浅埋偏压隧道不同减震措施的减震放果研究

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随着我国基础设施建设的蓬勃发展,近年来建设了大量的公路隧道。隧道受制于地形、地质和施工条件,易产生浅埋偏压情况。浅埋偏压隧道具有整体性差和围岩压力不均等特点,因此高烈度地区浅埋偏压隧道,相较于普通隧道更易受地震损害。目前,国内外文献中对浅埋偏压隧道动力响应以及减震措施研究较少。因此,研究浅埋偏压隧道动力响应规律,并采取有效减震措施进行减震,对此类隧道设计具有重要意义。以湖南省自然科学基金项目“浅埋偏压隧道泡沫混凝土减震层地震响应特性与减震机理”为依托,利用模型试验与数值模拟相结合的方法,研究了浅埋偏压隧道地震响应规律、减震层的减震效果和隧道限界内设置环形钢板的减震效果。本文开展的研究工作和取得的结论如下:(1)开展了无减震层的浅埋偏压隧道振动台试验,获得了 Kobe波与EI波地震作用下衬砌测点的加速度与应变响应规律。当输入地震波为Kobe波或EI波时,地震波类型对衬砌测点水平加速度放大系数规律影响较小,对竖向加速度放大系数规律影响较大。隧道衬砌左拱肩处,地震响应最为剧烈,是抗震设防重要考虑的位置。隧道衬砌应变易受激振强度影响,激振强度越大应变越大。衬砌右拱肩位置处峰值拉应变大于压应变。(2)开展了设置减震层的浅埋偏压隧道振动台试验,获得了 Kobe波与EI波地震作用下衬砌测点的加速度与应变响应规律。当输入地震波为EI波时,测点的水平加速放大系数受激振强度影响小,竖向加速放大系数受激振强度影响较大,输入地震波为Kobe波时,衬砌测点的水平向与竖向加速度放大系数受激振强度影响较大。隧道衬砌左拱肩处,地震响应仍较为强烈。通过分析有无减震层的浅埋偏压隧道动力响应规律,得到减震层的减震效果。橡胶减震层的设置,能使衬砌测点的水平加速度峰值减小24%以上,竖向加速度峰值减小20%以上,应变峰值减小约20%。(3)建立了不同厚度橡胶减震层的浅埋偏压隧道数值模型,研究了橡胶减震层设置在隧道衬砌动力响应较大位置处的减震效果。当减震层厚度为10cm时,衬砌上各测点处轴力、弯矩和剪力减小约15%,主应力峰值也有较大幅度减小,此厚度减震层的减震效果较优。(4)建立了设置不同间距环形钢板的浅埋偏压隧道数值模型,研究了环形钢板设置在隧道限界内的减震效果。环形钢板的设置,会使隧道两侧内力分布更加均匀,表现为隧道左侧内力减小,右侧内力增大。环形钢板的设置,也会使隧道两侧测点的应力分布更加均匀,但局部位置应力会有所增大。钢板的设置会使衬砌右拱肩处轴力峰值减小约7%。环形钢板间距设置为3m时,相较于间距4m能有更好减震效果,相较于间距2m减震效果相当,却能节约材料,所以选择间距为3m的环形钢板较为合适。
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