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地震波斜入射下浅埋偏压双隧道地震响应分析

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第 44 卷第 2 期2024 年 4 月振动、测试与诊断Vol. 44 No. 2Apr.2024Journal of Vibration，Measurement & Diagnosis

地震波斜入射下浅埋偏压双隧道地震响应分析∗

朱辉1， 严松宏1，2， 孙纬宇1，2， 欧尔峰1，2， 林峻岑1， 汪精河1

（1.兰州交通大学土木工程学院 兰州，730070）（2.甘肃省道路桥梁与地下工程重点实验室 兰州，730070）

摘要 浅埋偏压隧道上覆岩土体薄弱，承受荷载不对称，在地震作用下的动力稳定性较差且易发生灾害。为研究其在地震作用下的动力响应特征，首先，基于波动理论将地震波转换为黏弹性人工边界上的等效节点荷载，建立了SV波斜入射时的荷载计算公式；其次，在ANSYS中编制APDL程序实现了黏弹性人工边界的自动生成和地震荷载的自动输入；最后，基于该输入方法，研究了某浅埋偏压双洞隧道在不同洞距时衬砌主应力的分布规律。结果表明：地震波斜入射时两隧道衬砌应力均为不对称的X型分布，随着洞距的增大，深埋侧隧道应力分布逐渐趋于对称，浅埋侧隧道应力分布无明显变化；当洞距达到4D（D为最大洞径）后，浅埋侧隧道对深埋侧隧道的影响可以忽略。因此，认为地震波斜入射时浅埋偏压双隧道的合理洞距为4D。

关键词 偏压隧道；地震波斜入射；合理洞距；地震响应中图分类号 TU435；U25

引 言

与地上结构相比，地下结构由于受到周围岩土体的约束，一般认为其抗震性能相对较好，因此地下结构的抗震问题常被忽略。如果遭遇强震，大量的地下结构会产生不同程度的破坏甚至倒塌，如日本阪神地震中灾区内10%的隧道受到严重破坏［1］、我国台湾集集地震中约49座隧道发生破坏［2］、汶川地震中约100多座隧道受损［3］，因此隧道等地下结构的抗震问题需被重视。在地下结构抗震问题的研究中，通常认为地震波的传播方向为垂直方向。对于深源地震或土体等介质，这种说法是正确的。对于浅源地震或岩体等介质，由于震源较近或介质的材料刚度较大，地震波在传播过程中角度改变相对较慢。对于地下结构来说地震波是以一定的角度倾斜入射，而倾斜入射引起的非一致变形会对地震响应规律产生重要的影响。目前，隧道等地下结构的抗震问题研究取得了许多成果。文献［4⁃5］对SV波、P波入射下浅埋双洞隧道的衬砌应力响应规律。杜修力等［6］对SH波入射时断层隧道的动力响应特征。李林等［7］基于振动台模型试验对隧道洞口段的地震响应特征。白哲等［8］对地震力作用下偏压隧道围岩压力的解析解分别进行了研究。以上研究均假设地震波是垂直或水平入射，未考虑地震波倾斜入射的情况。在地震波倾斜入射的研究方面，孙纬宇等［9］对SV斜入射时近接双洞隧道的

地震响应特征。文献［10⁃12］对地震波斜入射时浅埋

偏压单洞隧道的地震响应特征。周晓洁等［13］对地震

波斜入射时沉管隧道的地震响应特征。杜修力等［14］

对SV波斜入射时岩体隧道洞身段的地震响应特征

分别进行了研究。以上研究都是基于均压隧道或偏

压单洞隧道的斜入射，而在我国西部地区由于地形

条件的限制，在实际工程中会有偏压双洞隧道的存

在，其在地震波斜入射时的动力响应也应予以重视。

笔者采用将地震波转化为黏弹性人工边界上等

效节点荷载的地震动输入方法，在有限元软件AN⁃SYS中编制APDL程序，实现黏弹性人工边界的自

动生成和等效节点荷载的自动输入，并基于该程序

研究了地震波倾斜入射时不同洞距对浅埋偏压双洞

隧道地震响应特征的影响。

1 地震波斜入射方法

1.1　黏弹性人工边界

在研究地震作用下土⁃结构之间相互作用的问

题时，选择能够真实模拟无限域地基特性且与地震

动输入方式相匹配的人工边界，是正确反映土⁃结构

整体动力特性的关键。DOI:10.16450/j.cnki.issn.1004⁃6801.2024.02.008

∗ 国家自然科学基金资助项目 （52068044，52168058，52208392）；甘肃省自然科学基金资助项目 （21JR7RA309）；甘肃省道路桥梁与地下工程重点实验室开放基金资助项目（GSDQ⁃KF2020⁃5）；中国博士后科学基金资助项目（2021M693843）收稿日期：2022⁃01⁃20；修回日期：

2022⁃05⁃25振 动、 测试与诊断第 44 卷

目前，常用的人工边界主要有黏性边界［15］、透射

边界［16］及黏弹性边界［17⁃18］等。其中，黏弹性人工边

界克服了黏性边界低频漂移和透射边界高频失稳的

缺点，具有良好的低频和高频稳定性，同时还可以模

拟半无限地基的弹性恢复性能，是被广泛使用的一

种人工边界。在大型通用有限元软件ANSYS中，

黏弹性人工边界可采用具有弹簧和阻尼原件的COMBIN14单元模拟，其主要参数为

ìíîKn=αnG/RCn=ρCp（1）

ìíîKt=αtG/RCt=ρCs（2）

其中：Kn，Kt分别为法向和切向弹簧刚度系数；Cn，Ct分别为法向和切向阻尼系数；αn，αt分别为法向和

切向人工边界修正系数，其值按文献［18］分别取1.0

和0.5；ρ为介质密度；G为剪切模量；R为波源到人

工边界的距离；Cp，Cs分别为压缩波速和剪切波速。

1.2　人工边界等效节点荷载　

为更加便捷地在有限元软件中模拟地震动对结

构的作用过程，采用文献［19］提出的波场分解技术，

将总波场分解为内行场和外行场，从而减少地震动

输入的工作量。内行场是指从无限域通过人工边界

进入有限域的波场，外行场是指从有限域通过人工

边界进入无限域的波场。其中，内行场需要将其转

化为人工边界节点上的等效荷载来输入到有限元模

型，而外行场可直接由黏弹性人工边界来模拟。

图1为SV波斜入射时自由场输入模型。图中

一平面SV波与垂直方向成θ角度倾斜入射。对于

左侧边界，内行场由入射角为θ的SV波、反射角为θ

的SV波和反射角为β的P波叠加而成，其中反射角β可根据半空间表面反射规律确定；对于底边界，内

行场仅由入射角为θ的SV波组成；对于右侧边界，

在地震波斜入射时只有外行场而无内行场，故无需

输入等效荷载。

设作用在人工边界上的等效节点荷载为Fb， 则

其荷载分量分别如下。

对于左侧人工边界ìíîï

ïF-xbx(t)=[]Knu-xbx(t)+Cnu-xbx(t)-σxAbF-xby(t)=[]Ktu-xby(t)+Ctu-xby(t)-τxyAb （3）

对于底边人工边界ìíîï

ïF-ybx(t)=[]Ktu-ybx(t)+Ctu-ybx(t)-τyxAbF-yby(t)=[]Knu-yby(t)+Cnu-yby(t)-σyAb （4）其中：上标表示节点b所在边界的外法线方向；下标

表示节点b的荷载分量方向；与坐标轴方向相同

为+，与坐标轴方向相反为-；Ab为节点b所影响的

面积，在ANSYS中可用ARNODE函数提取。

因此，在求解边界上某一节点的等效荷载时，只需

求解其自由场位移、自由场速度和自由场应力即可。

1.3　边界等效节点荷载求解

SV波斜入射时，u(t)=u0(t)，对于左边界，根

据波动理论，各分量的求解如下。

位移场为ì

í

îïïïï

ïïïïu-xbx(t)=u0(t-Δt1)cosθ-A1u0(t-Δt2)cosθ+ A2u0(t-Δt3)sinβ

u-xby(t)=-u0(t-Δt1)sinθ-A1u0(t-Δt2)sinθ-

A2u0(t-Δt3)cosβ

（5）

速度场为ì

í

îïïïï

ïïïïu-xbx(t)=u0(t-Δt1)cosθ-A1u0(t-Δt2)cosθ+ A2u0(t-Δt3)sinβ

u-xby(t)=-u0(t-Δt1)sinθ-A1u0(t-Δt2)sinθ-

A2u0(t-Δt3)cosβ

（6）

应力张量为ì

í

îï

ïïïïïïï

ïïïïïï

ïïσx=-ρCssin2θ[]u0(t-Δt1)-A1u0(t-Δt2)- λ+2Gsin2βCpA2u0(t-Δt3)

τxy=-ρCscos2θ[]u0(t-Δt1)+A1u0(t-Δt2)+ Gsin2βCpA2u0(t-Δt3)

（7）

对于底边界，各分量的求解如下。

位移场为图1　SV波斜入射时自由场输入模型Fig.1　Free-field input model under obliquely incident SV waves260第 2 期朱 辉，等：地震波斜入射下浅埋偏压双隧道地震响应分析

ìíîu-ybx(t)=u0(t-Δt4)cosθu-yby(t)=-u0(t-Δt4)sinθ（8）

速度场为ìíîu-ybx(t)=u0(t-Δt4)cosθu-yby(t)=-u0(t-Δt4)sinθ（9）

应力张量为ìíîτyx=-ρCscos(2θ) u0(t-Δt4)

σy=ρCssin(2θ) u0(t-Δt4)（10）

其中：Δt1~Δt4分别为左边界入射SV波、反射SV波、反射P波和底边界入射SV波的延迟时间；A1，A2分别为反射SV波、反射P波与入射SV波的幅值比；λ为拉梅常数；G为动剪切模量。相关参数可由式（11）进行计算ì

í

îï

ïïïï

ïï

ï

ïï

ïï

ïïïïïïï

ïï

ïïβ=arcsin(Cpsinθ/Cs)

A1=Cs2sin2θ sin2β-Cp2cos22θCs2sin2θ sin2β+Cp2cos22θ

A2=2CsCpsin2θ cos2θCs2sin2θ sin2β+Cp2cos22θ

Δt1=ycosθ/CsΔt2=()2H-ycosθ/Cs

Δt3=H-yCpcosβ+[]H-()H-ytanθtanβcosθ

CsΔt4=xsinθ/Cs（11）其中：反射P波的反射角β要小于90°；入射角θ要小

于其临界值，即θ<[θ]=arcsin(Cs/Cp)。

将式（5）~（10）分别代入式（3）~（4）中，即可得各边界的等效节点荷载。按照上述步骤，通过AN⁃SYS软件编制APDL程序即可实现黏弹性人工边

界的自动生成和等效节点荷载的自动加载，完成有限元模型上地震动的输入。

2 地震动输入方法验证

为验证所编制地震动输入程序的正确性和有效性，从无限域地基中截取1 800 m × 600 m的有限区域作为图2所示的弹性半空间有限元模型。模型上边界为自由地表面，左、右边界和底边界分

别建立黏弹性人工边界。模型的主要参数如下：弹

性模量E=1.25 GPa；泊松比μ=0.3；介质密度ρ=2 000 kg/m³。在上边界中点处设置一监测点A。

计算得到地震波速分别为：Cs=500 m/s；Cp=

866 m/s。取一与竖直方向成20° 夹角的SV波从左

下角倾斜入射，入射波位移时程曲线如图3所示。

入射波位移表达式为ì

í

îïïïï

ïïïu(t)=16[G(τ)-4G()τ-0.25+6G()τ-0.5-

]4G()τ-0.75+G(τ-1)

G(τ)=τ3H(τ) τ=t/T

（12）

其中：T=0.5s，为荷载持时；H(τ)为Heaviside

函数。

图4为SV波以20°倾斜入射时半空间位移场云

图。图中为当t=1.98 s和t=2.53 s时，入射SV波

到达地表后发生反射，产生反射SV波和反射P波的

传播过程及其在半空间的叠加情况。

图5为监测点A的位移时程曲线。可以看出，

监测点A处的理论解和计算解基本吻合，验证了本

研究所采用的方法和程序的正确性。图3　入射波位移时程曲线Fig.3　Displacement-time history curve of incident wave

图4　SV波以20° 倾斜入射时半空间位移场云图Fig.4　Displacement contour of the semi-infinite space under

SV waves with 20° incident angle图2　弹性半空间有限元模型Fig.2　Finite element model of elastic half space261

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地震波斜入射条件下重力坝动力响应分析

地震波斜入射条件下重力坝动力响应分析

地震波斜入射条件下重力坝动力响应分析

苑举卫;杜成斌;刘志明

【期刊名称】《振动与冲击》

【年(卷),期】2011(030)007

【摘 要】为建立反映设计地震动的斜入射波场,将地表地震动时程分量分解为斜入射的平面SV波和平面P波,使其共同作用下在地表产生与设计地震动分量相同的响应,而其他方向响应为0,根据固体介质中波的传播理论,推导了斜入射波入射角度之间的关系,以及幅值与设计地震动分量的联系,通过采用平面波和远场散射波混合透射的应力人工边界条件,得到了反映设计地震动的地震波斜入射条件下的解析方式,以此为基础建立了时域计算分析模型.将该方法应用于某重力坝-地基动力相互作用分析,在不同地基刚度下与垂直入射的情况进行了比较,计算结果表明:地震波斜入射时对重力坝结构有明显的影响,尤其是坝-基交界面上,结构的动力响应要大于地震波垂直入射时结构的动力响应.该方法在均匀地基假设下构造了反映地表设计地震动特征的斜入射波系,斜入射波系在地表的响应具有非一致特征,同时该方法考虑了地基的辐射阻尼,可用于重大工程在地震动非一致输入下的动力响应分析.

【总页数】7页(P120-126)

【作 者】苑举卫;杜成斌;刘志明

【作者单位】河海大学工程力学系,南京210098;江苏鸿基科技有限公司,南京210008;河海大学工程力学系,南京210098;河海大学工程力学系,南京210098

【正文语种】中 文 【中图分类】TV642

【相关文献】

1.地震波斜入射下复杂地质中隧道动力响应分析 [J], 郜新军

2.考虑地震波斜入射下地铁车站动力响应分析 [J], 刘勇;郜新军;栾宁

3.考虑地震波斜入射下地铁车站动力响应分析 [J], 刘勇;郜新军;栾宁;

4.平面SV波斜入射下重力坝动力响应分析 [J], 孙奔博;胡良明;李仟

5.地震波斜入射下重力坝的动响应分析 [J], 朱代富;张继勋;任旭华

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隧道地震响应影响因素分析

隧道地震响应影响因素分析

水利水电技术第４５卷２０１４年第ｌ期　隧道地震响应影响因素分析　陈庆，杨文喜，朱　（西北核技术研究所，　丹，王春艳，陈建华　陕西西安７１００２４）　摘要：应用有限差分软件ＦＬＡＣ如分析了隧道断面形状、围岩类别、入射波方向及地震加速度水平　四类因素对隧道地震响应的影响。综合考虑围岩位移、塑性区范围、应力场分布、剪应变增量等指　标，得出圆形及改进直墙拱形等光滑过渡的断面形式对隧道抗震稳定性较为有利；随着围岩强度的降　低及破碎程度的增加，隧道在地震响应作用下将越来越不稳定；横向地震波主要影响隧道在地震荷载　下最不利的受力位置，竖直向地震波则引起围岩中应力的增大等。　关键词：隧道；地震响应；影响因素；地震加速度　中图分类号：ＴＶ３１２　文献标识码：Ａ　文章编号：１０００－０８６０（２０１４）０１—００６０・０６　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｎ　ｉｍｐａｃｔ　ｆａｃｔｏｒｓ　ｏｎ　ｓｅｉｓｍｉｃ　ｒｅｓｐｏｎｓｅｓ　ｏｆ　ｔｕｎｎｅｌ　ＣＨＥＮ　Ｑｉｎｇ，ＹＡＮＧ　Ｗｅｎｘｉ，ＺＨＵ　Ｄａｎ，ＷＡＮＧ　Ｃｈｕｎｙａｎ，ＣＨＥＮ　Ｊｉａｎｈｕａ　（Ｎｏｒｔｈｗｅｓｔ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｎｕｃｌｅａｒ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｘｉ’ａｎ　７１００２４，Ｓｈａａｎｘｉ，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｆｉｎｉｔｅ—ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ　ｐｒｏｇｒａｍ　ＦＬＡＣ　，ｔｈｅ　ｆｏｕｒ　ｆａｃｔｏｒｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｉｍｐａｃｔｓ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｓｅｉｓｍｉｃ　ｒｅｓｐｏｎｓｅｓ　ｏｆ　ｔｕｎｎｅｌ，ｉ．ｅ．ｔｈｅ　ｓｅｃｔｉｏｎ　ｓｈａｐｅ，ｃａｔｅｇｏｒｙ　ｏｆ　ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ　ｒｏｃｋ，ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｉｎｃｉｄｅｎｔ　ｗａｖｅ　ａｎｄ　ｓｅｉｓｍｉｃ　ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ，ａｒｅ　ａｒｉａ—　ｌｙｚｅｄ　ｈｅｒｅｉｎ．Ｕｎｄｅｒ　ｔｈｅ　ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ　ｃｏｎｓｉｄｅｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｉｎｄｅｘｅｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ，ａｒｅａ　ｏｆ　ｐｌａｓｔｉｃ　ｚｏｎｅ，ｓｔｒｅｓｓ　ｆｉｅｌｄ　ｄｉｓｔｉｌ—　ｂｕｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｓｈｅａｒ　ｓｔｒａｉｎ　ｉｎｃｒｅｍｅｎｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ　ｒｏｃｋ．ｉｔ　ｉｓ　ｋｎｏｗｎ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｓｍｏｏｔｈ．ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ　ｓｅｃｔｉｏｎ　ｓｈａｐｅｓ　ｓｕｃｈ　ａｓ　ｃｉｒｃｕｌａｒ　ｗａｌｌ，ｍｏｄｉｆｉｅｄ　ｓｔｒａｉｇｈｔ　ｗａｌｌ，ｅｔｃ．ａｒｅ　ｆａｖｏｒａｂｌｅ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｓｅｉｓｍｉｃ　ｓｔａｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ｔｕｎｎｅ１．Ａｌｏｎｇ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｄｅｃｒｅａｓｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｔｒｅｎｇｔｈ　ａｎｄ　ｉｎ—　ｃｒｅａｓｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｂｒｏｋｅｎ　ｇｒａｄｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ　ｒｏｃｋ，ｔｈｅ　ｔｕｎｎｅｌ　ｉｓ　ｔｏ　ｂｅ　ｍｏｒｅ　ａｎｄ　ｍｏｒｅ　ｕｎｓｔａｂｌｅ；ｆｏｒ　ｗｈｉｃｈ　ｔｈｅ　ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ　ｓｅｉｓｍｉｃ　ｗａｖｅ　ｉｓ　ｍａｉｎｌｙ　ｔｏ　ｉｍｐａｃｔ　ｔｈｅ　ｍｏｓｔ　ｕｎｆａｖｏｒａｂｌｅ　ｓｔｒｅｓｓ　ｐｏｓｉｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｔｕｎｎｅ１．ｗｈｉｌｅ　ｔｈｅ　ｖｅｒｔｉｃａｌ　ｓｅｉｓｍｉｃ　ｗａｖｅ　ｉｓ　ｔｏ　ｃａｕｓｅ　ｔｈｅ　ｉｎ・　ｃｒｅａｓｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｔｒｅｓｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ　ｒｏｃｋ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｔｕｎｎｅ１．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｔｕｎｎｅｌ；ｓｅｉｓｍｉｃ　ｒｅｓｐｏｎｓｅｓ；ｉｎｆｌｕｅｎｃｉｎｇ　ｆａｃｔｏｒ；ｓｅｉｓｍｉｃ　ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ　１　引言　隧道工程是一项关系到国计民生的生命线工程，维　护隧道工程的稳定运行也是学者们一直努力追求的目　标。之前，不少人认为隧道结构由于受土体约束作用，　可以忽略地震对隧道的破坏作用，然而事实证明：最近　二三十年内，世界上发生的大地震都在某种程度上对隧　道工程产生了破坏作用，如１９９５年的日本阪神地震…、　１９９９年的台湾集集地震　以及２００８年的汶川地震　等。　可见，研究隧道工程的地震响应规律意义深远。　主要集中在以下４个方面¨　Ｊ：（１）由断层引起的　地层错动和位移，致使隧道结构遭受剪切破坏；　（２）隧道洞口段的浅埋处因边坡失稳而导致洞口结　构的破坏；（３）由地震引起的隧道周边岩体（或土　体）振动并传递到隧道结构上，使隧道结构产生相　应的应力和变形，导致衬砌开裂，脱落以及围岩的　片帮底鼓等；（４）因支护结构本身设计、施工不合　理（如未进行抗震设计、结构断面形式不合理、未　按规范施工等）而使隧道结构在地震力作用下产生　破坏。　２隧道震害及其影响因素　收稿日期：　总结诸多隧道震害实例，关于隧道的震害表现　作者简介：　６ｏ　２０１３．０４—０１　陈庆（１９８２一），男，浙江常山人，工程师，硕士。　ＷａｔｅｒＲｅｓｏｕｒｃｅｓ　ａｎｄＨｙｄｗｐｏｗｅｒＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｖｏ１．４５　Ｎｏ．

地震波输入方向对曲线隧道地震响应的影响分析

地震波输入方向对曲线隧道地震响应的影响分析

２０１３年第８期　铁道建筑　Ｒａｉｌｗａｙ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　６５　文章编号：１００３－１９９５（２０１３）０８．００６５．０３　地震波输入方向对曲线隧道地震响应的影响分析　周彦良，戴　俊，张晓君　（西安科技大学建筑与土木工程学院，陕西西安７１００５４）　摘要：采用ＭＩＤＡＳ／ＧＴＳ软件，结合某地铁工程建立三维整体式曲线隧道分析模型，研究曲线隧道在不　同地震波输入方向下不同断面的拱顶位移、内力和最大主应力变化规律。研究结果表明：横向和纵向地　震作用方向均是影响隧道结构安全性能的不利作用方向，抗震分析应同时考虑这两个地震作用方向；隧　道曲线段与直线段的结合部位以及隧道洞口是曲线隧道抗震分析的重点部位。　关键词：地震波输入方向　曲线隧道地震响应　中图分类号：Ｕ４５２．２　８文献标识码：Ａ　ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００３．１９９５．２０１３．０８．２１　随着我国城市地铁的快速发展，为了满足地铁隧　道的使用功能，受场地及工程地质条件的影响，出现了　很多曲线隧道¨。　。隧道结构一般被考虑为抗震结　构，但１９９５年日本阪神地震造成了大量地铁结构震　害　，２００８年我国汶川地震也造成了一些隧道结构被　震坏　，这表明在地震作用下地下结构的安全性仍　待研究。目前国内外相关研究人员对直线隧道进行　了隧道抗震研究　，但并没有形成系统的隧道抗震　设计规范条文，对曲线隧道的抗震研究仍处于探索　阶段。　地震波入射方向的变化对直线隧道的振动形态有　较大影响，不同的地震波作用方向对隧道结构安全性　能的影响是不同的　。对于曲线隧道在不同地震作　用方向下的地震响应特性，目前还没有相关研究。本　文应用ＭＩＤＡＳ／ＧＴＳ软件，结合某地铁工程建立曲线　隧道三维有限元分析模型，进行不同地震波输入方向　对曲线隧道地震响应影响的分析。　１模型的建立　某地铁曲线隧道，曲线段转弯角度约为９０。，曲线　半径为２５０　１ＴＩ，曲线段长度约为３０２　Ｉｎ，其中直线引入　段长度约为５０　Ｉｎ（包括缓和曲线）。隧道场地条件为　Ⅱ级，抗震设防烈度为８度，设计基本地震加速度值为　０．２ｇ，特征周期为０．３５　ｓ。区间隧道采用盾构法施工，　管片拼接式衬砌，管片厚度为０．３　ｍ。隧道埋深２０　ｍ，　收稿日期：２０１２—１２－０８；修回日期：２０１３—０４－２０　作者简介：周彦良（１９８９一），男，河南南阳人，硕士研究生。　衬砌外径６　ｍ。为保证曲线隧道结构各点距模型边界　的距离大于３～５倍结构尺寸，模型尺寸取为３６０　ｍ×　３６０　１ＴＩ×８０　ｍ。为了便于分析，围岩假定为均一介质。　围岩采用８节点实体单元，衬砌结构采用板单元　模拟。围岩材料采用弹塑性Ｄ—Ｐ屈服及破坏准则，衬　砌材料模型选择为线弹性模型。模型单元网格划分及　监测断面位置如图１所示。　围岩土体及支护材料参数见表１。　

软硬相间地基中地铁隧道P波斜入射下的动力响应

软硬相间地基中地铁隧道P波斜入射下的动力响应

软硬相间地基中地铁隧道P波斜入射下的动力响应

郜新军;郭院成;王利敏

【期刊名称】《中国科技论文》

【年(卷),期】2015(000)019

【摘 要】以地处软硬相间地基中的地铁隧道为研究对象，采用地震动力仿真模拟方法，建立了能同时考虑多点激励、土-结构动力相互作用的地基-隧道的整体计算模型，系统分析了地震 P 波斜入射作用下穿越软硬相间地基中地铁隧道的动力响应规律。结果表明：地震波的入射角度对隧道的响应影响较大，传统的考虑地震波垂直入射的输入方法显现出一定的不安全性；软土区宽度的增加导致隧道的动力响应有明显的加强，对结构抗震不利；隧道衬砌混凝土等级的提高将使隧道结构的位移及加速度有所减小，但是弯矩增大明显，因此通过增大衬砌混凝土的等级提高隧道结构的抗震性效果并不好，反而使衬砌结构的受力变大。%The subway tunnel

in a site interbedded with soft and hard soil was evaluated in this study by

using seismic response simulation.A three-dimensional finite element

model of subway tunnel and the site interbedded by soft and hard soil

under oblique incidence of P wave was created,in which the soil-structure

dynamic interaction and multi-point excitation were simultaneously

considered.And the dynamic response of the subway tunnel were

calculated and systematically analyzed.The results showed that seismic