考慮邊坡進(jìn)洞高程的大斷面黃土隧道洞口段動(dòng)力響應(yīng)特征研究.pdf

1、新世紀(jì)以來(lái)，我國(guó)地震災(zāi)害時(shí)有發(fā)生，鑒于西北地區(qū)黃土特殊的物理力學(xué)性質(zhì)以及當(dāng)?shù)貜?fù)雜的地質(zhì)條件和地理環(huán)境，是地震災(zāi)害頻發(fā)和黃土滑坡災(zāi)害多發(fā)的地區(qū)，然而隨著西部大開(kāi)發(fā)戰(zhàn)略如火如荼的進(jìn)行，必將有大量的交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)在黃土地區(qū)，譬如新建鐵路寶雞至蘭州客運(yùn)專線，地處陜西和甘肅兩省的黃土分布區(qū)，寶蘭客運(yùn)專線正線全長(zhǎng)401.71km，其中全線黃土隧道就有78座，總里程達(dá)到了273km，占線路全長(zhǎng)的近70％，由于隧道幾乎都分布在山谷中，因此就出現(xiàn)了眾多

2、高橋連高隧的現(xiàn)象，許多橋墩高達(dá)數(shù)十米甚至上百米，因此就出現(xiàn)了隧道在不同高程進(jìn)洞的情況，而不同進(jìn)洞高程這一參數(shù)與隧道建成后的正常使用、抗震性能以及強(qiáng)震后的快速搶修也都有著緊密聯(lián)系。隧道在不同高程下進(jìn)入黃土邊坡其地震動(dòng)力響應(yīng)必然有一定的區(qū)別，因此考慮邊坡進(jìn)洞高程的大斷面黃土隧道洞口段動(dòng)力響應(yīng)方面的研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
　　本文采用數(shù)值模擬和振動(dòng)臺(tái)模型試驗(yàn)兩種方法進(jìn)行相關(guān)研究。數(shù)值模擬方面主要考慮在不同進(jìn)洞高程、不同仰坡坡度等工況下

3、的洞口段動(dòng)力響應(yīng)規(guī)律;振動(dòng)臺(tái)模型試驗(yàn)方面，主要考慮在60°坡度下選擇不同進(jìn)洞高程來(lái)研究黃土邊坡失穩(wěn)破壞規(guī)律和隧道洞口段受力特征。主要進(jìn)行了以下幾方面的研究:
　　(1)查閱國(guó)內(nèi)外有關(guān)地震作用下隧道洞口破壞的文獻(xiàn)，經(jīng)過(guò)分類統(tǒng)計(jì)匯總，初步總結(jié)了洞口段襯砌結(jié)構(gòu)和仰坡的震害類型和震害機(jī)理，為后續(xù)數(shù)值計(jì)算和振動(dòng)臺(tái)模型試驗(yàn)的結(jié)果分析提供了參考依據(jù)。
　　(2)考慮不同仰坡坡度對(duì)洞口段動(dòng)力響應(yīng)特征的影響。設(shè)置了4種不同仰坡坡度，分析了在不

4、同坡度下邊仰坡由坡腳到坡頂?shù)募铀俣取⑽灰?、放大系?shù)等的變化規(guī)律，并著重討論了在每種仰坡坡度下隧道洞口襯砌結(jié)構(gòu)的受力特征和變形規(guī)律，包括沿隧道軸向的加速度、位移、襯砌應(yīng)力的變化趨勢(shì)。結(jié)果表明，仰坡坡度越大，坡面位移和洞口段監(jiān)測(cè)點(diǎn)位移相對(duì)就越大，75°時(shí)的坡面位移和洞口段監(jiān)測(cè)點(diǎn)位移最大;坡面加速度和洞口段監(jiān)測(cè)點(diǎn)加速度整體隨著仰坡坡度的增大而減小。
　　(3)考慮大斷面黃土隧道不同進(jìn)洞高程時(shí)的洞口段動(dòng)力響應(yīng)特征，這也是本文研究討論的重點(diǎn)

5、。設(shè)置了三種不同的進(jìn)洞高程，即在坡腳(0H)，坡腰(0.3H)，接近坡頂(0.6H)三處進(jìn)入黃土邊坡。討論了不同工況下仰坡坡面和洞口段襯砌結(jié)構(gòu)的加速度、位移、放大系數(shù)、襯砌應(yīng)力等的變化規(guī)律。結(jié)果表明，同一仰坡坡度下，不同進(jìn)洞高程對(duì)坡面位移和加速度的影響較小，但對(duì)洞口段襯砌位移和加速度的影響較大;隨進(jìn)洞高程的增大，洞口段襯砌最大應(yīng)力峰值逐漸減小，坡腳進(jìn)洞時(shí)應(yīng)力峰值最大。
　　(4)為進(jìn)行振動(dòng)臺(tái)模型試驗(yàn)做準(zhǔn)備，首先根據(jù)《鐵路工程土工試

6、驗(yàn)規(guī)程》的相關(guān)要求測(cè)定了試驗(yàn)?zāi)Ｐ吞钔恋南嚓P(guān)物理力學(xué)參數(shù)，例如天然含水率，密度，最優(yōu)含水率，最大干密度、液塑限等。參考借鑒相關(guān)文獻(xiàn)中的振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)，設(shè)計(jì)本次研究的試驗(yàn)?zāi)Ｐ?，制定試?yàn)方案等。
　　(5)進(jìn)行振動(dòng)臺(tái)模型試驗(yàn)。根據(jù)設(shè)計(jì)好的試驗(yàn)方案，利用中國(guó)地震局蘭州地震研究所的4m*6m電伺服振動(dòng)臺(tái)進(jìn)行模型試驗(yàn)。設(shè)置仰坡坡度為60°時(shí)，坡腳和0.5H高程進(jìn)洞時(shí)的黃土隧道洞口段的邊仰坡及襯砌結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)及破壞特征;研究地震動(dòng)力作用下黃土邊坡和