【摘要】：順層巖體是隧道工程中常見的地質(zhì)情況,震害突出,但尚無(wú)有效的地震響應(yīng)分析方法,因而難以深入研究其響應(yīng)機(jī)制和規(guī)律。為此,建立一種地震波動(dòng)輸入方法及相應(yīng)公式,該方法以有限元法與時(shí)域波動(dòng)分析法相結(jié)合,采用黏彈性人工邊界,基于順層巖體的橫觀各向同性本構(gòu)關(guān)系,考慮巖體中地震波的偏振特性和相速度變化特點(diǎn),適用于地震波斜入射方向與隧道縱斷面平行的情況。同時(shí),為驗(yàn)證所提出方法的實(shí)用性和可行性,應(yīng)用其分析某順層巖體中高速鐵路隧道結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)規(guī)律。結(jié)果顯示:當(dāng)巖層水平或豎直時(shí),則qP波引起的襯砌內(nèi)力包絡(luò)圖對(duì)稱;當(dāng)巖層傾斜時(shí),則qP波引起的襯砌內(nèi)力包絡(luò)圖不對(duì)稱,不對(duì)稱性的幅度與巖層傾角相關(guān);巖層傾角不同,則彎矩值相差較大;彎矩包絡(luò)圖無(wú)論對(duì)稱與否,環(huán)向彎矩極值均位于拱腳處,而縱向彎矩極值卻位于拱頂和仰拱處。此外,作為對(duì)比分析,又將巖層簡(jiǎn)化為各向同性介質(zhì),采用該方法進(jìn)行計(jì)算,結(jié)果發(fā)現(xiàn):P波引起的襯砌內(nèi)力包絡(luò)圖對(duì)稱,且內(nèi)力包絡(luò)圖與將巖層簡(jiǎn)化為橫觀各向同性介質(zhì)時(shí)相接近。這進(jìn)一步驗(yàn)證了提出方法的合理性和可靠性。
【圖文】：

?量相互正交，P波的偏振方向與傳播方向一致，而S波的偏振方向與傳播方向垂直。而在橫觀各向同性介質(zhì)中卻有所不同[22，24]：S波會(huì)產(chǎn)生橫波分裂現(xiàn)象，除在特定的方向上外，2個(gè)S波分別以不同的相速度和偏振方向傳播[22]；SH波偏振方向與傳播方向垂直，且SH波偏振方向與橫觀各向介質(zhì)對(duì)稱軸方向垂直；qP波偏振方向與傳播方向不平行，存在一定夾角；qSV波偏振方向與傳播方向不垂直，存在一定夾角[24]。(2)偏振方向和相速度為描述各變量之間的關(guān)系及出于計(jì)算需要，本文引入多個(gè)坐標(biāo)系，各坐標(biāo)系的空間關(guān)系如圖1所示。圖1各坐標(biāo)系間的空間關(guān)系Fig.1Relationsamongdifferentcoordinatesystems圖1中，Ox0y0z0為巖層本構(gòu)坐標(biāo)系；Oxryrzr為引用梁鍇等[22-24]坐標(biāo)系；Oxyz為本文觀察坐標(biāo)系(總體坐標(biāo)系)；Ox'y'z'為傳播坐標(biāo)系；0為巖層傾角，即橫觀各向同性介質(zhì)對(duì)稱軸與zr軸正向的夾角，從正yr軸來(lái)看順時(shí)針方向?yàn)檎�；為地震波入射角，即－z'軸與z軸的夾角。在坐標(biāo)系Oxryrzr中，根據(jù)梁鍇等[22]可知各類地震波偏振方向T()xyzpp，p，p的精確通解，根據(jù)吳國(guó)枕等[24]可知各類地震波相速度的精確解。傳播坐標(biāo)系Ox'y'z'是為計(jì)算平面波傳播應(yīng)力而引入的，－z'為平面波傳播方向。為極化角，即傳播方向與zr軸正向的夾角；為方位角，即從正zr軸來(lái)看自xr軸按逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)到傳播方向在Oxrzr平面內(nèi)投影所轉(zhuǎn)過的角。當(dāng)?shù)卣鸩ㄐ比肷浞较蚱叫杏陧槍铀淼揽v斷面時(shí)，如圖2和1所示，極化角為π/2，方位角為π/2。為進(jìn)行各物理量在不同坐標(biāo)系間的轉(zhuǎn)換，需要明確坐標(biāo)系之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系：在坐標(biāo)系Oxryrzr中，總體坐標(biāo)系Oxyz各軸的方向向量分別為：

，從正yr軸來(lái)看順時(shí)針方向?yàn)檎粸榈卣鸩ㄈ肷浣�，即－z'軸與z軸的夾角。在坐標(biāo)系Oxryrzr中，根據(jù)梁鍇等[22]可知各類地震波偏振方向T()xyzpp，p，p的精確通解，根據(jù)吳國(guó)枕等[24]可知各類地震波相速度的精確解。傳播坐標(biāo)系Ox'y'z'是為計(jì)算平面波傳播應(yīng)力而引入的，，－z'為平面波傳播方向。為極化角，即傳播方向與zr軸正向的夾角；為方位角，即從正zr軸來(lái)看自xr軸按逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)到傳播方向在Oxrzr平面內(nèi)投影所轉(zhuǎn)過的角。當(dāng)?shù)卣鸩ㄐ比肷浞较蚱叫杏陧槍铀淼揽v斷面時(shí)，如圖2和1所示，極化角為π/2，方位角為π/2。為進(jìn)行各物理量在不同坐標(biāo)系間的轉(zhuǎn)換，需要明確坐標(biāo)系之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系：在坐標(biāo)系Oxryrzr中，總體坐標(biāo)系Oxyz各軸的方向向量分別為：x圖2三維平面波斜入射示意圖Fig.2Diagramofthreedimensionalplanewaveincidence

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