岩质隧道抗震性能数值计算分析文献综述

 2023-08-24 10:08
  1. 文献综述（或调研报告）：

1.山岭隧道动力响应研究现状

山岭隧道作为岩土体所包围的一种特殊结构物 ,与地面结构不同 ,振动变形受到周围岩土体的约束作用明显 ,隧道的地震响应不由其自身的惯性力决定,而且隧道结构的动力反应不明显表现出结构的自振特性的影响,而是对地层振动具有依赖性和追随性。目前对于隧道工程地震分析,抗减震技术研究的主要途径有： 现场试验,模型试验和理论方法。

目前我国现行规范对隧道抗震仍采用地震系数法（静力法），即将随时间变化的地震力,用等效的静地震荷载代替,化动力计算为静力计算。它的优点时计算简便，工作量小，但往往不符合实际，有较大的安全盈余。反应位移法用弹性地基梁来模拟地下线状结构物,基于隧道结构的振动特性,把地震时地基的位移当作已知条件作用在弹性地基上,然后求解梁上产生的应力和变形,最后计算隧道结构的地震反应，能够真实地反映隧道在地震作用下的受力状态。目前借助计算机可以通过动力有限元方法模拟复杂边界条件,以及从初始应力场的形成到隧道结构在地震荷载下的破坏的全过程。而动力时程分析法将地震持时划分为许多微小的时间段，可以得到隧道结构在整个地震过程中随时间变化的内力和位移。其缺陷是对计算机要求较高，受制于计算机的使用水平和容量，计算结果可能失真。

在山体隧道抗震措施方面，我国目前采用的方法大多是改变衬砌整体刚度及其周边围岩构造, 但这种做法的直接后果是使局部应力增大而可能造成隧道破坏。通过调整二次衬砌的刚度分配，可得到最优刚度分配比和最有拱墙分配比，使隧道抗震性能得到改善，同时使衬砌断面整体受力更为均匀合理，有效地避免了 衬砌因局部应力过大而造成隧道局部破坏的情况。而隔震技术则使采用特殊措施来隔离地震对上部结构的影响, 地面运动的地震能量直接由基础的隔震支座和耗能装置吸收,使建筑物在地震时只产生很小的振动, 从而达到抗震的目的。基于隔震这一思路,在隧道工程中,考虑在隧道二衬和初衬之间设置减震层，从而减小和改变地震对结构的作用强度和方式,以此达到减小结构振动的目的。数值模拟结果表明，当采用橡胶或泡沫混凝土作为隔震材料时，隧道结构的位移值明显减小，塑性区缩小，衬砌应力状况也有明显改善。

2.地震波在非均质地质中的传播

地质构造往往导致岩体的不均匀性，这对地震波的传播模式有很大影响。单个隧道存在时，会有散射波的激发，它们在直接波通过隧道后支配波场。由于隧道的存在，地震波能量在隧道周围重新分布，导致PPV（峰值粒子速度）的不均匀分布。此外，沟渠、矿床等对地震波传播影响的最显著特征是强反射波P波和S波的产生。当地下结构，如隧道、沟渠、矿床等同时存在时，由于地震波的散射、折射等，波场将变得更加复杂。

在隧道周围可以找到PPV的放大和屏蔽区域。当地震波到达隧道时，复杂的波相互作用会导致更高的PPV值。此外，多个开口，结合地质结构，可能导致隧道周围的一些区域有波的屏蔽。同时，散射波和强尾波可能是几何和地质异质性对P波和S波影响的结果

动应力荷载引起的岩爆可能发生在地下矿山沿隧道的各个地点。 波传播的数值模拟对于加深我们对地下矿山地震波传播和地运动分布的理解是必不可少的。地运动或PPV的准确估计对于动态岩石支护设计和岩爆破坏的机理分析具有重要意义。

3.节理对隧道动力响应影响

节理也称为裂隙，是岩体受力断裂后两侧岩块没有显著位移的小型断裂构造，是很常见的一种构造地质现象。在岩体力学中，不整合、断层、节理、层理、褶皱、劈理等都统称为节理，对岩体的不均匀性，各向异性，变形特性和塑性特性均有很大影响。如节理的间距反映了岩体的完整程度，节理表面的粗糙度影响岩体强度。除此之外节理还具有连续性、起伏度、渗透性等性质，这些性质都影响着岩体的动力响应特征。

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