盾構(gòu)隧道縱向地震響應(yīng)分析

1、1盾構(gòu)隧道縱向地震響應(yīng)分析摘要:為了探討盾構(gòu)隧道的縱向地震響應(yīng)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(gòu)隧道的地震響應(yīng)進(jìn)行了分析主要研究了合理的盾構(gòu)隧道力學(xué)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(gòu)隧道位移和應(yīng)力的分布及其隨時間的變化曲線.計算結(jié)果表明:壓縮波引起的縱向拉、壓應(yīng)力和剪切波引起的扭曲變形是隧道抗震設(shè)計的關(guān)鍵.關(guān)鍵詞:盾構(gòu)隧道三維有限元法地震響應(yīng)分析目前常采用反應(yīng)位移法和時

2、程響應(yīng)法進(jìn)行隧道縱向抗震設(shè)計.反應(yīng)位移法認(rèn)為地震時地下結(jié)構(gòu)對地層的反應(yīng)具有追隨性結(jié)構(gòu)的加速度和位移都隨地層的響應(yīng)而反應(yīng)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的附加地震應(yīng)力和應(yīng)變是由于地層位移差產(chǎn)生的.該方法概念明確計算簡便在均勻地層中得到較好應(yīng)用[12].用時程響應(yīng)法計算地下結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)時將結(jié)構(gòu)和土層作為一個整體考慮結(jié)構(gòu)與土層的相互作用建立整個系統(tǒng)的運(yùn)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(jié)構(gòu)的加速度、速度、位移和應(yīng)力.此方法能較好地反映動力響應(yīng)的全過

3、程并3武漢長江盾構(gòu)隧道內(nèi)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(yīng)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(shí)際地層情況建立底部為泥質(zhì)粉砂巖自下而上分別為厚15.03.511.5m的粉細(xì)砂巖、中粗砂巖和粉細(xì)砂巖其物理力學(xué)參數(shù)見表1.盾構(gòu)隧道用梁單元模擬地層邊界用彈簧和阻尼器并聯(lián)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(gòu)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(jù)等效變形的原則可以求得盾構(gòu)隧道分別在拉(壓)、剪切和彎矩作用下的剛度折減系數(shù)[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(shè)在軸力N作用下軸向?qū)嶋H伸長則根據(jù)u1=u2可以計算出軸向剛度折減系數(shù)式中:ls為盾構(gòu)隧道管片的幅寬EA為管片環(huán)的軸向拉