盾構隧道縱向地震響應分析

1、1盾構隧道縱向地震響應分析摘要:為了探討盾構隧道的縱向地震響應特性采用地層隧道整體三維有限元模型對武漢長江越江盾構隧道的地震響應進行了分析主要研究了合理的盾構隧道力學模型、隧道與地層之間的相互作用以及隧道的振動特性.通過隧道與地層的整體分析得到了盾構隧道位移和應力的分布及其隨時間的變化曲線.計算結果表明:壓縮波引起的縱向拉、壓應力和剪切波引起的扭曲變形是隧道抗震設計的關鍵.關鍵詞:盾構隧道三維有限元法地震響應分析目前常采用反應位移法和時

2、程響應法進行隧道縱向抗震設計.反應位移法認為地震時地下結構對地層的反應具有追隨性結構的加速度和位移都隨地層的響應而反應結構產生的附加地震應力和應變是由于地層位移差產生的.該方法概念明確計算簡便在均勻地層中得到較好應用[12].用時程響應法計算地下結構的地震響應時將結構和土層作為一個整體考慮結構與土層的相互作用建立整個系統(tǒng)的運動微分方程通過直接輸入地震加速度時程曲線求得各時刻結構的加速度、速度、位移和應力.此方法能較好地反映動力響應的全過

3、程并3武漢長江盾構隧道內徑5.0m外徑5.5m幅寬2.0m隧道以九等分管片錯縫10拼裝.該隧道縱向地震響應整體分析模型見圖1計算范圍在zxy軸方向即長、寬、高分別為100060和30m.模型按隧道的實際地層情況建立底部為泥質粉砂巖自下而上分別為厚15.03.511.5m的粉細砂巖、中粗砂巖和粉細砂巖其物理力學參數見表1.盾構隧道用梁單元模擬地層邊界用彈簧和阻尼器并聯而成的彈簧阻尼單元模擬這樣可以有效消除邊界能量較好地反映邊界上波的透射避

4、免由于固定約束引起的能量全反射.2縱向剛度的等效處理前已述及把盾構隧道簡化成剛度沿縱向不變的連續(xù)梁時必須考慮環(huán)間縱向接頭的影響.根據等效變形的原則可以求得盾構隧道分別在拉(壓)、剪切和彎矩作用下的剛度折減系數[7].以縱向拉(壓)為例把m環(huán)長度為ls的管片等效為mn環(huán)長度為nls的管片的等效軸向拉(壓)剛度模型見圖2.設在軸力N作用下軸向實際伸長則根據u1=u2可以計算出軸向剛度折減系數式中:ls為盾構隧道管片的幅寬EA為管片環(huán)的軸向拉