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。