跨斷層隧道地震反應(yīng)分析

王瓊

1)中國(guó)地震局工程力學(xué)研究所，哈爾濱150080

2)哈爾濱學(xué)院，哈爾濱150080

跨斷層隧道地震反應(yīng)分析

王瓊1，2)

1)中國(guó)地震局工程力學(xué)研究所，哈爾濱150080

2)哈爾濱學(xué)院，哈爾濱150080

地震發(fā)生時(shí)，跨斷層隧道一般會(huì)產(chǎn)生較嚴(yán)重的震害。本文以跨斷層隧道為研究對(duì)象，從震害現(xiàn)象、震害產(chǎn)生的原因和抗震研究現(xiàn)狀的總結(jié)入手，進(jìn)行了跨斷層隧道地震反應(yīng)分析研究。

本文主要工作成果有以下幾個(gè)方面:

1.斷層位錯(cuò)作用下隧道結(jié)構(gòu)的非線性反應(yīng)分析。針對(duì)斷層錯(cuò)動(dòng)而引起的隧道襯砌破壞，研究了幾種不同工況下隧道的非線性反應(yīng)特性，主要得到以下研究結(jié)果:

(1)長(zhǎng)大跨斷層山嶺隧道在不同斷層類型位錯(cuò)作用的研究表明:在相同的加載過(guò)程中，逆斷層工況下隧道襯砌結(jié)構(gòu)最先產(chǎn)生應(yīng)力屈服，且逆斷層引起的屈服范圍最大。正斷層產(chǎn)生的破壞程度次之，而走滑斷層產(chǎn)生的破壞程度最小。

(2)選用不同剛度的圍巖進(jìn)行相同的加載過(guò)程分析表明:在強(qiáng)制位移荷載作用下，圍巖為硬巖的工況下較軟巖工況下隧道襯砌更容易產(chǎn)生破壞;從應(yīng)力屈服范圍來(lái)看，在同樣的加載過(guò)程和襯砌條件下，軟巖工況下隧道襯砌的底板和邊墻的屈服范圍大于硬巖工況，而兩種工況下的頂板屈服范圍相近。

(3)取斷層破碎帶寬度分別為5m、20m和100m三種工況分別進(jìn)行研究，通過(guò)計(jì)算、對(duì)比分析表明:隨著斷層寬度的增大，底板的應(yīng)力屈服區(qū)域逐漸增大，但位于上盤的隧道高應(yīng)力范圍逐漸減小;在這三種工況下，頂板的高應(yīng)力區(qū)及應(yīng)力屈服區(qū)均發(fā)生在斷層范圍內(nèi);邊墻的高應(yīng)力區(qū)和應(yīng)力屈服區(qū)的范圍均隨著斷層寬度的增大而增大。

(4)綜合總體分析可以發(fā)現(xiàn)，隧道襯砌的高應(yīng)力區(qū)主要產(chǎn)生于上盤距斷層90m至下盤距斷層50m之間的范圍內(nèi)，在設(shè)計(jì)中應(yīng)對(duì)該段給予更多的關(guān)注。

2.以混凝土襯砌為研究對(duì)象，利用在混凝土中加入不同含量的引氣劑計(jì)算了不同孔隙率情況下混凝土的不同拉、壓損傷因子。針對(duì)不同裂紋的混凝土，可以利用該擬合結(jié)果得到混凝土的損傷情況，進(jìn)而獲取了損傷混凝土的應(yīng)力應(yīng)變本構(gòu)。

3.改進(jìn)了Loland和Mazars損傷模型，給出了新的損傷模型。以未添加引氣劑的混凝土為初始狀態(tài)混凝土，利用室內(nèi)試驗(yàn)對(duì)該混凝土的拉、壓性能進(jìn)行測(cè)試，得到該混凝土的拉、壓應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系。將拉、壓應(yīng)力應(yīng)變曲線數(shù)據(jù)分別帶入改進(jìn)的損傷模型，得到了混凝土的拉、壓損傷本構(gòu)和混合損傷本構(gòu)關(guān)系表達(dá)式。

4.將利用試驗(yàn)結(jié)果推導(dǎo)得到的損傷本構(gòu)嵌入MIDAS/GTS軟件本構(gòu)庫(kù)，并利用混凝土標(biāo)準(zhǔn)試件單軸壓縮試驗(yàn)初步驗(yàn)證了本構(gòu)模型的正確性。

5.利用MIDAS/GTS軟件，采用本文研究建立的混凝土材料損傷本構(gòu)模型，對(duì)跨斷層隧道在地震動(dòng)時(shí)程作用下的反應(yīng)進(jìn)行模擬、計(jì)算和分析，得到了隧道塑性區(qū)產(chǎn)生范圍和規(guī)律;結(jié)合汶川地震中典型的隧道震害，對(duì)震害產(chǎn)生的原因進(jìn)行了初步分析，同時(shí)也進(jìn)一步驗(yàn)證了自定義損傷本構(gòu)模型模擬地震荷載作用下隧道襯砌反應(yīng)的適用性。

(作者電子信箱，王瓊:79209552@qq.com)

P315.9;

A;

10.3969/j.issn.0235-4975.2012.03.009

跨斷層隧道;震害;斷層位錯(cuò);孔隙率;損傷本構(gòu);時(shí)程分析