场松潘波(SP)作为主要加载波形,以废弃钢渣为回填料,开展了土工格栅加筋钢渣挡墙的振动台模型试验.考虑地震强度的影响研究加筋挡土墙在不同...     

湿陷性黄土隧道动态设计

动态设计可弥补由于隧道地质条件的隐蔽性和复杂性等致使初始设计方案不能很好地切合实际的缺陷。应用系统论的思想,采用动态控制系统反馈机制的方法,提出了动态设计方法及隧道动态设计的具体流程,并以大酉山隧道为例,针对重湿陷性黄土隧道的特殊地质状况,分析了隧道施工中根据实测信息、支护状况及时调整设计方案的过程,为其他类似工程提供借鉴和参考。     

衬砌背后空洞对隧道结构承载力影响的模型试验研究

在隧道的建设过程中,因地质条件、施工等因素的影响在衬砌背后留有空洞的现象是比较普遍的,为了研究这种隧道病害对衬砌结构承载力造成的影响大小及对不同病害工况条件下衬砌结构受力破坏特征,通过对重庆某高速公路隧道典型断面因施工或环境原因造成二衬背后空洞的结构缺陷．睛况,在室内采用几何比为1：25的大比例模型试验,全面研究结构在不同围岩条件下、不同空洞位置以及不同地应力场（塑性地压、偏压及围岩松弛的垂直地压）作用下,隧道产生病害的形式、规律以及承载力的大小。同时采用相同的补强形式加固隧道结构,再进行破坏试验,最终得出空洞对结构承载力的影响是明显的,相同条件下,围岩类别越高,其承载能力越大,空洞对水平应力敏感,在水平应力为主应力时,拱顶空洞的影响大于拱腰空洞的影响;竖直应力作用为主的地应力场,产生病害时对应的竖直荷载高低排序为：无缺陷时最高,中等空洞最低。     

黄土公路隧道病害分析与处治措施建议

针对新庄岭黄土公路隧道地表裂缝和衬砌开裂的病害特征,探讨了病害产生机理,并运用仿真、实测等手段详细分析了病害原因。分析表明:地表裂缝导致黄土浸水,从而使土体强度降低,变形增大,扩大了围岩塑性区范围和变形压力,恶化了衬砌结构受力状况,导致了衬砌结构局部出现裂缝。此外,根据隧道病害状况,提出了采用挖槽夯土法处治地表裂缝,采用环氧树脂嵌补及凿槽嵌入钢拱架法处治衬砌开裂的建议。研究结果为分析和处治黄土公路隧道病害提供了依据。     

山区斜坡桩基地震响应的离心模型试验

为探讨地震对山区桥梁斜坡桩的影响,在土工离心机上进行坡顶平地桩、斜坡上单桩及1×2群桩的振动台试验。通过安装的加速度计、激光位移计及桩身应变片实测在不同加速度峰值的El Centro波作用下,斜坡场地各点的加速度时程、各桩截面的应变量及桩头位移值,由此分析斜坡场地各点的加速度放大系数及位移时程,各桩截面的弯矩及水平变位。然后,结合OpenSees进行数值模拟分析,探讨斜坡场地地震效应、桩与斜坡共同工作特性以及桩基残余变形发展特性等。研究结果表明：在各级地震荷载下,斜坡单桩与1×2群桩在地面处位移约为40 mm,桩顶累积变形量则分别达到90,50 mm,峰值弯矩达到1 120 kN·m;斜坡场地在坡顶位置最为不利,其加速度放大系数最高达到1.8左右,因此在低加速度峰值的输入波作用下,斜坡就会发生侧移,对桩基造成影响;在受地震影响的山区斜坡地段修建桥梁桩基,不能仅考虑边坡安全系数,而应计入地震作用下边坡永久位移对桩基的影响。