巖土與隧道工程介紹

1、會計學1巖土與隧道工程介紹巖土與隧道工程介紹 Dowding C. H. 統(tǒng)計了美國加州、阿拉斯加州以及日本等71座巖石地基上由于地震波動產生的隧洞震害事例。洞徑大部分D36m；地震震級M=5.88.3。阪神地震中高速地鐵車站震害唐山地震中地下巷道震害 地下結構受周圍巖土介質的約束，其地震響應特點和地面結構有明顯差別。輸入(地震波)K、 C、 M輸出(結構響應) 如以入射地震波作為輸入，結構響應作為輸出的話，則地面結構猶如一個強濾波系統(tǒng)，隨著結構剛度、阻尼和質量慣性分布的變化，輸出的結構響應的頻率成分和振動的持續(xù)時間與入射地震波相比，都將發(fā)生很大的改變。地下結構則不同，由于約束作用，只要地下結

2、構的尺寸與地震波長相比較小的話，響應波形與入射地震波形相比，將不發(fā)生明顯變化。地下結構對地震波場擾動的影響很小。地下結構地震響應的基本方程gbgbbtbtigbbbbbiibiitbtibbbiibiitbtibbiiUSUUSKKKKUUCCCCUUMM0 )(gbgbbtgbbbUSUSK)(fbfbbtebbfbbbUSUSSKgbgbbtbtigbbbbbiibiiUSUUSKKKK0簡寫為 地下結構抗震分析的關鍵是求解半無限空間地基介質的動力阻抗矩陣 或 (是激勵頻率的函數)以及地下結構地震動輸入 。 或 為動力剛度，含剛度和阻尼的影響，一般為復值，而且是頻率的函數。 工程設計上常常

3、采用簡化的方法。gbbSfbbSfbUgbbSfbbS 對盾構隧道介紹日本早稻田大學小泉淳教授所發(fā)展的村上小泉模型。 環(huán)與環(huán)、管片與管片之間的相互連接的模擬。 管片與管片之間主要采用回轉彈簧(彈簧剛度相當于剛性連接，彈簧剛度等于零相當于鉸接)，抵抗相對轉動； 環(huán)與環(huán)之間主要采用剪切彈簧，抵抗相對錯動； 周圍土體抗力地基彈簧(橫向)、支點彈簧(軸向)。法線方向的地基彈簧Kgr切線方向的地基彈簧Kgt環(huán)間切線彈簧Kt環(huán)間法線彈簧Kr回轉地基彈簧K梁一次襯砌（管片） 法線方向的地基彈簧Kgr切線方向的地基彈簧Kgt環(huán)間切線彈簧Kt環(huán)間法線彈簧Kr回轉地基彈簧K多層襯砌間的法線方向的彈簧Ky二次襯砌多

4、層襯砌間的切線方向的彈簧Kx一次襯砌（管片）有二次襯砌的計算模型 結構計算模型化 No 結構單元 計算模型 1 一次襯砌（管片） 二次襯砌 曲線梁，直線梁 2 管片接頭 法線，切線，回轉彈簧 3 環(huán)向接頭 法線，切線彈簧 4 一襯，二襯間接頭 法線，切線彈簧 5 地基彈簧 法線，切線彈簧（局部坐標系） X 方向，Y 方向彈簧（全局坐標系） 6 支點彈簧 法線，切線，回轉彈簧（局部坐標系） X 方向，Y 方向，方向彈簧（全局坐標系） 單環(huán)實驗三環(huán)錯縫拼裝實驗盾構隧道設計規(guī)范（日本）70030014010060100900332=96橡膠環(huán)多地層（硅膠）一次襯砌t=4整縫拼裝二次襯砌t=4隔離層錯

5、位拼裝Unit:mm振動實驗模型 地基模型隧道埋設后的模型 慣性力 周面斷力地盤変位地盤使用梁彈簧模型（村上小泉法）的 SDM 計算模型 地基變形 剪切力 地基彈簧 Seismic Deformation Method3.02.01.00-1.0-2.0彎矩N m -300-200-1000100200實驗值梁彈簧模型接頭位置軸力N 3.62.41.20-1.2-2.4彎矩N m -450-300-1500150300實驗值梁彈簧模型接頭位置軸力N 整縫拼裝 錯縫拼裝 4503001500-150-300實驗值無接頭實驗值 整縫拼裝實驗值錯縫拼裝動FEM無接頭動FEM整縫拼裝梁彈簧模型無接頭梁

6、彈簧模型整縫拼裝梁彈簧模型錯縫拼裝接頭位置N軸力 3.62.41.20-1.2-2.4實驗值無接頭實驗值 整縫拼裝實驗值錯縫拼裝動FEM無接頭動FEM整縫拼裝梁彈簧模型無接頭梁彈簧模型整縫拼裝梁彈簧模型錯縫拼裝接頭位置Nm彎矩 0.90.60.30-0.3-0.6彎矩N m-300-200-1000100200實驗值動FEM接頭位置軸力N一次襯砌0.90.60.30-0.3-0.6彎矩N m-300-200-1000100200實驗值動FEM接頭位置軸力N二次襯砌EL CENTRO整縫拼裝 0.450.300.150-0.15-0.300.450.300.150-0.15-0.30彎矩N m-

7、75-50-2502550實驗值動FEM接頭位置軸力N-75-50-2502550實驗值動FEM接頭位置軸力N整縫拼裝神戶彎矩N m一次襯砌二次襯砌 -0.4-0.200.20.400.511.52彎矩(N）實驗值計算值時間(s)-0.4-0.200.20.400.511.52彎矩（N）実験値解析値時間(s)ELCENTRO二次覆工ELCENTRO一次襯砌ELCENTRO二次襯砌 -100-5005010000.511.52軸力(N）実験値解析値時間(s)-100-5005010000.511.52軸力（N）実験値解析値時間(s)ELCENTRO一次襯砌ELCENTRO二次襯砌 一次襯砌，二次

8、襯砌gbbS 為時空耦合，同時為激勵頻率的函數。反映能量向無限域的擴散S。 周圍巖土介質對地下結構的作用力頻域：時域： )(uSR tdutStR0)( 研究者提出了大量的計算模型。 另一種處理辦法是采用局部人工邊界，進行時空解耦。也有許多研究者提出了相應的計算模型。局部人工邊界 我們建議采用比例邊界有限元方法 (SBFEM-Scaled Boundary Finite Element Method) 這種方法的特點是特別適宜于處理無限域問題，具有和邊界元法同樣的優(yōu)點，但是不需要求基本解，可采用有限元的方法求解。同時，方法只需在邊界上進行離散，可以將三維問題降階為二維問題，二維問題降階為一維問題，使計算工作量縮減。 SBFEM非常適合于求解豎井、彎段等復雜形狀結構的地震響應。 o SBFEM具有比較高的計算精度。下面給出SV波水平入射時，孔洞周邊變形與應力變化與解析解的比較。圖中a0=r/cs 表示無量綱頻率。謝謝!0.450.300.150-0.15-0.300.450.300.150-0.15-0.30彎矩N m-75-50-2502550實驗值動FEM接頭位置軸力N-75-50-2502550實驗值動FEM接頭位置軸力N整縫拼裝神戶彎矩N m一次襯砌二次襯砌 gb