高烈度跨斷層隧道柔性抗震技術研究

0 研究情況

0.1 計算模型

根據隧道現有的工程數據建立計算模型。本模型屈服強度采用Mohr-Coulomb準則。隧道縱向開挖深度為100m，隧道左右兩側寬度取4-5部洞寬，因此開挖寬度約為38m，埋深40m，隧道的基巖從底部到頂部為20m厚，斷層的傾角為75°，破碎帶寬度為11m。模型底面與四周采用無限元邊界并限制其所有自由度，頂面無約束[11]，計算模型如圖1所示。

圖1 計算模型

Fig.1 Calculation model

0.2 計算參數

該隧道減震層材料使用海綿橡膠板，減震層設置在初支和二襯之間。計算參數由實際地勘資料和相關試驗結果提供，計算參數如表1所示。

表1 計算模型參數

Table1 Calculation parameters

參數	重度/（kN/m3)	彈性模量/GPa	泊松比	內摩擦角/（°）	粘聚力/MPa
上下盤Ⅳ級圍巖	22.0	5.0	0.3	35.0	0.5
破碎帶Ⅴ級圍巖	20.0	2.0	0.4	25.0	0.2
基巖Ⅱ級圍巖	25.0	20.0	0.2	50.0	1.5
初支	22.0	28.0	0.2	-	-
二襯	25.0	28.0	0.2	-	-
減震層	10.0	0.3	0.3	5.0	5.0

0.3 動力參數

本模型是理想的彈塑性本構模型。在常規的動態加載方法中，地震波三個方向（x，y，z）同時從模型底部向上部傳遞。持時15s的汶川地震波按7度地震烈度標準化。加速度時程曲線如圖2所示（以x向為例）。

圖2加速度時程曲線圖

Fig.2 Acceleration time history curve

0.4 測點布置

模型共有11個監測斷面，分別為S1-S11，間距均為10m，各斷面均取8個測點（如圖所示），測點位置如圖3所示。

圖3 測點布置圖

Fig.3 Arrangement of measuring points

1 抗震效果分析

1.1 結構位移分析

提取跨斷層段隧道襯砌結構的位移云圖，如圖4-圖6所示。

圖4 二襯結構橫向位移云圖

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

圖5 二襯結構縱向位移云圖

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

圖6 二襯結構豎向位移云圖

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

工況1的最大橫向、縱向、豎向位移分別為194.60mm、62.65mm、18.34mm

1.2 內力分析

1.2.1 主應力分析

跨斷層段隧道的主應力云圖如圖7和圖8所示。

圖7 二襯結構主應力最大值云圖

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

圖8 二襯結構主應力最小值云圖

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

工況1最大、最小主應力分別為2.05MPa、-3.90MPa，

1.2.2 剪應力分析

襯砌結構剪應力云圖如圖9所示。

圖9 二襯結構剪應力云圖

Fig.9 Shear stress cloud diagram of secondary lining structure

工況2最大剪應力為4.47MPaa。

本文分析討論在隧道中二襯結構為C20纖維混凝土時，其收到地震波影響時的橫向、縱向、豎向位移，最大、最小主應力及剪應力的分析和云圖趨勢判斷。