›› 2014, Vol. 35 ›› Issue (7): 2095-2102.

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输水隧道地震响应的多物质ALE数值分析

楼云锋,杨颜志,金先龙   

  1. 上海交通大学 机械系统与振动国家重点试验室,上海 200240
  • 收稿日期:2013-07-26 出版日期:2014-07-10 发布日期:2014-07-11
  • 通讯作者: 金先龙,男,1961年生,博士,教授,博士生导师,主要从事高性能计算、网络计算技术及应用研究。E-mail: jxlong@sjtu.edu.cn E-mail: louyunfeng9021@sjtu.edu.cn
  • 作者简介:楼云锋,男,1987年生,博士研究生,主要研究方向大型结构流-固耦合高性能数值计算
  • 基金资助:

    国家自然基金项目(No. 11072150,No. 61073088);国家863重大项目课题(No. 2012AA01AA307)。

Numerical simulation of multi-material ALE method for diversion tunnel seismic response

LOU Yun-feng,YANG Yan-zhi,JIN Xian-long   

  1. State Key Laboratory of Mechanical System and Vibration, Shanghai Jiaotong University, Shanghai 200240, China
  • Received:2013-07-26 Online:2014-07-10 Published:2014-07-11

摘要: 为研究浅埋输水隧道内部流体对隧道地震响应的影响,考虑黏弹性人工边界、土壤的非线性、隧道结构刚度有效率及流-固耦合作用,建立了双线隧道-土体-流体相互耦合作用的力学模型。通过刚度折减试验得到衬砌环环向、径向、轴向刚度,进而引入正交各向异性连续材料作为衬砌材料模型。采用基于任意拉格朗日-欧拉(ALE)描述法的流-固耦合方法,对上海某大直径双线输水隧道在流体作用下的地震响应进行了分析。通过与等效密度法对比,验证耦合模型对于处理输水隧道多物质非线性耦合抗震问题的可行性。计算结果表明,在水平方向地震激励下,无论一致激励或是非一致激励流体对隧道地震变形和内力都有较大影响,但对位移影响较小;对于不同隧道内水量,隧道弯矩均集中于衬砌隧道45°交叉斜线位置;相比于一致激励,非一致激励增强隧道地震位移和变形响应是明显的。

关键词: 输水隧道, 多物质ALE, 有效刚度, 流-固耦合, 地震响应

Abstract: In order to study the seismic response of shallow diversion tunnel considering sloshing amplitude of the water, an analytical model of tunnel-soil-fluid is proposed taking account of nonlinear material behavior of soil, viscoelastic artificial boundary, the effective rigidity ratios and fluid-solid coupling. Firstly, the hoop, radial and axial structural rigidities of tunnel lining are obtained by numerical rigidity reduction tests. Furthermore, the orthotropic material is used in tunnel lining model. As an application, the seismic responses of a project of large-diameter parallel diversion tunnels, which is one of the key projects in Shanghai, are calculated using the multi-material arbitrary Lagrangian-Eulerian (ALE) method. The equivalent density method is then used to validate the established simulation model. Finally, two seismic input modes, the uniform and nonuniform excitations, are involved in the seismic analyses of the tunnel-soil-fluid system. The numerical results show that under horizontal earthquake excitation the influence of fluid on tunnel's displacement is small; however, the influences of fluid on both stress and deformation of the section are great. The tunnel moment are always focused on the position of the tunnel 45° cross-hatched. Comparing with the uniform seismic input, the results show that the nonuniform excitation can remarkably increase both displacement and deformation responses of the tunnel.

Key words: diversion tunnel, multi-material ALE, effective rigidity, fluid-solid coupling, seismic response

中图分类号: 

  • O 327
[1] 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.
[2] 孙广臣, 谢佳佑, 何 山, 傅鹤林, 江学良, 郑 亮, . 不同方向地震激励下软岩桥隧 搭接段动力响应研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(3): 893-902.
[3] 刘中宪, 张征, 王少杰, 梁建文, 王海良, . 基于快速多极子间接边界元法的城市区域 沉积盆地三维地震响应宽频模拟[J]. 岩土力学, 2019, 40(10): 4101-4110.
[4] 肖晓春, 丁 鑫, 潘一山, 吕祥锋, 吴 迪, 王 磊, 樊玉峰, . 含瓦斯煤岩真三轴多参量试验系统研制及应用[J]. 岩土力学, 2018, 39(S2): 451-462.
[5] 许 明,唐亚锋,刘先珊,罗 斌,唐道勇,. 自适应锚索锚固岩质边坡地震动力响应分析[J]. , 2018, 39(7): 2379-2386.
[6] 韩 冰,梁建文,朱 俊,. 深厚饱和软土场地中透镜体对上部结构地震响应的影响[J]. , 2018, 39(6): 2227-2236.
[7] 程 万, 蒋国盛, 周治东, 魏子俊, 张 宇, 王炳红, 赵 林, . 水平井中多条裂缝同步扩展时裂缝竞争机制[J]. 岩土力学, 2018, 39(12): 4448-4456.
[8] 尹训强,金煜皓,王桂萱,. 考虑土-结构相互作用效应和土质地基非线性的核岛厂房结构地震响应分析[J]. , 2017, 38(4): 1114-1120.
[9] 王志超,李大鸣,. 基于SPH-DEM流-固耦合算法的滑坡涌浪模拟[J]. , 2017, 38(4): 1226-1232.
[10] 舒 才,王宏图,施 峰,胡国忠,. 基于两能态吸附热理论的煤层瓦斯流动热-流-固多场耦合模型[J]. , 2017, 38(11): 3197-3204.
[11] 郑亚飞,张璐璐,张 洁,郑建国,于永堂,. 基于时变监测数据的降雨滑坡多目标随机反分析[J]. , 2017, 38(11): 3371-3377.
[12] 王 凯,李术才,张庆松,张 霄,李利平,张乾青,刘 聪. 流-固耦合模型试验用的新型相似材料研制及应用[J]. , 2016, 37(9): 2521-2533.
[13] 汪明武,赵奎元,朱其坤,徐新宇. 可液化场地微型桩地震响应特性研究[J]. , 2016, 37(6): 1543-1549.
[14] 虞 松 ,朱维申 ,张云鹏,. 基于DDA方法一种流-固耦合模型的建立及裂隙体渗流场分析和应用[J]. , 2015, 36(2): 555-560.
[15] 崔 臻 ,冷先伦 ,朱泽奇 ,盛 谦,. 非贯通随机节理岩体的结构效应对地下洞室地震响应的影响[J]. , 2014, 35(S2): 645-652.
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[1] 姜领发,陈善雄,于忠久. 饱和土中任意形状衬砌对稳态压缩波的散射[J]. , 2009, 30(10): 3063 -3070 .
[2] 刘小文,常立君,胡小荣. 非饱和红土基质吸力与含水率及密度关系试验研究[J]. , 2009, 30(11): 3302 -3306 .
[3] 王观石,李长洪,陈保君,李世海. 应力波在非线性结构面介质中的传播规律[J]. , 2009, 30(12): 3747 -3752 .
[4] 王朝阳,许 强,倪万魁. 原状黄土CT试验中应力-应变关系的研究[J]. , 2010, 31(2): 387 -391 .
[5] 高 阳,张庆松,徐帮树,李 伟. 海底采煤顶板支承压力分布规律与影响因素研究[J]. , 2010, 31(4): 1309 -1313 .
[6] 邓 琴,郭明伟,李春光,葛修润. 基于边界元法的边坡矢量和稳定分析[J]. , 2010, 31(6): 1971 -1976 .
[7] 万少石,年廷凯,蒋景彩,栾茂田. 边坡稳定强度折减有限元分析中的若干问题讨论[J]. , 2010, 31(7): 2283 -2288 .
[8] 闫 铁,李 玮,毕雪亮. 基于分形方法的多孔介质有效应力模型研究[J]. , 2010, 31(8): 2625 -2629 .
[9] 赵跃堂,林家炜,石 磊. 冲击荷载作用下层裂问题研究[J]. , 2011, 32(S2): 122 -126 .
[10] 王国粹,杨 敏. 砂土中水平受荷桩非线性分析[J]. , 2011, 32(S2): 261 -267 .