考慮邊坡進洞高程的大斷面黃土隧道洞口段動力響應特征研究.pdf

1、新世紀以來，我國地震災害時有發(fā)生，鑒于西北地區(qū)黃土特殊的物理力學性質以及當地復雜的地質條件和地理環(huán)境，是地震災害頻發(fā)和黃土滑坡災害多發(fā)的地區(qū)，然而隨著西部大開發(fā)戰(zhàn)略如火如荼的進行，必將有大量的交通基礎設施建設在黃土地區(qū)，譬如新建鐵路寶雞至蘭州客運專線，地處陜西和甘肅兩省的黃土分布區(qū)，寶蘭客運專線正線全長401.71km，其中全線黃土隧道就有78座，總里程達到了273km，占線路全長的近70％，由于隧道幾乎都分布在山谷中，因此就出現了眾多

2、高橋連高隧的現象，許多橋墩高達數十米甚至上百米，因此就出現了隧道在不同高程進洞的情況，而不同進洞高程這一參數與隧道建成后的正常使用、抗震性能以及強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入黃土邊坡其地震動力響應必然有一定的區(qū)別，因此考慮邊坡進洞高程的大斷面黃土隧道洞口段動力響應方面的研究具有重要的現實意義。
　　本文采用數值模擬和振動臺模型試驗兩種方法進行相關研究。數值模擬方面主要考慮在不同進洞高程、不同仰坡坡度等工況下

3、的洞口段動力響應規(guī)律;振動臺模型試驗方面，主要考慮在60°坡度下選擇不同進洞高程來研究黃土邊坡失穩(wěn)破壞規(guī)律和隧道洞口段受力特征。主要進行了以下幾方面的研究:
　　(1)查閱國內外有關地震作用下隧道洞口破壞的文獻，經過分類統(tǒng)計匯總，初步總結了洞口段襯砌結構和仰坡的震害類型和震害機理，為后續(xù)數值計算和振動臺模型試驗的結果分析提供了參考依據。
　　(2)考慮不同仰坡坡度對洞口段動力響應特征的影響。設置了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的加速度、位移、放大系數等的變化規(guī)律，并著重討論了在每種仰坡坡度下隧道洞口襯砌結構的受力特征和變形規(guī)律，包括沿隧道軸向的加速度、位移、襯砌應力的變化趨勢。結果表明，仰坡坡度越大，坡面位移和洞口段監(jiān)測點位移相對就越大，75°時的坡面位移和洞口段監(jiān)測點位移最大;坡面加速度和洞口段監(jiān)測點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洞高程時的洞口段動力響應特征，這也是本文研究討論的重點

5、。設置了三種不同的進洞高程，即在坡腳(0H)，坡腰(0.3H)，接近坡頂(0.6H)三處進入黃土邊坡。討論了不同工況下仰坡坡面和洞口段襯砌結構的加速度、位移、放大系數、襯砌應力等的變化規(guī)律。結果表明，同一仰坡坡度下，不同進洞高程對坡面位移和加速度的影響較小，但對洞口段襯砌位移和加速度的影響較大;隨進洞高程的增大，洞口段襯砌最大應力峰值逐漸減小，坡腳進洞時應力峰值最大。
　　(4)為進行振動臺模型試驗做準備，首先根據《鐵路工程土工試

6、驗規(guī)程》的相關要求測定了試驗模型填土的相關物理力學參數，例如天然含水率，密度，最優(yōu)含水率，最大干密度、液塑限等。參考借鑒相關文獻中的振動臺試驗，設計本次研究的試驗模型，制定試驗方案等。
　　(5)進行振動臺模型試驗。根據設計好的試驗方案，利用中國地震局蘭州地震研究所的4m*6m電伺服振動臺進行模型試驗。設置仰坡坡度為60°時，坡腳和0.5H高程進洞時的黃土隧道洞口段的邊仰坡及襯砌結構受力特點及破壞特征;研究地震動力作用下黃土邊坡和