落石冲击下单压式拱形明洞的力学响应

为进一步了解结构受力情况,为明洞结构设计提供依据,采用动力有限元方法,对客运专线双线单压式拱形明洞落石冲击下结构力学响应进行了研究.首先,以竖直下落冲击为基本工况,从落石与洞顶回填土的相互作用及运动轨迹入手,分析了结构的应力、应变、应变率、位移、速度、加速度等作用效应响应;其次,根据落石、回填土及结构间能量的转化与传递规律,结合结构及基底应力响应,阐述了回填土和混凝土填充材料对落石冲击的缓冲和对结构的保护作用机理,以及边墙形式对基底及仰拱受力的影响;最后进行了45°斜向冲击响应分析并与基本工况进行了对比.研究结果表明:所设计的明洞结构可以承受竖向700 k J的落石冲击能量,拱顶、拱肩及墙身内侧和耳墙墙址等部位是相对受力不利位置,回填方式和直墙式拱墙形式有待进一步研究优化;冲击引起的结构应变率响应介于1×10~(-3)~1×10~(-2)s~(-1),与地震引起的响应范围相同;在本研究工况下,45°斜向冲击作用效应总体上小于竖直冲击.