›› 2014, Vol. 35 ›› Issue (7): 1921-1928.

• 基础理论与实验研究 • 上一篇    下一篇

隧道仰坡地震动力响应特性振动台模型试验研究

吴 冬,高 波,申玉生,周佳媚   

  1. 西南交通大学 交通隧道工程教育部重点实验室,成都 610031
  • 收稿日期:2013-05-23 出版日期:2014-07-10 发布日期:2014-07-11
  • 作者简介:吴冬,男,1985年生,博士研究生,现从事山岭隧道抗减震技术的研究工作。
  • 基金资助:

    国家自然科学基金(No. 41102220,No. 51178398);教育部创新团队发展计划(No. IRT0955);中央高校基本科研业务费专项资金 (No.SWJTUCX014,No. SWJTU11ZT33)。

Shaking table test study of seismic dynamic response of tunnel entrance slope

WU Dong,GAO Bo,SHEN Yu-sheng,ZHOU Jia-mei   

  1. Key Laboratory of Transportation Tunnel Engineering of Ministry of Education, Southwest Jiaotong University, Chengdu 610031, China
  • Received:2013-05-23 Online:2014-07-10 Published:2014-07-11

摘要: 为研究地震作用下山岭隧道仰坡的动力响应特性及仰坡坡体和衬砌结构的相互作用,设计并完成了隧道洞口段大型振动台模型试验。试验结果表明,地震作用下仰坡的加速度反应存在显著的非线性放大效应和趋表效应;当输入地震波幅值超过0.6g时,土体的非线性反应明显增强,加速度放大系数显著降低,表现出放大效应饱和的特性,且沿坡体竖直向上,加速度分布逐渐表现出平均化的趋势;隧道洞口段仰坡水平向动力反应受隧道结构存在的影响较小,可简化为自然边坡进行分析;仰坡的动力失稳是影响衬砌结构安全性的重要因素,当输入地震波幅值较小时,竖直向地震作用下衬砌主要受力部位受力要大于水平向地震作用,当幅值较大时,水平向地震动对衬砌结构的影响则明显大于竖向地震动;均质仰坡的破坏部位主要位于仰坡坡肩至坡面上部,破坏过程表现为地震力诱发-坡肩土体拉裂张开-坡肩土体倾倒崩塌-崩塌的土体沿坡面滑落碰撞-形成碎屑流堆积于坡脚。模型试验的结果能为山岭隧道洞口段的理论分析、计算和设计提供指导和依据。

关键词: 山岭隧道, 仰坡, 地震, 动力响应, 振动台模型试验

Abstract: A large-scale shaking table model test is conducted to study the dynamic behavior of entrance slope and its interaction with lining structure of mountain tunnel under earthquake loading. Test results show that the acceleration response of tunnel entrance slope exhibits obvious amplification effect and surface effect along both vertical and axial directions. Significant nonlinear behavior is observed when the earthquake loading amplitude is larger than 0.6g; and after that, amplification factor decreases with the increase of input loading amplitude and additionally the distribution of acceleration becomes more even in the slope body. It is also found that the dynamic response along axial direction of entrance slope does not affect much by existence of tunnel structure; thus it could be evaluated by treating the entrance slope as a natural slope for simplification. On the other hand, however, the potential instability of entrance slope has much influence on the safety of tunnel structure. When the loading amplitude is relatively small, internal force induced by vertical acceleration is larger than that caused by horizontal acceleration. As the loading amplitude becomes larger, the horizontal component of earthquake plays a dominant role in affecting the lining structure. The failure surface is located at the upper part of entrance slope, especially on the shoulder. The failure process could be described as five steps: (1) earthquake excited; (2) slope shoulder cracked due to tensile failure; (3) the cracked rock of shoulder toppled and collapsed downwards; (4) the collapsed rock fell along the slope and crushed to debris; (5) rock debris accumulated at the slope toe. The experimental result provides valuable basis and guidance for analysis, calculation and design of mountain tunnel portal.

Key words: mountain tunnel, entrance slope, earthquake, dynamic response, shaking table model test

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[1] 吴琪, 丁选明, 陈志雄, 陈育民, 彭宇, . 不同地震动强度下珊瑚礁砂地基中桩-土-结构 地震响应试验研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(2): 571-580.
[2] 夏 坤, 董林, 蒲小武, 李璐, . 黄土塬地震动响应特征分析[J]. 岩土力学, 2020, 41(1): 295-304.
[3] 于一帆, 王平, 王会娟, 许书雅, 郭海涛, . 堆积层滑坡地震动力响应的物理模型试验[J]. 岩土力学, 2019, 40(S1): 172-180.
[4] 聂秀鹏, 逄焕平, 孙志彬, 谢松梅, 侯超群. 三维加筋边坡地震稳定性上限分析[J]. 岩土力学, 2019, 40(9): 3483-3492.
[5] 陈舞, 张国华, 王浩, 陈礼彪, . 基于粗糙集条件信息熵的山岭隧道坍塌风险评价[J]. 岩土力学, 2019, 40(9): 3549-3558.
[6] 杨文波, 邹涛, 涂玖林, 谷笑旭, 刘雨辰, 晏启祥, 何川. 高速列车振动荷载作用下马蹄形断面隧 道动力响应特性分析[J]. 岩土力学, 2019, 40(9): 3635-3644.
[7] 刘新荣, 邓志云, 刘永权, 刘树林, 路雨明, . 地震作用下水平层状岩质边坡累积损伤与 破坏模式研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(7): 2507-2516.
[8] 韩俊艳, 钟紫蓝, 李立云, 赵密, 万宁潭, 杜修力. 纵向非一致激励下自由场土体的非线性 地震反应研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(7): 2581-2592.
[9] 何颖, 于琴, 刘中宪, . 考虑散射效应沉积河谷空间相关多点地震动模拟[J]. 岩土力学, 2019, 40(7): 2739-2747.
[10] 姜立春, 罗恩民, 沈彬彬, . 多自由度模型法的立体采空区群爆破 动力响应研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(6): 2407-2415.
[11] 邹佑学, 王睿, 张建民, . 可液化场地碎石桩复合地基地震动力响应分析[J]. 岩土力学, 2019, 40(6): 2443-2455.
[12] 史 吏, 王慧萍, 孙宏磊, 潘晓东, . 群桩基础引发饱和地基振动的近似解析解[J]. 岩土力学, 2019, 40(5): 1750-1760.
[13] 徐 鹏, 蒋关鲁, 雷 涛, 刘 琪, 王智猛, 刘 勇, . 考虑填土强度的加筋土挡墙动位移计算[J]. 岩土力学, 2019, 40(5): 1841-1846.
[14] 刘汉香, 许 强, 朱 星, 周小棚, 刘文德. 含软弱夹层斜坡地震动力响应过程 的边际谱特征研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(4): 1387-1396.
[15] 雷文杰, 李金雨, 云美厚, . 采动微地震波传播与衰减特性研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(4): 1491-1497.
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[1] 李英勇,张顶立,张宏博,宋修广. 边坡加固中预应力锚索失效机制与失效效应研究[J]. , 2010, 31(1): 144 -150 .
[2] 李秀珍,王成华,邓宏艳. DDA法和Fisher判别法在潜在滑坡判识中的应用比较[J]. , 2011, 32(1): 186 -192 .
[3] 孔祥兴,夏才初,仇玉良,张丽英,龚建伍. 平行小净距盾构与CRD法黄土地铁隧道施工力学研究[J]. , 2011, 32(2): 516 -524 .
[4] 江学良 ,杨 慧 ,曹 平. 基于SURPAC模型的采空区与露采边坡相互影响的FLAC3D分析[J]. , 2011, 32(4): 1234 -1240 .
[5] 吉武军. 黄土隧道工程问题调查分析[J]. , 2009, 30(S2): 387 -390 .
[6] 陈力华 ,林 志 ,李星平. 公路隧道中系统锚杆的功效研究[J]. , 2011, 32(6): 1843 -1848 .
[7] 陈立文,孙德安. 不同应力路径下水土耦合超固结黏土分叉分析[J]. , 2011, 32(10): 2922 -2928 .
[8] 郑 刚 张立明 刁 钰. 开挖条件下坑底工程桩工作性状及沉降计算分析[J]. , 2011, 32(10): 3089 -3096 .
[9] 王松鹤,齐吉琳. 高温冻土松弛特性试验研究[J]. , 2012, 33(6): 1660 -1666 .
[10] 王 宇 ,贾志刚 ,李 晓 ,汪 灿 ,余宏明 . 边坡模糊随机可靠性分析的模糊点估计法[J]. , 2012, 33(6): 1795 -1800 .