以烏魯木齊地鐵隧道穿越西山活動逆斷層工程為例,建立三維彈塑性有限元模型.首先模擬分析了逆斷層錯動作用下隧道二次襯砌塑性應(yīng)變發(fā)展過程,拉壓損傷因子、剪切應(yīng)變的橫向及縱向分布規(guī)律,計算了混凝土的裂縫寬度;其次研究了不同錯動位移、隧道底部距圍巖交界面不同垂直距離及不同破碎帶寬度的結(jié)構(gòu)損傷規(guī)律,最后進(jìn)行了設(shè)置柔性接頭的減災(zāi)效果研究.結(jié)果表明:二次襯砌結(jié)構(gòu)破壞首先出現(xiàn)在拱頂;然后是拱底,最后在拱腰處累積.破裂面附近拱腰處發(fā)生拉壓剪的共同破壞;遠(yuǎn)離破裂面上盤拱頂,破碎帶拱底處發(fā)生受拉破壞;遠(yuǎn)離破裂面上盤拱底,破碎帶拱頂處發(fā)生受壓破壞.基于混凝土裂縫得到隧道拉裂破壞的嚴(yán)重與輕微受損區(qū)分別為10 m和30 m.錯動位移越大,結(jié)構(gòu)受損越嚴(yán)重;隧道底部距圍巖交界面垂直距離越大,土層越厚,耗散能量越多,結(jié)構(gòu)受損越輕;破碎帶寬度越大,隧道破壞越嚴(yán)重,當(dāng)破碎帶寬度達(dá)到26 m時,破碎帶寬度對隧道的影響基本保持穩(wěn)定.設(shè)置柔性接頭可以顯著降低結(jié)構(gòu)的損傷,基本滿足在設(shè)防錯動位移下的設(shè)計要求. 

【文章來源】：湖南大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版). 2020,47(07)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：10 頁

【部分圖文】：

地質(zhì)剖面簡圖

取斷層破碎帶前后各100 m范圍內(nèi)建立計算模型，模型長×寬×高為252 m×68 m×60 m，隧道埋深為12 m，斷層傾角為45°，隧道直徑為6.7 m，模型網(wǎng)格劃分見圖2，隧道結(jié)構(gòu)采用復(fù)合式襯砌，縱向劃分126份網(wǎng)格，網(wǎng)格縱向間距為2 m.土體假設(shè)為理想彈塑性材料，采用摩爾庫倫屈服準(zhǔn)則，各土層參數(shù)見表1，襯砌結(jié)構(gòu)采用ABAQUS中的塑性損傷模型，依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GB 50010—2010《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》[18]的規(guī)定，定義襯砌混凝土彈塑性應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系，初期支護(hù)與二次襯砌結(jié)構(gòu)參數(shù)見表2.初期支護(hù)厚0.35 m，混凝土強(qiáng)度等級為C45；二次襯砌厚0.25 m，混凝土強(qiáng)度等級為C50.考慮隧道與土體之間的摩擦，其接觸面設(shè)置罰摩擦，摩擦系數(shù)取為0.4[19].模擬分析分為三步：初始地應(yīng)力平衡-隧道開挖-施加斷層位移，在前兩個步驟中，模型底部及側(cè)邊界施加法向約束，上部邊界為自由邊界，在最后一個步驟中，由于逆斷層錯動為上盤相對下盤作向上運(yùn)動，因此為實(shí)現(xiàn)逆斷層錯動過程，釋放上盤底部及側(cè)邊界法向約束，并在相應(yīng)的位置上施加位移荷載以模擬斷層錯動，位移加載邊界條件見圖3.圖3 斷層錯動加載邊界

斷層錯動加載邊界

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]跨斷層水工隧洞地震響應(yīng)數(shù)值模擬分析方法[J]. 劉國慶,肖明,楊陽,任俊卿.  湖南大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版). 2018(11)
[2]逆斷層錯動作用下隧道襯砌鉸接設(shè)計參數(shù)研究[J]. 趙坤,陳衛(wèi)忠,趙武勝,楊典森,宋萬鵬.  巖石力學(xué)與工程學(xué)報. 2018(S1)
[3]穿越活動斷層隧道組合抗震縫定量設(shè)置的計算公式及試驗(yàn)驗(yàn)證[J]. 孫風(fēng)伯,趙伯明,楊清源,王子珺.  中國鐵道科學(xué). 2018(02)
[4]走滑斷層位錯作用下城市地鐵隧道損傷分析[J]. 趙穎,郭恩棟,劉智,高霖.  巖土力學(xué). 2014(S2)
[5]近斷層地震滑沖效應(yīng)下風(fēng)力發(fā)電塔動力響應(yīng)和振動控制試驗(yàn)研究[J]. 陳俊嶺,陽榮昌,馬人樂.  湖南大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版). 2013(08)
[6]75°傾角逆斷層黏滑錯動對公路隧道影響的模型試驗(yàn)研究[J]. 劉學(xué)增,林亮倫.  巖石力學(xué)與工程學(xué)報. 2011(12)
[7]西安地鐵2號線隧道穿越地裂縫帶的設(shè)防參數(shù)[J]. 黃強(qiáng)兵,彭建兵,鄧亞虹,范文.  巖土力學(xué). 2010(09)
[8]高烈度地震區(qū)隧道減震模型的建立及其減震效果模型試驗(yàn)研究[J]. 王明年,崔光耀.  巖土力學(xué). 2010(06)
[9]混凝土的抗剪強(qiáng)度、剪切模量和彈性模量[J]. 施士昇.  土木工程學(xué)報. 1999(02)

博士論文
[1]穿越活動斷裂山嶺隧道抗位錯機(jī)理與方法研究[D]. 孫風(fēng)伯.北京交通大學(xué) 2018
[2]穿越活動斷層的隧道減震結(jié)構(gòu)研究[D]. 胡輝.西南交通大學(xué) 2013
[3]跨斷層隧道地震反應(yīng)分析[D]. 王瓊.中國地震局工程力學(xué)研究所 2011

碩士論文
[1]穿越斷層隧道震害機(jī)理以及抗減震技術(shù)研究[D]. 張維慶.西南交通大學(xué) 2012



本文編號：3332178