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地裂缝场地地铁隧道地震动力响应的振动台试验研究

黄强兵,  高欢,  刘妮娜,  马玉杰

黄强兵, 高欢, 刘妮娜, 等, 2018. 地裂缝场地地铁隧道地震动力响应的振动台试验研究. 地质力学学报, 24 (6): 785-794. DOI: 10.12090/j.issn.1006-6616.2018.24.06.081
引用本文: 黄强兵, 高欢, 刘妮娜, 等, 2018. 地裂缝场地地铁隧道地震动力响应的振动台试验研究. 地质力学学报, 24 (6): 785-794. DOI: 10.12090/j.issn.1006-6616.2018.24.06.081
HUANG Qiangbing, GAO Huan, LIU Nina, et al., 2018. SHAKING TABLE MODEL TEST ON SEISMIC RESPONSE OF METRO TUNNEL CROSSING GROUND FISSURE SITE. Journal of Geomechanics, 24 (6): 785-794. DOI: 10.12090/j.issn.1006-6616.2018.24.06.081
Citation: HUANG Qiangbing, GAO Huan, LIU Nina, et al., 2018. SHAKING TABLE MODEL TEST ON SEISMIC RESPONSE OF METRO TUNNEL CROSSING GROUND FISSURE SITE. Journal of Geomechanics, 24 (6): 785-794. DOI: 10.12090/j.issn.1006-6616.2018.24.06.081

地裂缝场地地铁隧道地震动力响应的振动台试验研究

doi: 10.12090/j.issn.1006-6616.2018.24.06.081
基金项目: 

国家自然科学基金项目 41372328

国家自然科学基金项目 41772274

陕西省科技统筹创新工程计划课题 2011KTZB03-02-05

详细信息
    作者简介:

    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: U452.28;U231

SHAKING TABLE MODEL TEST ON SEISMIC RESPONSE OF METRO TUNNEL CROSSING GROUND FISSURE SITE

  • 摘要: 以西安轨道交通3号线地铁隧道近距离通过地裂缝场地为工程背景,采用几何比1:30的大型振动台模型试验,研究不同地震波作用下通过地裂缝带上盘场地地铁隧道的地震动力响应。试验结果表明:地裂缝场地上盘加速度响应表现出明显的放大效应;浅埋地铁隧道对地震波在土层中的传播具有一定阻碍作用,而隧道两侧拱腰位置围岩土层加速度放大效应最强;隧道特征部位PGA放大系数拱腰最大,拱底次之,拱顶最小,其中靠近地裂缝侧拱腰的PGA放大系数大于远离一侧;地裂缝附近动土压力增量明显增加,而靠近隧道附近,动土压力增量明显降低;地震作用下隧道通过地裂缝场地上下盘出现差异沉降,地表出现多条与地裂缝近似平行和正交的裂缝;隧道环向受剪切作用在靠近地裂缝一侧的拱肩部位环向应变最大,而隧道轴向受挤压作用在左右拱腰处应变出现最大值。研究结果可为地裂缝场地地铁隧道结构抗震设计与防灾减灾提供重要科学参考与借鉴。

     

  • 图  1  西安轨道交通3号线通过f7地裂缝场地平面示意图

    Figure  1.  Sketch map of Xi'an metro line 3 crossing the f7 ground fissure

    图  2  试验模型示意图

    Figure  2.  Diagrammatic drawing of model experiment

    图  3  模型隧道衬砌制作流程

    a—内模支架; b—编铝丝网; c—外模固定;d—浇筑石膏;e—拆除内模;f—拆除外模

    Figure  3.  The manufacturing procedure of the tunnel-liner in the model test

    图  4  模型试验测点布设示意图(单位:mm)

    Figure  4.  Diagrammatic sketch of points in the model test (unit: mm)

    图  5  不同地震幅值不同深度土层PGA放大规律

    Figure  5.  The PGA amplification patterns at different depths of the layer under different amplitudes

    图  6  不同地震幅值作用下地表PGA放大系数变化曲线

    Figure  6.  The change curves of the PGA amplification factors of the ground surface under different earthquake waves

    图  7  隧道拱腰位置土层PGA放大系数变化曲线

    Figure  7.  The change curves of PGA amplification factors of the soil at the tunnel hance under different earthquake waves

    图  8  隧道特征部位PGA响应规律

    Figure  8.  The PGA response regularity at characteristic parts of the tunnel

    图  9  不同埋深处动土压力增量变化曲线

    Figure  9.  Increment curves of dynamic soil pressure at different buried depths

    图  10  隧道衬砌与土层接触动土压力变化曲线

    Figure  10.  Change curves of contacting dynamic earth pressure between the tunnel lining and the soil

    图  11  地表沉降变形曲线

    Figure  11.  The deformation curves of the ground settlement

    图  12  地表变形破坏素描图

    Figure  12.  The sketch map of surface ruptures distribution

    图  13  隧道结构动应变雷达图(单位:με)

    Figure  13.  Dynamic strain radar map of the tunnel structure under different seismic waves (unit: με)

    表  1  模型相似常数

    Table  1.   Similar constants of the test model

    物理量 相似关系 相似比
    长度l Cl 1/30
    位移u Cu=Cl 1/30
    密度ρ Cρ 1
    弹性模量E CE 1/10
    应变ε Cε=1 1
    土体应力σ Cσ=CE 1/10
    泊松比μ Cμ=1 1
    加速度a Ca=CE(ClCρ)-1 3
    频率f Cf=(CE/Cρ)1/2Cl-1 5.196
        注:C为模型与原型之间物理量的相似比。
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    表  2  试验加载工况

    Table  2.   Loading conditions in the test

    试验内容 工况号 地震动强度/g 对应地震烈度 试验内容 工况号 地震动强度/g 对应地震烈度
    扫频试验1 B1 0.03 — — — — —
    E1 0.05 6度 E4 0.3 8度
    一级加载 X1 0.05 6度 四级加载 X4 0.3 8度
    K1 0.05 6度 K4 0.3 8度
    扫频试验2 B2 0.03 — 扫频试验5 B5 0.03 —
    E2 0.1 6度 E5 0.45 9度
    二级加载 X2 0.1 6度 五级加载 X5 0.45 9度
    K2 0.1 6度 K5 0.45 9度
    扫频试验3 B3 0.03 — 扫频试验6 B6 0.03 —
    E3 0.15 7度 E6 0.6 9度
    三级加载 X3 0.15 7度 六级加载 X6 0.6 9度
    K3 0.15 7度 K6 0.6 9度
    扫频试验4 B4 0.03 — 扫频试验6 B7 0.03 —
       注:E代表El-Centro波,X代表西安地震波,K代表Kobe波。
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出版历程
  • 收稿日期:  2018-03-15
  • 修回日期:  2018-09-21
  • 刊出日期:  2018-12-01

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