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地震作用下邻近地裂缝带地铁隧道工程场地地表沉降研究

陈星 黄强兵 刘妮娜 赵腾

陈星, 黄强兵, 刘妮娜, 等, 2018. 地震作用下邻近地裂缝带地铁隧道工程场地地表沉降研究. 地质力学学报, 24 (5): 714-722. DOI: 10.12090/j.issn.1006-6616.2018.24.05.073
引用本文: 陈星, 黄强兵, 刘妮娜, 等, 2018. 地震作用下邻近地裂缝带地铁隧道工程场地地表沉降研究. 地质力学学报, 24 (5): 714-722. DOI: 10.12090/j.issn.1006-6616.2018.24.05.073
CHEN Xing, HUANG Qiangbing, LIU Nina, et al., 2018. STUDY ON GROUND SETTLEMENT OF ENGINEERING SITE OF METRO TUNNEL ADJACENT TO GROUND FISSURE ZONE UNDER THE ACTION OF EARTHQUAKE. Journal of Geomechanics, 24 (5): 714-722. DOI: 10.12090/j.issn.1006-6616.2018.24.05.073
Citation: CHEN Xing, HUANG Qiangbing, LIU Nina, et al., 2018. STUDY ON GROUND SETTLEMENT OF ENGINEERING SITE OF METRO TUNNEL ADJACENT TO GROUND FISSURE ZONE UNDER THE ACTION OF EARTHQUAKE. Journal of Geomechanics, 24 (5): 714-722. DOI: 10.12090/j.issn.1006-6616.2018.24.05.073

地震作用下邻近地裂缝带地铁隧道工程场地地表沉降研究

doi: 10.12090/j.issn.1006-6616.2018.24.05.073
基金项目: 

国家自然科学基金项目 41502277

国家自然科学基金项目 41772274

中央高校基本科研开放项目 300102268502

详细信息
    作者简介:

    陈星(1996-), 男, 在读硕士, 主要从事地质工程、城市地下空间建设和城市轨道交通建设等方面研究。E-mail:2016126100@chd.edu.cn

    通讯作者:

    黄强兵(1972-), 男, 博士、教授, 主要从事地质工程、岩土及地下工程等方面的教学与研究工作。E-mail:dcdgx24@chd.edu.cn

  • 中图分类号: P642.27

STUDY ON GROUND SETTLEMENT OF ENGINEERING SITE OF METRO TUNNEL ADJACENT TO GROUND FISSURE ZONE UNDER THE ACTION OF EARTHQUAKE

  • 摘要: 为了探讨地震和地裂缝耦合作用下位于地裂缝上盘的地铁隧道顶部地表沉降规律及其对附近建筑物的影响,以邻近穿越地裂缝场地的西安地铁3号线为工程背景,利用FLAC3D有限差分软件,结合理论分析,对西安人工地震波、El Centro波和Kobe波三种不同地震波作用下邻近地裂缝带地铁隧道建设场地地表沉降问题进行了研究。结果表明:地震作用下,隧道顶部一定范围内的地层沉降量显著大于其周围地层,形成宽度约9~16 m的沉降凹槽;El Centro波作用下沉降凹槽的宽度最大,约15.9 m,超越概率为10%的西安人工合成地震波次之,约11.6 m,而Kobe波作用下沉降凹槽的宽度最小,约9.5 m;隧道上覆地层沉降凹槽的沉降规律符合peck公式;隧道顶部约20 m范围内场地地表受地震和地裂缝耦合作用影响最强烈,沉降最大。

     

  • 图  1  西安市地裂缝分布图

    Figure  1.  Distribution map of ground fissures in Xi' an

    图  2  数值计算模型示意图

    Figure  2.  Schematic diagram of numerical simulation calculation model

    图  3  超越概率为10%的西安人工地震波校正前后对比图

    Figure  3.  Comparison of artificial seismic wave before and after correction in Xi' an with a 10% exceeding probability

    图  4  校正后的地震波速度时程曲线

    Figure  4.  Corrected time-history curves of seismic wave velocity

    图  5  地表位移测点布置图(单位/m)

    Figure  5.  Layout of surface displacement monitoring points(unit/m)

    图  6  不同地震波作用下模型地层最终竖向位移云图

    Figure  6.  The ultimate vertical displacement contour map of the model strata under the action of different earthquake waves

    图  7  不同地震波作用下地表最终竖向位移变化曲线

    Figure  7.  The ultimate vertical displacement variation curves of the ground surface under different seismic waves

    图  8  Peck公式地表横向沉降槽示意图

    Figure  8.  Schematic diagram of the transverse settlement groove on the ground surface of the Peck formula

    图  9  GaussAmp曲线的示意图

    Figure  9.  Schematic diagram of the GaussAmp curve

    图  10  不同地震波作用下最终时刻隧道上方地表沉降凹槽的拟合曲线

    Figure  10.  Fitting curves of ground settlement groove at the top of the tunnel at the final time under different seismic waves

    表  1  模型计算参数

    Table  1.   Calculation Parameters of the model

    地层名称 重度γ/(kN/m3) 弹性模量E/MPa 泊松比ν 粘聚力c/kPa 内摩擦角φ/(°) 层底埋深/m 厚度/m
    ①杂填土 17.3 1.20 0.35 16 8 1.7 1.7
    ②黄土 17.5 1.15 0.35 22 12 4.6 2.9
    ③黄土 17.5 1.37 0.30 20 10 13 8.4
    ④古土壤 18.6 1.97 0.30 20 8 16.4 3.4
    ⑤黄土 19.2 1.98 0.30 30 7 20 3.6
    ⑥粉质黏土 19.2 1.98 0.30 30 7 50 30
    地裂缝 c=12 kPa, φ=20°
    隧道衬砌 E=30 GPa,ν=0.3,d=0.6 m,γ=25 kN/m3
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    表  2  数值模拟计算工况

    Table  2.   Working condition calculated by numerical simulation

    工况编号 输入地震波 峰值加速度/(m/s2) 持续时间/s
    1 超越概率为10%的西安人工地震波 1.91 33.28
    2 峰值加速度为0.2 g的El Centro地震波 2.00 34.98
    3 峰值加速度为0.2 g的Kobe地震波 2.00 24.98
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    表  3  GaussAmp函数拟合结果

    Table  3.   The fitting results of the GaussAmp function

    工况 y0 xc w A R2
    西安10%人工波 -14.583 -0.2463 4.89349 -28.372 0.99745
    El Centro波 -18.354 1.0809 4.86339 -14.819 0.98593
    Kobe波 -7.3670 0.8780 4.68949 -17.174 0.96985
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出版历程
  • 收稿日期:  2018-05-30
  • 修回日期:  2018-08-09
  • 刊出日期:  2018-10-01

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