公路結構物橋梁抗震加固改造-路涵隧

2023/11/241公路結構物抗震加固改造2023/11/242目錄第1章引言第2章?lián)跬翂椭踅Y構第3章邊坡、路堤和落石防護第4章隧道第5章涵洞第6章路面

2023/11/243第1章引言

人們常常認為，決定公路體系地震性能的主要因素是公路橋梁的性能。這在很大程度上是因為這樣的事實，某地的橋梁比其它類型的公路結構物或構件要多得多。橋梁的破壞通常比別的結構形式的破壞更容易被人覺察。然而，公路體系中的這些（除橋梁之外的）其它結構和組成部分對保證足夠的體系地震性能也可能是重要的。2023/11/244

例如，公路路堤或挖方段中的擋墻或邊坡為公路走廊邊緣的地層提供穩(wěn)定能力并保護附近財產。隧道雖然不及橋梁那么普遍，但它可能是這一運輸體系的重要的組成部分，因為，在許多情形下，隧道可能是一個公路體系兩段之間唯一連接通道；也就是說，在此公路或運輸走廊中可能幾乎沒有或者說根本沒有冗余。所以，隧道具有足夠高的地震性能可能是極端重要的?？刂频乇硭饕蕾嚧┻^公路路堤之下的涵洞，地震誘發(fā)的破壞就可能導致公路或周圍區(qū)域遭到淹沒或侵蝕。最后，由于地震誘發(fā)路堤或其基礎的破壞而引起的路面破壞，在完成耗時的維修之前，可以導致交通的中斷。2023/11/2451.1范圍本手冊為支擋結構、邊坡、隧道、涵洞和路基的地震評估和改造設計提供指導性意見。（a）潛在地震脆弱性的篩選；

（b）指導詳細評價；

(c)描述改造設計方法的指導意見

2023/11/2461.1.1篩選在開始對一個公路體系結構的詳細地震評估之前，一般要進行初始篩選以決定是否存在由地震誘發(fā)引起結構的部分或完全破壞導致性能降低的潛在可能性。

1.1.2詳細評估進行詳細的地震評估是為了確定結構是否可能因地震而破壞，如果是，是否應該考慮地震改造。如果需要改造，這些評估作為改造設計的一部分會繼續(xù)進行。2023/11/2471.1.3改造設計策略依據篩選和評估方法，確定一個結構是易受地震危害而考慮地震加固時，給出有關備用方法和策略的指導意見。1.2設計地震、地震動,地震篩選、評估和改造的性能準則是否對一個公路體系結構做地震改造的決策，可能取決于它的重要性和關鍵性，以及對成本—效益的考慮。例如，如果一座隧道是某地區(qū)的無冗余通道，假如隧道的破壞可能中斷震后交通，即使這樣的破壞可能不威脅到生命，也要做出對隧道進行地震改造的決策。

2023/11/248任何一個地震評價和改造計劃的主要目標應當是，將不可接受的破壞和喪失生命的可能性最小化；然而，這樣的決策必須由成本上的考慮和此類結構在以前地震中的性能來進行修正。

1.3報告梗概本報告闡述了除橋梁外公路體系大型結構的地震脆弱性評價和改造。每章有一節(jié)論述分類、預篩選、詳細評價和改造。第2章論述支擋結構（除了那些直接附屬于橋梁的之外），第3章論述與公路挖填相關的邊坡和落石，第4章闡述運輸隧道，第5章論述柔性和剛性涵洞，以及涵洞接縫，第6章闡述剛性和柔性路基。2023/11/249第2章?lián)跬翂椭踅Y構

2.1簡介本章論述擋墻和支擋結構，敘述作為公路體系構造物的擋土墻結構的分類、圍繞地震脆弱性對它們的篩選、使用簡化方法評價它們在地震加載期間的性能的方法。與第一部分敘述的性能準則相一致，支擋結構的地震脆弱性是圍繞著生命安全事件來評價的。生命安全事件包括支擋結構的坍塌。對附近重要結構造成不可接受的破壞的可能性也可能成為評估支擋結構服務水平的原因。2023/11/2410擋土墻分類剛性重力式和半重力式擋土墻預制模塊重力式擋土墻錨定式擋土墻機械穩(wěn)定式（MSE）擋土墻其它類型擋土墻2.2擋土墻分類2023/11/24112.2.1剛性重力式和半重力式擋土墻

2.2.1.1重力式擋土墻:重力式擋墻可以是大體積混凝土或砌石。1960年之前，這類墻曾是最普遍的建筑形式。2023/11/24122.2.1.2半重力式擋土墻:半重力式擋墻包括現(xiàn)澆混凝土懸臂式/扶壁式擋墻，與重力式擋墻類似，但部分背后回填被設計成用來提供穩(wěn)定能力。

2023/11/24132.2.2預制模塊重力式擋土墻

預制模塊重力式擋墻把土填入擋墻體系，如框籠式墻或石籠墻（圖2-3）。這些墻型也是依賴質量取得穩(wěn)定性的。

2023/11/24142.2.3錨定式擋土墻

錨定式擋墻用埋入土體的、以拉桿約束頂部的豎向單元制成。使用墻面單元支撐被擋土體。

2023/11/24152.2.4機械穩(wěn)定式（MSE）擋土墻

MSE擋墻（即加筋)在土體中加入某種類型的加強單元以幫助抵抗側向土壓力。MSE擋墻的分析將加強填料（稱為墻體填料）按支撐填在其后面的無加強回填的重力式擋墻處理。MSE擋墻的外部穩(wěn)定性分析與其它重力式擋墻的分析類似。另外，必須進行內部穩(wěn)定性分析以評價加強筋的結構完整性。2023/11/2416MSE結構的通用橫斷面

2023/11/2417加筋土的特點加筋土工程有以下特點：

1．可以做成很高的垂直填土，從而減少占地面積，這對不利于開挖的地區(qū)、城市道路以及土地珍貴地區(qū)而言，有著很大的經濟效益。

2．面板、筋帶可以在工廠中定形制造、加工，在現(xiàn)場可以用機械分層施工。這種裝配式施工方法簡便快速，并且節(jié)省勞動力和縮短工期。

3．加筋土是柔性結構物，能夠適應地基較大的變形，因而可用于較軟的地基上。同時，由于加筋土結構所特有的柔性能夠很好地吸收地震的能量，故其抗震性好。

4．造價低廉，據國內部分工程資料統(tǒng)計，加筋土擋土墻的造價一般為鋼筋混凝土擋墻的50％，重力式擋土墻的60％~80％。2023/11/2418加筋土的構造(一)加筋體加筋體墻面的平面線形可采用直線、折線和曲線。相鄰墻面的內夾角不宜小于70°。加筋體的橫斷面形式—般應采用矩形。

(二)基礎加筋體墻面下部應設置寬度不小于0.3m．厚度不小于0.2m的混凝土基礎，但屬下列情況之一者可不設：

1．面板筑于石砌圬工或混凝土之上；2．地基為基巖。

(三)排水設施對可能危害加筋體的地面水和地下水，應采取適當?shù)呐潘蚍浪胧?/p>

2023/11/2419（四）沉降伸縮縫

加筋土擋土墻應根據地形、地質、墻高等條件設置沉降縫，沉降縫間距：土質地基為10~30m，巖石地基可適當增大。沉降縫、伸縮縫寬度一放為1~2cm，可采用瀝青板、軟木板或瀝青麻絮等填塞2023/11/2420加筋土填料

1、填料是加筋土工程的主體材料，對填料的一般要求如下：(1)易壓實；能與拉筋產生足夠的摩擦力；滿足化學和電化學標準；水穩(wěn)定性好。(2)有一定級配的礫類土、砂類土，與拉筋之間的摩擦力大，是透水性能好，應優(yōu)先選用；碎石土、結土、中低液限粘質土和穩(wěn)定土也可采用；腐質土、凍結土等影響拉筋和面板使用壽命的應禁止采用。(3)填料的設計參數(shù)包括容重r、計算內摩擦角Ψ和摩擦系數(shù)f等，應由試驗或當?shù)亟涷灁?shù)據確定。2023/11/2421筋帶

1、拉筋的主要作用是與填料產生摩擦力，并承受結構內部的拉力。因此，拉筋必須具有以下特性；具有較高的強度，受力后變形??；較好的柔性與韌性：表面粗糙，能與填料產生足夠的摩擦力；抗腐蝕性和耐久性好；加工、接長和與面板的連接簡單。2、筋帶可以分為鋼帶、鋼筋混凝土帶和聚丙烯土工帶三種。高速公路和一級公路上的加筋土工程應采用鋼帶或鋼筋混凝土帶。2023/11/2422面板

面板的主要作用是防止端部土體從拉筋間擠出。1．一般規(guī)定(1)面板設計應滿足堅固、美觀、運輸方便和易于安裝等要求。(2)面板一般采用混凝土預制件，其強度等級不應低于C18，厚度不應小于8cm。(3)面板上的筋帶結點，可采用預埋鋼拉環(huán)、鋼板錨頭或頂留穿筋孔等形式。鋼拉環(huán)應采用直徑不小于10mm的I級鋼筋；鋼板錨頭應采用厚度不小于3mm的鋼板。露于混凝土外部的鋼拉環(huán)、鋼板錨頭應做防銹處理，聚丙烯土工帶與鋼拉環(huán)的接觸面應做隔離處理。(4)面板四周應設企口和相互連接的裝置。2023/11/2423512地震驗證加筋擋墻抗震性能良好映秀加筋防洪堤完然無恙2023/11/2424213國道

此為某混凝土結構擋墻路基損毀段2023/11/2425213國道加筋擋墻安然無恙2023/11/2426綿廣高速加筋擋墻安然無恙2023/11/24272.2.5其它類型擋土墻

鋼板樁墻土釘墻網狀群樁墻地下連續(xù)墻混凝土地下連續(xù)墻深層攪拌土墻

這些擋墻不被看作是現(xiàn)有擋墻分類中重要的部分，所以在后面的章節(jié)中沒有直接展開討論。2023/11/24282.3篩選

擋墻篩選的目的，是為了確定那些地震中易受破壞的擋墻本節(jié)介紹的篩選指南適用于回填和地基土都將不發(fā)生液化的擋墻2.3.1通用篩選準則通用篩選準則描述有關重力和混凝土懸臂支擋結構。2023/11/2429兩組信息篩選支擋結構

第一組（水平1）從與生命安全有關的地震誘發(fā)問題的潛在可能性方面和可能有關服務水平方面篩選擋墻第二組（水平2）包括墻的外觀觀察、狀態(tài)評估和關于靜態(tài)加載墻的安全水平的評價。那些確定不需要進行水平1的地震評估的擋墻在做出最終決定之前，仍然必須通過水平2的審查。2023/11/24302.3.1.1水平1有關與生命安全問題相關的破壞模式

因承載力損失導致?lián)鯄Φ膬A覆或過度傾斜墻的結構破壞服務水平和對附近重要結構的過度損壞在圖（c）中描述擋墻傾覆

(圖a)地震誘發(fā)的擋墻的結構破壞

(圖b)地震誘發(fā)對附近結構的破壞

(圖C)2023/11/2431圖2-6地震誘發(fā)擋墻破壞(a)擋墻傾覆是一個嚴重的問題，特別對高、薄擋墻。為確定高、薄擋墻和對應的地震災害，應當進行擋墻類型篩選。在場地地震風險超過0.3g的地層水平峰值加速度的地方，墻的長細比（高度/基礎寬度，H/B）大于2.0和/或從墻趾到中心的距離小于基礎寬度的一半的擋墻應當是受到人們密切關注的兩件事。在特殊情況下，小于2的長細比可能是一個問題，例如，墻有很高的反坡角。2023/11/2432圖2-6地震誘發(fā)擋墻破壞(b)地震誘發(fā)的擋墻的結構破壞是由于擋墻體系結構構件內應力過大。與地震地震動關聯(lián)的加速度，存在于回填之內，對加在擋墻背面的側向土壓力有雙重影響。第一重是側向推力的增加，第二重是側向推力關于墻基礎的作用線被提高。結構缺陷包括截面不足、施工縫不良和缺乏加強或內部支持（扶壁，扶垛）。對具有與超過0.3g的地層水平峰值加速度關聯(lián)的地震風險的地方，或有結構缺陷的擋墻，建議進行詳細的地震評價。2023/11/2433地震誘發(fā)對附近結構的破壞是由于因擋墻的傾斜或滑動變形引起服務水平的喪失。破壞的潛在可能性取決于附近結構或諸如面層、尤其是鐵路軌道之類的設施的接近程度。圖2-6地震誘發(fā)擋墻破壞(C)2023/11/2434如果回填頂部的結構和設施位于墻后破壞區(qū)內，如圖2-7所示，擋墻的小變形可能很顯著。位于擋墻背面1.5H內的結構可能易受擋墻位移的影響。無論任何時候基礎設施只要位于關于擋墻背面1.5倍擋墻高度內，場地的地震風險與超過0.1g的地層峰值加速度的水平分量就有關聯(lián)，應該考慮對擋墻進行詳細評價。2023/11/24352.3.1.2水平2

靜力安全系數(shù)應當按照GECNo.2:EarthRetainingSystems(Sabatini,1997)進行校核。險情（distress）可以包括開裂和/或擋墻或基礎的侵蝕、擋墻傾斜或不均勻沉降、或水淹回填或地基材料。不滿足靜力加載最低要求的擋墻當然是詳細地震評價的對象，相應地，應該進行接受篩選。2023/11/2436對滿足靜力安全系數(shù)最低要求的擋墻，如果下列條件得到滿足就不必進行詳細評估：

無肉眼可見的險情信號回填或地基土是不可液化的擋墻的長細比（高度/基礎寬度，H/B）小于2.0過載低和回填坡不陡重要設施不在擋墻附近場地地震風險與小于0.3g地面峰值加速度的水平分量相關聯(lián)2023/11/2437通用篩選指南、評價方法和改造設計應用的流程圖2023/11/2438詳細地震評價需要有關擋墻的信息比預篩選需要的多得多。需要更多的時間和費用收集擋墻和場地特征的竣工資料，并取得回填和地基土的參數(shù)?？赡鼙仨氁M織場地調查，取出土體和/巖石樣本供實驗室實驗。用戶書面記錄對尚在評價的擋墻狀態(tài)也是重要的。2.4.1詳細評價需要的信息2.4擋墻評價2023/11/24392.4.1.1擋墻細節(jié)

必需的信息包括擋墻和基礎的尺寸、回填的幾何形狀（回填表面的坡度）、排水條件和墻趾埋置深度。必須要確定基礎的深、淺類型。要了解可能有助于確定未知基礎類型和條件的方法描述，用戶可參考Olsen（1996）的著作。對淺埋基礎，必須要決定基礎的承載等級、厚度和寬度。對深基礎，基礎單元的長度以及他們的數(shù)目、分布、直徑和加強細節(jié)、樁帽、樁—樁帽連接的細節(jié)必須要進行確認。2023/11/24402.4.1.2土的性質回填和基礎土的土參數(shù)應當從場地調查的結果中得到。地基土的土層同用于回填的土體類型一樣應該被確定出來。了解土的單位重量、剪切強度參數(shù)，包括內聚力和摩擦角是必須的。對地基土，這些數(shù)值常常能夠從施工前場地調查期間所做的原位測試的結果中推導出來。

2023/11/24412.4.1.3地震動一般地，假定場地估算的自由場峰值地層加速度（如本手冊第一部分所描述的）普遍適用于擋墻和被擋土是可以接受的。然而，在某些情況下，局部場地土響應效應和/或二維相應效應可能是顯著的、未被場地自由場峰值地層加速度充分控制。2023/11/2442評價分為以下幾個部分重力和半重力擋墻混凝土懸臂擋墻（倒T型墻）錨定墻MSE擋墻篇幅所限，評價部分不再詳述,我們著重講述一下重力和半重力擋墻的評價步驟。2023/11/24432.4.2重力和半重力擋墻1考慮地震作用在重力或半重力擋墻上的外力（a）擋墻上的地震側向壓力（推力）（b）被動約束（c）地震承載力2考慮地震加載的重力或半重力擋墻的外部穩(wěn)定性：喪失平衡的臨界加速度kh（a）傾覆穩(wěn)定（傾斜）--力矩平衡（b）承載力破壞—豎直平衡2023/11/24443考慮地震加載的重力或半重力擋墻的結構完整性（a）墻身分析（b）基礎分析4基礎設施使用功能喪失（a）評估地震誘發(fā)永久變形脆弱性的二次篩選方法（b）閾值加速度的確定（c）地震誘發(fā)變形的估算2023/11/24452.5擋土結構地震改造設計一般地，改造工作可以包括下面一個以上的措施：背拉（注漿、螺旋或膨脹錨定）增加基礎寬度加強混凝土墻身掩埋墻趾增加被動約束微型樁底部土體加固土壤改良2023/11/24462.5.1重力和半重力擋墻的改造措施以下兩圖為幾種破壞模式及相應改造措施：2023/11/2447可以看到，背拉是一種通用的改造措施，但它們必須要恰當設置。它們必須長到足以伸出滑動面以外、有足夠的錨固長度以形成設計力FA如圖2-30所示，微型樁當然是一種可行的改造方法，特別是為防止混凝土懸臂型擋墻的傾斜。一排以上的樁是理想的，但是，在現(xiàn)有墻趾處可能沒有足夠的空間允許設置兩排樁。改造設計應當包括檢查以樁頭為支點的傾覆，樁頭應當被設計成傳遞力矩的，也就是說，應把它們設計成固定樁頭。在擋墻發(fā)生臨界滑動之處，通過掩埋增加墻趾處的被動阻力是一種可能的改造策略，但在防止傾斜方面不太有效。2023/11/2448增加地基寬度的改造2023/11/2449對滑動或繞基底面的轉動破壞模式，增加基礎寬度也是一極好的改造策略。增加后的基礎寬度增加了擋墻重量，影響到了滑動阻力；增加了擋墻重量和墻趾和擋墻形心的距離，影響到了傾覆穩(wěn)定性；增加了基礎寬度，影響到了地震承載力。加寬后基礎的結構完整性也必須要被評價，特別是在彎矩方面可能比原設計的那些彎矩要高。2023/11/24502.5.2混凝土懸臂擋墻—擋墻的結構破壞在懸臂擋墻墻身上添加力矩阻力有很多方法。使用蓋板是一個簡單可行的選擇。

2.5.3錨定墻最好的方法是提高錨具的強度、增加它的掩埋長度以避免破壞性擾動。錨具改造應該在：

2023/11/2451背拉擋墻的地震效應和改造2023/11/2452示例問題2-擋墻的篩選、地震評價和地震改造設計田納西孟菲斯附近的一條公路有一座擋墻，是一座地道橋的一部分。墻高沿地道橋中線從0.5m到0.7m變化。為完成這座擋墻的篩選、地震評價和地震改造，需要完成下列任務：已經決定用最大可信地震(MCE)評價擋墻地震動，這個場地75年超越概率是7%。為改造設計而使用的關于地震動的討論，可參考本手冊第1部分。2023/11/2453應用篩選準則、評價地震評價的必要性檢查靜態(tài)加載條件下的擋墻設計完成擋墻地震評價改造策略的設計和地震評價2023/11/2454擋墻為鋼筋混凝土懸臂墻。下圖顯示了該墻的幾何形狀、尺寸和結構細節(jié)。2023/11/2455第1步：計算場地地震動場地位置：緯度35.15，經度89.6最大可信地震：75年超越概率7%PGA=0.31g（這是場地基巖出露的PGA-需要考慮場地的影響）因此，按照篩選指南，需要詳細評價，因為PGA>0.3g2023/11/2456第2步收集地震評價所需信息很深的土層沉積，主要包含透鏡體粗砂或各粘土、粉土地層。根據CPT數(shù)據，深達90m的初始剪切模量的變化情況示于圖中從這個圖中得出，平均初始剪切模量是175MPa單位重量是18KN/m3，質量密度是平均剪切波速：1場地條件2023/11/2457根據FEMA273（1997），場地級別是D級（硬土180m/s<Vs<365m/s或15<50或50KPaSu<95KPa）.為了確定擋墻地震評價的Kh，以相應的場地系數(shù)乘以峰值基巖加速度Fa=場地系數(shù)Ss=地震圖上短周期加速度（mappedshort-periodacceleration）Ss=從USGS（1996）中在35.15o緯度、89.6o經度處Fa=從FEMA273（1997）中得1.3，w/Ss=1.0因此，Kh=Fa×PGA=1.3×0.31=0.4.2023/11/24582土的性質地基土見圖中SPT數(shù)據頂部10m平均值是12。對N=12，；百分點；γ=18KN/m3。N和的相關性見Pecketal.（1974）的描述。2023/11/2459擋墻回填γ=18KN/m3擋墻摩擦角

=（偏于安全的假定基底摩擦角

=（從AASHTO5-5-2B得到）

2023/11/2460第3步檢查靜態(tài)加載擋墻設計墻高墻臂關于墻趾的力矩墻身0.7x6.3x23.5KN/m3=104KN/m0.7/2+0.4=.75(m)104x.75=78KNxm/m基礎0.7x4x23.5=65.8KN/m4/2=2(m)65.8x2=132KN/m土體6.3x2.9x18.1KN/m3=331KN/m2.9/2+1.1=2.6331x2.6=861KNxm/m501KN/m1071KNxm/m2023/11/24612023/11/2462計算靜態(tài)加載極限狀態(tài)H=7m2023/11/24631檢查滑動阻力

對粗砂上的大體積混凝土，使用

OK

（見AASHTO表5-5-2-B）2023/11/24642檢查傾覆

OK3檢查結果偏心率

2023/11/2465Fv=WB=4mOK4檢查承載能力承載力公式由Meyhoff（1953）推出（c=0，形狀系數(shù)=1）對深度傾斜系數(shù)，見Meyhoff（1953）或ASCE（1994）2023/11/2466=過載項傾斜系數(shù)2023/11/2467Fqd=過載項深度系數(shù)=Nq=當

時的過載承載力系數(shù)；2023/11/24682023/11/2469計算配筋要求1求墻身底面的剪力和彎矩2023/11/24702023/11/24712中-中250mm，#8筋收縮和溫度的要求配筋率

2023/11/24723水平配筋每面中--中250mm#6筋對擋墻

檢查抗剪力2023/11/2473墻踵設計（來自墻踵以上土體）2023/11/2474（來自混凝土板的質量）

確定擋墻地基墻踵、墻趾承壓力2023/11/24752023/11/2476假定：b=1m；d=0.7m斷面是足夠的2檢查剪切力3檢查抗彎鋼筋中--中250mm的8號筋2023/11/2477As=0.00204m2/mα=0.7m-0.076m-0.025/2m=0.61m墻趾設計2023/11/2478（來自混凝土板的質量）

2023/11/2479剪力小于墻踵的力，因此，截面足夠力矩小于墻踵的，使用8號筋，中到中250mm。第4步：靜態(tài)設計檢查總結1外部穩(wěn)定性要求2023/11/24802023/11/24812

墻身3墻踵2023/11/24824墻趾5結論靜態(tài)設計滿足現(xiàn)有標準。因為這個場地處75年被超越機會為百分之三的峰值地層加速度大于0.3g，應做地震評價、確定地震改造的必要性。2023/11/2483第5步擋墻的地震評價1滑動閾值試算

（有被動約束）

KPE=2.97解方程

2023/11/24842

檢查無被動約束的滑動閾值KAE=0.412023/11/24853檢查傾覆—轉動模式試算

關于墻趾的轉動h=H/3

KAE=0.53

KPE=3.02023/11/24864計算承載能力閾值假定KAE=0.3962023/11/24874（a）.計算傳到地基的剪應力2023/11/2488NqE=23.18x0.43=9.97;NqS

=23.18

=30.2x0.21=6.35;=30.22023/11/24894（b）.計算偏心率假定PAS作用在H/3，Pdyn作用在0.6H，求h2023/11/24902023/11/2491閾值加速度匯總滑動0.34傾覆0.35承載力0.2因此是臨界閾值加速度。因為所以這個值可被認為可勉強接受

2023/11/2492計算結構完整性使用u=0.4g檢查墻身底面彎矩KAE=0.581 KPE=2.82ΔK=KAE-KAS=0.581-0.271=0.31假定PAS作用在H1/3、Pdyn作用在0.6H，求得h1H1=墻身高度=7m-0.7m=6.3m2023/11/24932023/11/24942023/11/2495為防坍目的，使用荷載系數(shù)1.0，因此

檢查（為地震加載和防坍目的）2023/11/2496墻踵的結構完整性對承載力閾值加速度

使用偏心率和承壓力（來自墻踵以上的土體）。

2023/11/2497（來自混凝土板的質量）

確定擋墻地基墻踵和墻趾的承壓力2023/11/2498因此2023/11/2499墻踵下的分布荷載為：墻踵邊緣處壓力

因墻踵處壓力引起的剪力：2023/11/24100檢查剪力：因此，對剪力而言，截面

2023/11/24101檢查抗彎鋼筋As=0.00206m2d=0.7m-0.076-0.013=0.611m.因此，鋼筋不足2023/11/241021墻趾的結構完整性2023/11/24103來自混凝土截面的剪切阻力與墻踵是一樣的：629kN/m>199kN/m.因此，截面是足夠的505.7kN×m/m>40.9kN×m/m.因此，鋼筋是足夠的。2023/11/24104第6步地震評價總結1使用kh=0.4后，所有的計算安全系數(shù)都小于1。因此，在最大可信地震期間，擋墻將會屈服。2臨界閾值加速度是0.2g、關聯(lián)破壞模式是承載力喪失和擋墻傾斜。擋墻的大轉動（傾斜）可能產生于最大可信地震，但是擋墻不可能因傾覆而坍塌3墻身和墻踵的抗彎能力不足以抵抗最大可信地震的荷載。因此，需要地震改造。地震策略需要解決墻身和墻踵的結構完整性問題。2023/11/24105第7步：改造策略的設計地震評價提高墻身和/或墻踵的抗彎阻力；降低墻身中和/或墻踵的彎矩兩種改造策略是:提高墻踵處彎矩阻力是困難的，因為它被埋于地下，難以接近。降低墻身和墻踵內的最大彎矩是比較容易達到的目標。放一根穿過墻身的拉桿將有助于降低墻身和墻踵的彎矩。

2023/11/24106檢查墻身和墻踵的彎矩，最后，介紹支持錨固細節(jié)的設計計算。錨固體系的細節(jié)包括錨固間距，錨固所需的總長度，錨固的粘結區(qū)長度和錨固荷載向墻面的傳遞。下面的計算描述背拉擋墻的改造策略。最大可信地震被認為是對應于0.4g的場地峰值加速度。首先，計算平衡所需的拉桿力，然后，檢查外部穩(wěn)定性。2023/11/241071增加背拉桿—將降低墻身和墻踵的彎矩2023/11/24108關于點O求彎矩和，求解在水平方向求力的和，求解檢查是否滿足：W=501KNN=W=501KN2023/11/24109Kh=0.4gKAE=0.581KAS=0.271KPE=2.82023/11/24110求彎矩和（關于O點）解出力

力臂彎矩15.75m2．W=501kN/m+1067kN-m/m3[i2]

+68kN×m/m4h=3.33m-859kN×m/m5-679kN×m/m6．N=501kN/m-787kN/m×m/m70.4m2023/11/24111求F。所以，F(xiàn)=-191(應為180)+258+200-102=176kN/m檢查Fmax=N(f)=501×0.58=291kN/mFmax>FOK2023/11/241123用檢查承載能力kh=0.4F=176kN/me=0.429mB′=4-2(0.429)=3.14mN=501kN+186sin15o=549kN2023/11/24113所以2023/11/241144用檢查墻身彎矩2023/11/24115Mmax=65kN/m（65kN/m是擋墻外面的張拉力）在外墻面，使用#6鋼筋，中--中間距300mm。#6鋼筋橫截面積=284mm22023/11/241165檢查Vmax（在2點（拉桿固定點）=1.25m）2023/11/241172023/11/241186檢查改造后墻踵的結構完整性q1=114.0kN/m（來自墻踵以上土體）（來自混凝土板的質量）確定擋墻地基墻踵和墻趾的承壓力2023/11/24119e=0.429mB=4mW=501kN6e=2.574m6e<B（公式2-15）

2023/11/24120壓力分布如下：這個壓力分布實際上是與靜態(tài)情形是一樣的。因此，墻踵和墻趾的鋼筋對改造后動態(tài)加載情形是足夠的2023/11/24121注漿錨固幾何形狀2023/11/24122求Lbond和必需的錨固尺寸中--中5m間隔布置錨固Fanchor=195kN/m×5m=975kN.按照PTI（1995）指南，fall=0.6Fu.（AASHTO，2002，Section7，Division1A,對地震加載提高到1.5）因此使用160級36mm地偉達（DYWIDAG）預應力鋼筋，2023/11/24123求d=鉆孔直徑，使用100mm=沿土體和漿體界面的工作錨固力PTI（1996）：對中粗砂，壓力注漿錨固—中密度平均極限土/漿錨固力是使用安全系數(shù)=2.0（為驗證試驗的目的）2023/11/241247檢查擋墻結構完整性（沿長度方向）假定線性荷載w，均勻作用在擋墻條上2023/11/24125最大剪力出現(xiàn)在連接處8檢查單向剪力2023/11/241269檢查雙向剪力板的尺寸是：130mm×240mm×45mmb0=（0.13m+0.7m）2+（0.24m+0.7m）2=3.54md=0.7m2023/11/2412710檢查板內承壓力板孔直徑38mm11檢查2.5m墻條的抗彎能力#6筋@250mm；面積=284mm22023/11/241282023/11/24129第3章邊坡、路堤和落石防護

在過去的歷次地震中，地震誘發(fā)的滑坡、邊坡和路堤失穩(wěn)已經引起公路系統(tǒng)的廣泛破壞。這種破壞導致了死亡和嚴重的經濟損失。地震誘發(fā)滑坡能夠堵塞或破壞道路、沖擊和掩埋車輛并嚴重妨礙震后救災工作。3.1引言2023/11/24130汶川地震2023/11/24131汶川地震落石2023/11/241326.14日本7.2級地震

2023/11/24133汶川地震作為地震造成的分布范圍最廣、病害最嚴重的病害之一，邊坡病害在處于地震中央斷裂帶附近的公路上尤為明顯，并分為巖質邊坡病害和土質邊坡病害兩種。巖質邊坡病害按照規(guī)模大致可分為崩塌性滑坡、崩塌、落石三種類型；土質邊坡病害按規(guī)模大致分為滑坡、表面溜坍和碎落三種類型。其中，崩塌性滑坡一般發(fā)生在震中區(qū)或斷層帶附近地區(qū)道路，對公路威脅極大，此類病害在省道303線映秀至臥龍段最為突出。

2023/11/24134鄰近公路結構的邊坡和路堤的篩選、評價和改造流程圖

2023/11/24135地震對公路系統(tǒng)的影響包括下面的各種現(xiàn)象：天然邊坡下或公路路堤下的路基土的可能導致邊坡破壞的液化和側向擴展提供支撐作用的或與公路結構相鄰的人工路堤/天然坡的、可能引起路面面層開裂或破壞的永久變形。由于地震重新激活老的、已有的滑坡?？赡芏氯蛑袛嗦访娼煌ǖ穆湓诟浇吰律系牡卣鹫T發(fā)的落石。3.2分類2023/11/24136落石機制和產生的災害I組滑坡包括巖石和土體的下落、傾倒和崩塌，一般分布最廣。這些滑坡的特點是滑體開裂、一般為淺層破壞面，移動快、被從陡坡上擠出。2023/11/24137

1973年PointMugu（加州穆古）地震引起的PacificCoast公路的落石

2023/11/24138傾倒破壞的例子2023/11/241391976年危地馬拉地震引起的復合型破裂土體滑動的航空圖?；瑒铀喝チ酥脖缓统善纳靶猿练e土（一般小于0.6m），使白色泡沫巖基巖出露。前景中的邊坡大約30m高。

土體滑動和土體崩塌

2023/11/24140不連續(xù)剪切基面滑動示例

II組滑坡包括巖體與土體塌陷、塊狀滑動和緩慢土體流動。

2023/11/24141NativeHospital滑坡的航空照片，1964年阿拉斯加安科雷奇地震的一次大的土體塊狀滑動。

2023/11/24142

巖體塌陷破壞機制

土體塌陷破壞機制

土體塌陷、土體塊狀滑動和土體緩慢流動是發(fā)生在沖積或海洋洪積平原天然沉積層內的深部轉動破壞。它們出現(xiàn)在象溪流和渠道沿岸之類的局部陡峭自由面。它們也出現(xiàn)在有淺層或上層滯水面的緩到中等陡的山坡。2023/11/24143側向擴展破壞機制。

III組滑坡包括土體側向擴展和快速土體流動。2023/11/24144最易發(fā)生地震誘發(fā)滑坡的材料和每種材料中滑坡的主導類型如下：弱膠結、風化、或嚴重破碎的巖體：這些最易發(fā)生落石、滑動、崩塌、塌陷和塊狀滑動。優(yōu)勢節(jié)理傾向坡面外，比較堅硬的巖石：這些材料易于發(fā)生落石、滑動、塊狀滑動、崩塌、及可能塌陷。松散不飽和砂：這些容易發(fā)生破裂土體滑動、土崩松散、部分到完全飽和砂、粉土或黃土：這些易發(fā)生土體塌陷、塊狀滑動、側向擴展、水下滑坡和快速土體流動含砂的飽和土和與敏感土互層的卵石層：這些易發(fā)生破裂土體滑動、土崩和快速土體流動輕微膠結或含有粘土膠結物的顆粒狀土：這些易于發(fā)生土體下落不含或幾乎不含粘土的未壓實或壓實不良的人工填土：這些易發(fā)生土體塌陷、塊狀滑動、側向擴展和快速土體流動。2023/11/241453.3篩選方法篩選方法包括檢查地質、地形圖，檢查地下條件的可用資料以及對場地和附近地區(qū)進行勘查。

最好是使用航空照片進行檢查。在一些地區(qū)，政府機構已經繪制好了邊坡穩(wěn)定性地圖，其上標明了已有滑坡和/或有關邊坡失穩(wěn)的地區(qū)；如果資料齊備，這些都應該進行檢查。如果合適的話，也應該聯(lián)系那些政府機構中對這一地區(qū)的天然邊坡性能有所了解的地質專家和工程師。2023/11/24146如果在預篩選階段確定了滑坡或邊坡失穩(wěn)的可能性，那就需要詳細的工程分析以評價在假定地震事件期間發(fā)生破壞、失穩(wěn)或順坡移動的可能性。在判斷出災害非常明顯和嚴重的情形下，使用者可以直接從篩選階段進入改造設計（取消災害再評價，除非有必要設計這個改造）3.4評價方法2023/11/24147還沒有一種廣為人們接受的對I組滑坡的評價方法。如果篩選階段表明可能有I組滑坡，就應該做額外的、具體到場地的地震穩(wěn)定性分析和由具有巖石力學和巖石邊坡穩(wěn)定性方面的技能的個人做出工程判斷。3.4.1I組滑坡評價2023/11/241483.4.2II組滑坡評價如果篩選階段表明可能有II組滑坡，應做邊坡穩(wěn)定分析以評價這種具體的災害。評價邊坡和路堤的地震穩(wěn)定性的一般方法不但包括偽靜態(tài)也包括變形分析方法。評價按下面次序進行：第1步：做邊坡的偽靜態(tài)穩(wěn)定性分析。如果產生的安全系數(shù)大于1.0，就不再需要再評價或改造。如果安全系數(shù)小于1.0，表明有變形的可能性，繼續(xù)到第2步，或繞過第2步，此時可建議進行偏于安全的改造。第2步：做變形分析。如果預測到的變形可以接受，就不必進行再評價或改造。如果預測變形不可接受，應該考慮改造策略。2023/11/241493.4.3III組滑坡評價III組滑坡包括土的側向擴展和快速土體流動。評價這些條件的方法被包括在本手冊第一部分。3.5改造方法穩(wěn)定土、巖邊坡的詳細方法在TransportationBoardSpecialReport247,LandslidesInvestigationandMitigation（TurnerandSchuster,1996,editors）里介紹。I、II組滑坡二者都包括巖、土穩(wěn)定性問題?；碌母脑旆椒ㄗ詈酶鶕枰€(wěn)定的邊坡是否是由巖石或土組成來分組。WyllieandNorrish（1996）andBrown(1994)介紹了穩(wěn)定巖石邊坡的方法。HoltzandSchuster(1996)介紹了土邊坡的穩(wěn)定方法。2023/11/241503.5.1巖石邊坡1．加固巖石2023/11/241512．清除巖石邊坡穩(wěn)定的清除巖石法

2023/11/241523防止落石的預防措施另一個防止落石災害的有效方法是允許落石發(fā)生但控制其下落的距離和方向。這些方法包括攔溝和攔護障礙、鐵絲防護網、邊坡面上的網襯和擋石棚。所有這些方法依賴于障礙吸收能量的特性，這些特性或將落石阻擋在一定的距離內、或者使其偏離被保護設施。無論是提高攔石溝的性能還是在坡址處形成攔護區(qū)，可以建造的障礙類型是很多的。所需障礙類型及其尺寸決定于落石的能量、邊坡尺寸和可用的建筑材料。攔護網、攔石溝、巖石錨桿和鉚釘、控制爆破和平整和清理坡面是應用最廣的巖石邊坡減災方法。2023/11/24153全埋立柱和錨固支撐的落石約束網系統(tǒng)的側視圖

2023/11/24154巖石棚的例子2023/11/241553.5.2土坡滑坡、邊坡潛在破壞的維修措施設計方法和穩(wěn)定邊坡設計方法可以分為如下類型避開問題，將設施遷到一個穩(wěn)定的場地降低引起移動和滑動的推動力提高抵抗移動的力2023/11/24156地質和巖土勘查研究應當揭示影響邊坡穩(wěn)定性的不利的條件，例如：不良的地表排水、既有天然邊坡的滲流、山坡蠕動、既有滑坡和軟地基?？梢赃w移這些設施以避開這些潛在的問題區(qū)域，特別是既有滑坡。

如果遷移或改變一個計劃的設施的路線是不可行的，那么可以考慮部分或全部清除不穩(wěn)定材料。如果遷移和/或清除不穩(wěn)定材料成本太高，一個替代設計是用基礎位于不穩(wěn)定材料之下、能夠抵抗其側向荷載的樁基或鉆孔樁基的橋梁跨越不穩(wěn)定區(qū)。問題的避免2023/11/24157一個提高邊坡穩(wěn)定性的簡單方法是減小潛在滑動中涉及的土體質量。已經成功用于改善邊坡穩(wěn)定性的方法包括整平邊坡、開挖臺階邊坡、開挖滑坡頂材料、地表和地下排水以及使用輕質填料。排除地表水和地下水是穩(wěn)定邊坡的一個應用廣泛的方法。恰當排水不但減少滑動體的重量，而且提高邊坡內材料的強度。恰當?shù)牡乇砼潘畱芊乐顾鬟^坡面、滲入土坡內。當預計有大體積徑流時，可使用導流溝和截水溝?？刂频乇硪韵滤姆椒ㄔ谙旅妗疤岣叩挚棺枇Α币还?jié)中討論。

降低推動力2023/11/24158提高抵抗阻力通過施加外力或在滑坡坡趾處施加抵抗力、或提高破壞區(qū)土的內部強度以使邊坡仍然穩(wěn)定的方式，可以在潛在的或既有的滑坡上得到提高抵抗力的效果。為提高潛在滑動體的趾部的抵抗力，已經使用的的方法包括：扶壁填土和結構支擋體系。扶壁經常用塊石、圓礫、河卵石和粗顆粒填料。圖3-25所示是一個巖石扶壁的例子。注意本土設置了一個趾部排水溝以利排水。2023/11/24159圖3-25用于提高抵抗邊坡破壞的力的巖石扶壁2023/11/24160例子3.1—落石災害篩選、評價和改造a已有資料的檢查

場地條件:一條公路，位于一大約15.2m（50英尺）高的巖石路塹的底部。面層邊緣和可利用路肩是4.6m（15英尺）（從坡趾向后）。邊坡寬度與邊坡高度的比是0.75：1（H:V）。檢查路塹坡面顯示，邊坡是穩(wěn)定的。位于路塹頂以上的天然坡表面被各種大小的巖塊覆蓋。公路面層坐落在硬巖上。2023/11/241612023/11/24162

場地歷史和地震環(huán)境。靜態(tài)條件下，已經發(fā)現(xiàn)沿這段公路周期性出現(xiàn)小型落石。這個場地在過去被幾場小地震晃動過。在每次地震出現(xiàn)后都發(fā)生落石。區(qū)域地震學顯示這個場地位于能夠經歷中到大的地震（6.5級）的地區(qū)內。對這一地區(qū)，地震滑坡災害地圖尚沒有繪制。b地震誘發(fā)滑坡篩選該場地沒有位于高度易發(fā)地震誘發(fā)滑坡的地區(qū)內。對場地的現(xiàn)場調查確定了路塹坡頂以上巖石碎塊，顯示可能易發(fā)落石。對場地歷史資料的審查顯示，落石在過去已經是個問題。在過去地震過程中和靜態(tài)條件下出現(xiàn)落石顯示，將來易發(fā)地震誘發(fā)落石。這樣，準則（a）不滿足，顯示需要再評估2023/11/24163c評價方法因為在歷史上地震發(fā)生期間，發(fā)生過落石碎落，清楚地表明了有需要防護的災害。因此，不必進行災害再評價，為了確定一個合適的維修方法，安排了研究工作

d災害緩解在已知場地條件下，考慮了兩個改造方法（見草圖）：（1）建一條攔石溝，防止落石達到公路；（2）清理巖石，消除災害。

2023/11/241642023/11/24165第4章隧道

4.1引言本章描述隧道的地震篩選和評價方法，討論隧道地震改造設計的策略。本章介紹的隧道篩選、詳細評價、必要時的改造設計指南的應用可幫助確定和緩解普通隧道的生命安全災害或重要/關鍵隧道的功能喪失程度。

2023/11/24166汶川地震由于隧道的抗震性能較強，震區(qū)隧道除了正在施工的龍溪隧道破壞較嚴重外，其余隧道經過臨時加固，保證了救援車輛的應急通行，在前期的抗震救災中發(fā)揮了巨大作用。地震對隧道造成的直接病害包括洞口結構及洞口邊仰坡破壞、隧道洞身結構破壞以及路面、電纜溝開裂、錯臺、路面仰供隆起等。在隧道入口、轉彎等結構的斷面形狀和剛度明顯變化部位震害也較嚴重。

寶成線109隧道次生災害2023/11/24167紫坪鋪大壩泄洪洞、排沙放空洞紫坪鋪壩址距震中約17.17km，壩址地震傳導烈度在9度以上。地震時大壩動反應強烈，壩上人員不能站立，壩中部下游坡頂加速度峰值沿壩軸線和垂直向均達到2.06g，順河向也達到1.65g，主震周期近1分鐘，推算壩體基巖加速度峰值大于0.5g。2023/11/24168照片2#排沙泄洪洞出口段縫間破壞2023/11/24169照片排沙放空洞結構縫錯位50mm2023/11/241701995年阪神地震中隧道震害

損壞的污水隧道及觀察到的裂縫素描圖。該隧道直徑為3.5m,埋深9～14m,土層為沖積砂和粘土沉積物,在第二襯砌中可觀察到縱向和環(huán)向裂縫。2023/11/24171電力線路隧道中觀察到的部分損壞的混凝土管片和隧道豎井側壁上的裂縫。隧道直徑4.8m,土層為砂和礫石,N=30～50。2023/11/24172損壞的通信線路隧道。在隧道的入口處可見環(huán)狀的裂縫。隧道直徑4m,埋深10m,土層為洪積土。

2023/11/241734.2隧道分類隧道

（1）暗挖隧道（2）明挖隧道；（3）沉管隧道。暗挖隧道是通過在地下挖洞、建造支護系統(tǒng)建造的。明挖隧道則從地面開挖洞室、在挖出的洞室內建造隧道結構，然后在結構頂部以及結構邊緣附近（如果緊靠開挖面結構尚未施工的話）回填沉管隧道是由放置在河底和海底上的淺槽中的預制鋼或砼節(jié)段建造而成。明顯不同的設計特征和施工方法。

2023/11/24174盾構隧道2023/11/241752023/11/241762023/11/24177雙圓面盾構2023/11/24178三圓面盾構2023/11/24179H&V盾構機2023/11/24180矩形盾構2023/11/24181橢圓盾構2023/11/24182

轉向盾構2023/11/24183子母盾構2023/11/24184球形盾構2023/11/24185多聯(lián)盾構2023/11/24186圖4-1沉管的橫截面2023/11/24187施工中的黃浦江沉管隧道2023/11/241882023/11/241892023/11/24190寧波常洪沉管隧道2023/11/241912023/11/241922023/11/24193廣州市第二條過江沉管隧道侖頭—生物島隧道，首段55米長的沉管箱體成型

2023/11/241942023/11/241952023/11/241964.3篩選指南4.3.1篩選階段的目標篩選階段的目標是要確定哪些隧道在設計地震期間有充分大的風險出現(xiàn)不良性能。

4.3.2影響隧道地震性能的因素地震災害地質條件

隧道設計、施工和條件地震強度

斷層破裂

滑坡

土體液化

2023/11/241974.3.3適用于所有類型隧道的篩選指南有些情況可能對暗挖隧道、明挖隧道或沉管隧道構成潛在的顯著威脅，因而需要更詳細的評價。這些情況包括：切割隧道的活動斷層切割隧道的滑坡，無論這個滑坡是否是活動的。

隧道附近的可液化土體以往隧道發(fā)生的靜態(tài)病害（例如，局部坍塌、大變形、開裂或因土體移動造成襯砌剝落），除非采取過穩(wěn)定隧道的改造措施。2023/11/241984.4評價方法評價方法地震動評價斷層破裂評估

滑坡或液化評價

2023/11/241994.4.1地震動評價4.4.1.1概述當一座隧道受到地震波的作用時，就會出現(xiàn)兩種主要的變形類型。第一種類型由沿隧道縱軸發(fā)生的位移組成，不但包括軸向而且包括彎曲變形。第二種是垂直于隧道縱軸線隧道橫斷面內的變形。圖4-3所示就是這些主要的變形類型。軸向變形是由引起質點發(fā)生平行于隧道縱軸運動、引起拉壓交互作用的地震波分量產生的（圖4-3a）。在垂直于隧道軸線方向上產生質點運動的地震波分量引起彎曲變形（圖4-3b）。軸向和彎曲變形是由沿隧道縱軸傳播的地震波分量所誘發(fā)的2023/11/24200沿垂直于隧道縱軸線、隧道橫斷面內傳播的地震波將結構橫斷面形狀扭曲，使圓形隧道斷面（圖4-3c）產生“橢圓化”變形，使矩形橫斷面產生“橫向撕扯”變形。圖4-3隧道對地震波的響應2023/11/242014.4.1.2地震動分析總指南地震動分析總指南沿隧道縱軸線軸向和彎曲變形分析隧道橫斷面響應分析

簡化分析

數(shù)值分析方法

簡化分析

數(shù)值分析

2023/11/242024.4.1.3沿隧道縱軸的軸向和彎曲變形評價圖4-4分析隧道縱向軸向和彎曲變形的方法2023/11/242034.4.1.3（a）.簡化分析/閉合形式解在隧道設計和性能方面，具有重要意義的一般是軸向應變而非剪切應變。在不存在顯著的表面波時，一般S—波引起的應變最大，是控制性波型。P—波誘發(fā)的應變一般不控制。在某些情況下，R—波可以產生最高的應變，應當在設計中進行考慮圖4—6引起縱向軸向和彎曲應變的地震波2023/11/24204圖4—7沿隧道縱軸線傳播的地震引起的誘發(fā)力和彎矩由于軸向和彎曲組合變形引起的應力和應變可通過把隧道作為彈性梁處理而得到。使用梁理論，可把縱向變形產生的以及水平面內彎曲變形的軸向應變組合，得到最大軸向應變.2023/11/24205對P波

對S波對R波

在彈性區(qū)間內，由于軸向和彎曲的組合變形引起的軸向應力是：（對P，S和R波）自由場解

2023/11/24206土—隧道相互作用的影響－St.JohnandZahrah（1987）基于彈性地基梁理論給出的折減系數(shù)對軸向應變對水平面內的剪切應變和曲率St.JohnandZahrah（1987）

2023/11/242074.4.1.3（b）數(shù)值分析交叉部位:隧道與較剛性的結構（例如通風結構或中轉站）形成交叉的部位，應變將有大于順隧道方向的（應變）的趨勢。假定這個結構是一個剛性邊界，軸向應變可以近似為使用前面幾段中所介紹的公式所計算應變的兩倍。一般地，一條隧道的慣性相比其周圍土體的慣性是小的。因此，有可能按準靜態(tài)分析法進行軸向和彎曲變形的分析，在準靜態(tài)分析中，可以將位移時間歷程應用到與隧道模型相連的土彈簧上?？墒褂迷谶@類數(shù)值模型的計算機程序包括ADINA（1996），ABAQUS（Hibbitt，Karlsson&Soreson，Inc.，1998）和SADSAP（Wilson，1998）。2023/11/242084.4.1.4隧道橫斷面變形計算圖4-8隧道橫斷面地震分析方法2023/11/242094.4.1.4（a）簡化/閉合形式解暗挖隧道分析偽靜態(tài)穩(wěn)定性分析：應當檢查隧道支護體系（襯砌和/或巖石錨桿或鉚釘）抵抗作用到隧道頂部的慣性力的能力。這些慣性力可以近似為等于隧道高程上的計算峰值豎向地層加速度（表示為g的幾成）乘以頂部設計使用的靜態(tài)荷載。偽靜態(tài)分析從本質上是保守的，因為作用在失穩(wěn)方向上的地震慣性力僅有短短的片刻時間。雖然這樣，在說明一個潛在穩(wěn)定性問題時，這樣的分析仍然是有用的2023/11/24210如果在隧道附近存在一個軟弱帶（例如，軟弱、剪切巖體）或相對弱的層理帶或節(jié)理面傾向隧道，也可以做隧道軟弱物質塌方可能性的偽靜態(tài)分析。圖4-9隧道附近軟弱帶偽靜態(tài)穩(wěn)定性分析2023/11/24211圓形隧道橢圓效應分析：

應當分析隧道橫斷面以得到剪切波豎向傳播時的地質介質所施加的橢圓化變形.一般可以使用靜態(tài)解的簡化分析法。圖4-10橢圓化引起的隧道襯砌內的力和彎矩2023/11/24212圖4-11圓形隧道橢圓化分析的面積和慣性矩2023/11/24213Wang（1993）和PenzienandWu（1998）的閉合形式彈性靜態(tài)解可用于計算動態(tài)（偽靜態(tài)）隧道襯砌內的推力（T）、剪力（V）和彎矩（M）（圖4-10和4-11）。這些解考慮了隧道襯砌與周圍土或巖體的相互作用。推力，

剪力彎矩F稱為柔度系數(shù)完全滑動解（零切向剪切應力）條件

2023/11/24214無滑動條件解

——隧道和地質介質界面的位移連續(xù)推力，

剪力彎矩PenzienandWu（1998）2023/11/24215Wu（1993）的無滑動條件壓縮系數(shù)2023/11/24216矩形隧道分析:類似于圓形隧道的橢圓效應分析，矩形隧道橫斷面也應當在假定豎直傳播剪切波的條件下分析強迫擠壓變形。另外，隧道的邊墻和拱頂也應當進行動態(tài)土壓力分析。

橫向撕扯變形分析：Wang（1993）提出了結合土--結構相互作用分析矩形隧道（圖4-3d）橫向撕扯的簡化方法。這個方法是基于很多不同土和結構的動態(tài)性質和結構形狀的實例所作的一系列動態(tài)有限元分析而提出。

2023/11/24217圖4-12Wang（1993）矩形隧道橫向撕扯分析各項的術語定義2023/11/24218評價結構響應和行為步驟第1步：計算豎向傳播剪切波引起的沿結構高度的土的自由場有效剪切變形Δff。第2步：確定土和結構的相對柔度第3步：計算結構的橫向撕扯扭曲第4步：進行結構分析，確定力、力矩和詳細的要求。2023/11/24219圖4-13矩形隧道橫向撕扯系數(shù)2023/11/24220圖4-14矩形隧道橫向撕扯分析的框架簡化分析模型。2023/11/24221土壓力分析：對相對周圍土是硬土的隧道（也就是柔度系數(shù)Fr≤1.0，），應當對結構邊墻抵抗動態(tài)土壓力的能力做進一步檢查。作用在邊墻上的動態(tài)側向土壓力是慣性誘發(fā)土壓力的增量，而慣性誘發(fā)土壓力是要添加到或從靜態(tài)側向土壓力中減掉的（見圖4-15）。它們在降低一側土壓力的同時，提高結構另一側的土壓力。應當校核由該動態(tài)壓力誘發(fā)的隧道橫向撕扯確實沒有過大地超過周圍地層的剪切變形。2023/11/24222圖4-15作用在明挖矩形隧道邊墻上的側向土壓力動態(tài)側向土壓力公式地震土壓力系數(shù)水平地震系數(shù)2023/11/242234.4.1.4（b）數(shù)值分析二維有限元和有限差分模型可以被用來分析隧道的橫斷面。圖4-16隧道的離散元模型2023/11/242244.4.2斷層破裂評估4.4.2.1引言受到沿斷層直接剪切位移影響的隧道其行為的評估包括兩個方面：第一，抽取斷層穿過隧道處的自由場斷層位移特征（也就是無隧道時的位移）；第二，計算特征位移對隧道的影響。4.4.2.2評估斷層位移量4.4.2.3斷層位移時的隧道分析一般地，評價受斷層位移影響的隧道，其分析方法與地下管線使用的那些方法是一樣的。在直線地下結構的評價和設計（美國土木工程協(xié)會天然氣和液體燃料生命線委員會）中已經使用了三種分析方法。2023/11/24225Newmark-Hall方法Kennedyetal.方法有限元法4.4.3滑坡或液化評價如果沿隧道線路確定了可液化土沉積層或受到滑坡影響的不穩(wěn)定土體，那么要評估液化或滑坡是否會在地震期間按預期發(fā)生以及對評估對隧道的影響，可能需要進行更詳細的評價。2023/11/24226圖4-19斷層交接處隧道的土—結構模型示意圖2023/11/24227圖4-20斷層交接處隧道的土體約束分析模型2023/11/24228如果滑坡引起的邊坡移動或液化引起的側向擴展移動切割隧道，這些移動對隧道的潛在影響類似于斷層位移引起的影響。正像斷層位移的情況一樣，不經歷局部嚴重的破壞，隧道一般可能沒有能力抵抗大于幾英吋的滑坡或側向擴展集中位移。如果曾經預測到在隧道襯砌或邊墻附近會發(fā)生液化，一個潛在的后果可能是液化區(qū)內被提高的側向土壓力引起的襯砌或邊墻的屈服。由液化土所施加的壓力可以與總的覆蓋壓力一樣大。液化引起埋在液化土中的隧道上浮或隧道沉入土中的可能性也要進行檢查。2023/11/242294.5改造策略圖4-21楔形巖塊的巖石錨桿穩(wěn)定法

圖4-22軟弱或破碎巖石的巖石錨桿加強巖石隧道1地震動誘發(fā)破壞2斷層位移誘發(fā)的破壞3滑坡和液化誘發(fā)破壞1地震動誘發(fā)破壞2023/11/24230巖石隧道改造策略軟弱帶或巖石楔塊應當使用巖石錨桿、較強的襯砌或其它支護方法

對軟弱巖石隧道，設置連續(xù)或有規(guī)則的巖石錨桿和鉚釘以及噴砼支護體系

在高度節(jié)理化或破碎巖石區(qū)，可以考慮化學注漿。接觸注漿

材料包括普通漿材、賽璐珞或泡沫混凝土、聚乙烯材料或其它化學漿材2023/11/24231土/軟弱地層中的隧道圖4-23預制混凝土管片襯砌2023/11/24232圖4-24有隔振墊圈隧道襯砌中的柔性周邊接縫細部示例特殊連接器

2023/11/24233圖4-25隧道襯砌中柔性周邊接縫細部示例

2023/11/24234土隧道改造策略在有限區(qū)域上通過去除軟弱混凝土，施做噴砼、灌注混凝土或使用替代材料的局部修理。鋼襯板隧道可以在被腐蝕的或因別的原因引致的脆弱區(qū)用焊接鋼板來加強。接觸注漿化學或壓密注漿法的地層改良拆除既有襯砌，用臨時地層支護建造新襯砌和/或分短段用順序開挖方法做襯砌替換在鋼管和既有襯砌之間的環(huán)形空道內建造鋼筋混凝土或鋼管混凝土內襯建造特別接縫，例如“隔振墊圈”（圖4-24），接縫細節(jié)在4.5.1.3節(jié)和4.5.1.4節(jié)描述，提高襯砌的變形能力通過去除局部混凝土和安裝鋼連接器，加強或提高管片襯砌接縫的延性涌水可以限制某些土隧道的改造選擇2023/11/24235明挖隧道的改造圖4-26箱形隧道地震設計拐角鋼筋細節(jié)2023/11/24236

沉管隧道改造圖4-27在Webster沉管周圍設置的典型碎石樁

建造隔離墻2023/11/24237圖4-28在Posey沉管周圍的噴射樁2023/11/24238圖4-32被斷層切割處擴大后的隧道（平面圖，走向滑動斷層）斷層位移誘化的破壞2023/11/24239圖4-34帶有最終襯砌和脆性回填料以吸收斷層位移的擴大隧道2023/11/24240圖4-36建議斷層帶中隧道管片襯砌使用的柔性接縫2023/11/24241日本盾構隧道抗震2023/11/242424.6隧道篩選、評價和改造策略的例子例4.1–S波引起的隧道縱軸軸向和彎曲變形1.地震參數(shù):地震矩震級,Mw=7.5

震源到場地的距離=10km

隧道以上地表面峰值地層加速度,amax=0.5g

2.隧道參數(shù):鋼筋混凝土圓形隧道:

D=6m

t=0.3m2023/11/24243El=24.8x106

kPa

Il1=25.4m4

Al1=5.65m2

Depth=100m

3土參數(shù):γt

=19.0kN/m3

Cm'=800m/s

vm=0.3

f=6,000kN/m

假定在隧道高程處震動由剪切（S）體波（即，本例已做評估，設計地震期間隧道部位不可能出現(xiàn)顯著的表面波）。2023/11/24244a. 確定隧道深度處地震地震動參數(shù)：aS

=0.7amax=0.7(0.5g)=0.35g

VS=(97cm/sg)(0.35g)=34cm/s=0.34m/s

Cs=2km/sandTs=2seconds(缺省值)L=CS?TS=2000m/s(2s)=4000m

2023/11/24245b. 根據縱向和彎曲組合變形確定軸向應變和應力，假定土—隧道相互作用可忽略不計：（對S波）εab=0.000085+9.1(10-7)=0.000085σab=0.000085(24.8x106

kPa)?=2100kPa2023/11/24246C計算土—隧道相互作用效應:2023/11/24247

根據以上計算，土--隧道相互作用效應將不會顯著地降低隧道襯砌內的縱向應變或應力。d. 校核抵抗土與隧道襯砌間摩擦產生的最大力的軸向力Q:

Q<(Qmax

);這樣軸向力不受摩擦承受能力的制約。

2023/11/24248例4.2–R波引起的隧道縱軸軸向和彎曲變形1. 地震參數(shù):地震矩震級,Mw=7.5

地震源到場地的距離=20km

2.隧道參數(shù):鋼筋混凝土圓形隧道

:D=6m

t=0.3m

El=24.8x106

kPa

Il1=25.4m4

Al1=5.65m2

到隧道頂?shù)纳疃?Z=15m

2023/11/242493. 土參數(shù):γt

=17.0kN/m3

Cm'=250m/s

vm

=0.45

f=1500kN/m

假定隧道高程處震動受瑞利（R）波控制（即，本例已做評估，設計地震期間隧道處不可能出現(xiàn)產生強地層隧道和位移的顯著的表面波）。a. 確定隧道深處的地震地震動參數(shù)。根據場地評估，確定：aR=0.20gVR=30cm/s=0.30m/s

2023/11/24250CR=500m/sandTR=2secondsL=CR?TR=500m/s(2s)=1000mb.根據水平面內縱向和彎曲組合變形確定軸向應變和應力，假定土—隧道相互作用可忽略不計（對R波）2023/11/24251εab=0.0006+0=0.0006σab=E1εab=14,880kPac.根據豎直面內彎曲變形確定軸向應變和應力，假定土—隧道相互作用可忽略不計：（對R波）2023/11/24252(與（b）中確定的軸向應變相比可忽略不計)d. 計算土—隧道相互作用效應：

2023/11/242532023/11/24254e.校核抵抗土與隧道襯砌間摩擦產生的最大力的軸向力Q

Q=σab?Al1=10,900(5.65)=61,600kN

Q<(Qmax);f這樣軸向力不受摩擦承受能力的制約。2023/11/24255例4.3–圓形隧道的橢圓化變形1.地震參數(shù):地震矩震級,Mw=7.5震源到場地的距離=10km

隧道上地表面峰值地層加速度,amax

=0.5g

2隧道參數(shù):鋼筋混凝土圓形隧道

:D=6mt=0.3m

El=24.8x106kPa

Il2=0.0023m4/m

2023/11/24256Al2=0.3m2/m

vl

=0.2

到隧道頂?shù)?/p>