高烈度跨断层隧道素混凝土抗震技术研究

高烈度跨断层隧道素混凝土抗震技术研究

0 研究情况

0.1 计算模型

根据隧道现有的工程数据建立计算模型。本模型屈服强度采用Mohr-Coulomb准则。隧道纵向开挖深度为100m，隧道左右两侧宽度取4-5部洞宽，因此开挖宽度约为38m，埋深40m，隧道的基岩从底部到顶部为20m厚，断层的倾角为75°，破碎带宽度为11m。模型底面与四周采用无限元边界并限制其所有自由度，顶面无约束，计算模型如图1所示。

图1 计算模型

Fig.1 Calculation model

0.2 计算参数

该隧道减震层材料使用海绵橡胶板，减震层设置在初支和二衬之间。计算参数由实际地勘资料和相关试验结果提供，计算参数如表1所示。

表1 计算模型参数

Table1 Calculation parameters

参数	重度/（kN/m3)	弹性模量/GPa	泊松比	内摩擦角/（°）	粘聚力/MPa
上下盘Ⅳ级围岩	22.0	5.0	0.3	35.0	0.5
破碎带Ⅴ级围岩	20.0	2.0	0.4	25.0	0.2
基岩Ⅱ级围岩	25.0	20.0	0.2	50.0	1.5
初支	22.0	28.0	0.2	-	-
二衬	25.0	28.0	0.2	-	-
减震层	10.0	0.3	0.3	5.0	5.0

0.3 动力参数

本模型是理想的弹塑性本构模型。在常规的动态加载方法中，地震波三个方向（x，y，z）同时从模型底部向上部传递。持时15s的汶川地震波按7度地震烈度标准化。加速度时程曲线如图2所示（以x向为例）。

图2加速度时程曲线图

Fig.2 Acceleration time history curve

0.4 测点布置

模型共有11个监测断面，分别为S1-S11，间距均为10m，各断面均取8个测点（如图所示），测点位置如图3所示。

图3 测点布置图

Fig.3 Arrangement of measuring points

1 抗震效果分析

1.1 结构位移分析

提取跨断层段隧道衬砌结构的位移云图，如图4-图6所示。

       

       

图4 二衬结构横向位移云图

Fig.4 Cloud diagram of lateral displacement of secondary lining structure

             

图5 二衬结构纵向位移云图

Fig.5 Cloud diagram of longitudinal displacement of the secondary lining structure

             

 

图6 二衬结构竖向位移云图

Fig.6 Vertical displacement cloud diagram of the secondary lining structure

工况1的最大横向、纵向、竖向位移分别为28.83mm，26.19mm及9.64mm。

1.2 内力分析

1.2.1 主应力分析

跨断层段隧道的主应力云图如图7和图8所示。

   

         

图7 二衬结构主应力最大值云图

Fig.7 Cloud diagram of the maximum principal stress of the second lining structure

         

       

图8 二衬结构主应力最小值云图

Fig.8 Cloud diagram of the minimum principal stress of the secondary lining structure

工况1最大、最小主应力分别为6.58MPa、-3.63MPa。

1.2.2 剪应力分析

衬砌结构剪应力云图如图9所示。

           

     

图9 二衬结构剪应力云图

Fig.9 Shear stress cloud diagram of secondary lining structure

工况1最大剪切应力为14.25MPa。

本文分析讨论在隧道中二衬结构为C25素混凝土时，其收到地震波影响时的横向、纵向、竖向位移，最大、最小主应力及剪应力的分析和云图趋势判断。