【摘要】：首先介紹試驗裝置、模型相似比、試驗?zāi)Ｐ拖涞?然后對圍巖與隧道結(jié)構(gòu)的加速度響應(yīng)、襯砌的位移和應(yīng)變響應(yīng)以及仰坡坡面的破壞情況進(jìn)行分析。分析表明,由于洞口臨空面的存在,隧道洞口處會出現(xiàn)加速度和位移的放大效應(yīng),不同的仰坡角度下均符合該特性,但隨著仰坡坡度的增加,放大效應(yīng)會逐漸減弱。在振動過程中襯砌橫斷面承受循環(huán)的拉壓荷載作用,兩側(cè)的拱肩和拱腳位置出現(xiàn)較大的地震附加彎矩,受力特性與仰坡坡度無關(guān),但地震附加彎矩會隨著覆土厚度和結(jié)構(gòu)慣性力的增加而增大;隨著仰坡坡度的增加,結(jié)構(gòu)與圍巖在洞口處的相互作用會逐漸減弱,仰坡坡面的破壞形式分別為坡面的局部崩塌、襯砌頂部的大面積滑塌和坡頂?shù)母呶换?均為淺層破壞,但坡面坍塌圍巖會不同程度的掩埋洞口,對隧道的正常使用造成嚴(yán)重的影響,故應(yīng)對洞口仰坡進(jìn)行重點(diǎn)設(shè)防。分析結(jié)果對于合理認(rèn)識山嶺隧道洞口段地震響應(yīng)特征具有積極作用,可供隧道實(shí)際工程設(shè)計和施工的抗震設(shè)防參考。
【圖文】：

口段減震層的作用效果及機(jī)制、淺埋偏壓隧道洞口段的加速度及內(nèi)力響應(yīng)[7－11]。在以往的研究中，大部分學(xué)者把加速度在洞口段的放大范圍作為確定抗震設(shè)防長度的主要指標(biāo)，然而加速度的放大并一定是襯砌受力的決定性因素，且學(xué)者們在仰坡坡度對坡面與襯砌的動力響應(yīng)研究方面大多局限于數(shù)值分析，未經(jīng)過模型試驗的驗證，故對山嶺隧道洞口段的動力響應(yīng)研究還需要不斷完善，本文依據(jù)《公路隧道設(shè)計規(guī)范》[12]，針對V類圍巖，并基于25°、35°、45°三個不同的仰坡坡度，開展山嶺隧道洞口段動力模型試驗（模型尺寸見圖1），以揭示不同仰坡坡度下隧道洞口段的地震響應(yīng)特征，為隧道洞口段抗震設(shè)計提供參考。(a)25°仰坡模型(b)35°仰坡模型(c)45°仰坡模型圖1試驗?zāi)Ｐ统叽缡疽鈭D（單位：cm）Fig.1Physicaldimensionofmodel(unit:cm)2試驗參數(shù)與試驗方法2.1相似關(guān)系根據(jù)相似理論，長度、密度、彈性模量與重力加速度需滿足特定的比例關(guān)系，實(shí)際材料配比時困難較大，故本試驗忽略重力加速度的相似，采用相似關(guān)系的實(shí)用模型。試驗將長度、彈性模量、密度作為基本物理量，考慮到臺面尺寸、模型箱邊界效應(yīng)以及圍巖模型材料配制的限制，將幾何相似比確定為1:50，彈性模量為1:60，密度為1:1，其他物理量根據(jù)相似關(guān)系推出[13]，，見表1。表1試驗物理量相似比Table1Similarityratioofparametersintest幾何尺寸Cl彈性模量CE密度C黏聚力Cc=CCl內(nèi)摩擦角C加速度Ca=ClCt-2頻率Cw=Cl0.5泊松比C應(yīng)力C=CCE50601.0501.01.20.141602.2模型材料制備模型材料除了滿足相似關(guān)系的物理力學(xué)性質(zhì)外，還應(yīng)滿足性質(zhì)穩(wěn)定、質(zhì)量輕、成本低等要求?

襯砌結(jié)構(gòu)中不考慮鋼筋的影響�？紤]到襯砌結(jié)構(gòu)間施工縫的存在，將襯砌模型分5節(jié)進(jìn)行澆筑，除首節(jié)長30cm外，其余皆為20cm長。表3隧道襯砌原型材料與模擬材料物理力學(xué)參數(shù)Table3Liningparametersofthemodelandprototype參數(shù)重度/(kN/m3)彈模E/GPa泊松比抗壓強(qiáng)度/MPa原型值2529.50.211.9模型值250.490.20.20試驗值24.20.580.220.282.3試驗方法試驗箱采用無蓋設(shè)計，其內(nèi)部尺寸為1.5m×1.5m×1.5m，為便于觀察試驗過程和裝卸模型材料，在模型箱正面留有一觀察孔，其尺寸（寬×高）為0.5m×0.8m，見圖2。圖2模型箱正視圖Fig.2Frontviewofmodelcasting模型試驗采用先開洞后加載的填筑方式，即在圍巖填筑過程中就把襯砌埋入。為了使模型箱與底部圍巖材料能夠同步振動，焊接2根7cm×7cm角鋼，并鋪設(shè)直徑為5cm左右的碎石于模型箱底板。為了吸收地震波在模型箱上的反射和散射，使圍巖在邊界處可以自由變形，在模型箱內(nèi)壁布置10cm厚聚苯乙烯泡沫板，并在板上貼聚苯乙烯薄膜以減小邊界處圍巖與泡沫板之間的摩擦，以最大程度的減小邊界效應(yīng)。試驗采用經(jīng)相似關(guān)系換算后的人工合成波作為振動臺臺面輸入地震波，其加速度時程曲線及傅里葉譜如圖3、4所示。Wang[14]指出，襯砌的設(shè)計應(yīng)考慮S波以垂直與隧道軸向入射的情況，故試驗中采用水平向（X向）輸入激振，并將地震波的幅值調(diào)整為0.1g、0.2g、0.4g、0.6g、0.8g幅值由低到高進(jìn)行加載。考慮到采用相似關(guān)系換算后的地震波輸入時，地震動輸入的持時短，且位移量小，難以達(dá)到完全破壞狀態(tài)，為了觀察模型破壞過程，試驗最后對模型逐級加載與其自振頻率相近的正弦波，對其進(jìn)行共振破壞試驗，正弦波的加載幅值由0.1g開始，并以0.2g為間隔進(jìn)行逐級加載，直至模型破壞。

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