地下硐室圍巖松動(dòng)圈的地震反應(yīng)研究

孫有為

(中國地震局工程力學(xué)研究所,哈爾濱 150080)

地下硐室圍巖松動(dòng)圈的地震反應(yīng)研究

孫有為

(中國地震局工程力學(xué)研究所,哈爾濱 150080)

地下空間大規(guī)模的開發(fā)和利用是當(dāng)前城市發(fā)展建設(shè)的必然趨勢。盡管我們的祖先在遠(yuǎn)古時(shí)代就學(xué)會(huì)了利用洞穴而居,但是人類從工程建設(shè)意義上開發(fā)和利用地下空間還不到2000年的歷史。20世紀(jì)中后期是人類開發(fā)利用地下空間比較活躍的時(shí)期,在這期間科學(xué)界和工程界積累了大量的有關(guān)地下空間的勘測、設(shè)計(jì)和施工方面的知識(shí)。隨著地下工程的增多,破壞性地震對(duì)地下工程損壞的震例不斷增加,地下工程的抗震問題成為學(xué)術(shù)界和工程界關(guān)注的焦點(diǎn),是當(dāng)前巖土工程抗震領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)問題之一。

本文全面系統(tǒng)地歸納、總結(jié)和評(píng)述了當(dāng)前地下工程抗震領(lǐng)域的前沿成果和相關(guān)文獻(xiàn),對(duì)該領(lǐng)域的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展方向有了基本的了解。系統(tǒng)地總結(jié)了國內(nèi)外地下結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)分析的方法,在分析歸納已有地下工程震害資料的基礎(chǔ)上,總結(jié)了隧道工程的各種破壞形式。本文利用數(shù)值分析的方法,圍繞地震作用下地下硐室圍巖壓力變化特征、硐室圍巖松動(dòng)圈的擴(kuò)展方式和硐室圍巖松動(dòng)圈的判定3個(gè)方向開展研究工作,取得了如下主要研究成果。

(1)開發(fā)了用于地下工程地震穩(wěn)定性分析的有限差分程序(FLAC軟件)。在有限差分程序FLAC內(nèi)置的動(dòng)態(tài)分析模塊的基礎(chǔ)上,對(duì)本構(gòu)模型、邊界條件、動(dòng)力荷載的輸入和數(shù)值試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷脑O(shè)計(jì)以及表達(dá)方式進(jìn)行了改造和處理,使其更加方便地用于地下工程的地震穩(wěn)定性分析。

(2)研究了地震硐室圍巖在不同強(qiáng)度的地震動(dòng)輸入下的動(dòng)力反應(yīng)。給出了硐室有襯砌和無襯砌兩種情況下圍巖壓力的變化情況,并與圍巖靜壓力進(jìn)行了分析和比較,總結(jié)了地下硐室圍巖壓力隨地震動(dòng)強(qiáng)度的變化趨勢。研究發(fā)現(xiàn),硐室襯砌對(duì)地震反應(yīng)有較大的影響,硐室襯砌在一定程度上削弱了地震動(dòng)的影響。

(3)利用數(shù)值分析的方法,模擬了地下硐室圍巖松動(dòng)圈在地震作用下的擴(kuò)展過程,展現(xiàn)了不同地震波作用下,不同時(shí)間過程的擴(kuò)展圖像,總結(jié)給出了地震作用下地下硐室圍巖松動(dòng)圈的擴(kuò)展過程和主要特征。

(4)提出了地震作用下地下硐室圍巖松動(dòng)圈的初步判定方法。這種方法主要是基于硐室開挖前后,在考慮襯砌的情況下,通過對(duì)比不同計(jì)算點(diǎn)的地震反應(yīng)來判定地下硐室圍巖松動(dòng)圈的近似范圍。本文提出了判定的標(biāo)準(zhǔn)以及松動(dòng)圈的范圍和地震動(dòng)加速度峰值大小的近似關(guān)系。

地下硐室;地震作用;松動(dòng)圈;圍巖壓力;擴(kuò)展范圍

P315.9;

A;

10.3969/j.issn.0235-4975.2011.02.015