岩土与隧道工程介绍

1、会计学1岩土与隧道工程介绍岩土与隧道工程介绍 Dowding C. H. 统计了美国加州、阿拉斯加州以及日本等71座岩石地基上由于地震波动产生的隧洞震害事例。洞径大部分D36m；地震震级M=5.88.3。阪神地震中高速地铁车站震害唐山地震中地下巷道震害 地下结构受周围岩土介质的约束，其地震响应特点和地面结构有明显差别。输入(地震波)K、 C、 M输出(结构响应) 如以入射地震波作为输入，结构响应作为输出的话，则地面结构犹如一个强滤波系统，随着结构刚度、阻尼和质量惯性分布的变化，输出的结构响应的频率成分和振动的持续时间与入射地震波相比，都将发生很大的改变。地下结构则不同，由于约束作用，只要地下结

2、构的尺寸与地震波长相比较小的话，响应波形与入射地震波形相比，将不发生明显变化。地下结构对地震波场扰动的影响很小。地下结构地震响应的基本方程gbgbbtbtigbbbbbiibiitbtibbbiibiitbtibbiiUSUUSKKKKUUCCCCUUMM0 )(gbgbbtgbbbUSUSK)(fbfbbtebbfbbbUSUSSKgbgbbtbtigbbbbbiibiiUSUUSKKKK0简写为 地下结构抗震分析的关键是求解半无限空间地基介质的动力阻抗矩阵 或 (是激励频率的函数)以及地下结构地震动输入 。 或 为动力刚度，含刚度和阻尼的影响，一般为复值，而且是频率的函数。 工程设计上常常

3、采用简化的方法。gbbSfbbSfbUgbbSfbbS 对盾构隧道介绍日本早稻田大学小泉淳教授所发展的村上小泉模型。 环与环、管片与管片之间的相互连接的模拟。 管片与管片之间主要采用回转弹簧(弹簧刚度相当于刚性连接，弹簧刚度等于零相当于铰接)，抵抗相对转动； 环与环之间主要采用剪切弹簧，抵抗相对错动； 周围土体抗力地基弹簧(横向)、支点弹簧(轴向)。法线方向的地基弹簧Kgr切线方向的地基弹簧Kgt环间切线弹簧Kt环间法线弹簧Kr回转地基弹簧K梁一次衬砌（管片） 法线方向的地基弹簧Kgr切线方向的地基弹簧Kgt环间切线弹簧Kt环间法线弹簧Kr回转地基弹簧K多层衬砌间的法线方向的弹簧Ky二次衬砌多

4、层衬砌间的切线方向的弹簧Kx一次衬砌（管片）有二次衬砌的计算模型 结构计算模型化 No 结构单元 计算模型 1 一次衬砌（管片） 二次衬砌 曲线梁，直线梁 2 管片接头 法线，切线，回转弹簧 3 环向接头 法线，切线弹簧 4 一衬，二衬间接头 法线，切线弹簧 5 地基弹簧 法线，切线弹簧（局部坐标系） X 方向，Y 方向弹簧（全局坐标系） 6 支点弹簧 法线，切线，回转弹簧（局部坐标系） X 方向，Y 方向，方向弹簧（全局坐标系） 单环实验三环错缝拼装实验盾构隧道设计规范（日本）70030014010060100900332=96橡胶环多地层（硅胶）一次衬砌t=4整缝拼装二次衬砌t=4隔离层错

5、位拼装Unit:mm振动实验模型 地基模型隧道埋设后的模型 慣性力 周面断力地盤変位地盤使用梁弹簧模型（村上小泉法）的 SDM 计算模型 地基变形 剪切力 地基弹簧 Seismic Deformation Method3.02.01.00-1.0-2.0弯矩N m -300-200-1000100200实验值梁弹簧模型接头位置轴力N 3.62.41.20-1.2-2.4弯矩N m -450-300-1500150300实验值梁弹簧模型接头位置轴力N 整缝拼装 错缝拼装 4503001500-150-300实验值无接头实验值 整缝拼装实验值错缝拼装动FEM无接头动FEM整缝拼装梁弹簧模型无接头梁

6、弹簧模型整缝拼装梁弹簧模型错缝拼装接头位置N轴力 3.62.41.20-1.2-2.4实验值无接头实验值 整缝拼装实验值错缝拼装动FEM无接头动FEM整缝拼装梁弹簧模型无接头梁弹簧模型整缝拼装梁弹簧模型错缝拼装接头位置Nm弯矩 0.90.60.30-0.3-0.6弯矩N m-300-200-1000100200实验值动FEM接头位置轴力N一次衬砌0.90.60.30-0.3-0.6弯矩N m-300-200-1000100200实验值动FEM接头位置轴力N二次衬砌EL CENTRO整缝拼装 0.450.300.150-0.15-0.300.450.300.150-0.15-0.30弯矩N m-

7、75-50-2502550实验值动FEM接头位置轴力N-75-50-2502550实验值动FEM接头位置轴力N整缝拼装神户弯矩N m一次衬砌二次衬砌 -0.4-0.200.20.400.511.52弯矩(N）实验值计算值时间(s)-0.4-0.200.20.400.511.52弯矩（N）実験値解析値時間(s)ELCENTRO二次覆工ELCENTRO一次衬砌ELCENTRO二次衬砌 -100-5005010000.511.52轴力(N）実験値解析値時間(s)-100-5005010000.511.52轴力（N）実験値解析値時間(s)ELCENTRO一次衬砌ELCENTRO二次衬砌 一次衬砌，二次

8、衬砌gbbS 为时空耦合，同时为激励频率的函数。反映能量向无限域的扩散S。 周围岩土介质对地下结构的作用力频域：时域： )(uSR tdutStR0)( 研究者提出了大量的计算模型。 另一种处理办法是采用局部人工边界，进行时空解耦。也有许多研究者提出了相应的计算模型。局部人工边界 我们建议采用比例边界有限元方法 (SBFEM-Scaled Boundary Finite Element Method) 这种方法的特点是特别适宜于处理无限域问题，具有和边界元法同样的优点，但是不需要求基本解，可采用有限元的方法求解。同时，方法只需在边界上进行离散，可以将三维问题降阶为二维问题，二维问题降阶为一维问题，使计算工作量缩减。 SBFEM非常适合于求解竖井、弯段等复杂形状结构的地震响应。 o SBFEM具有比较高的计算精度。下面给出SV波水平入射时，孔洞周边变形与应力变化与解析解的比较。图中a0=r/cs 表示无量纲频率。谢谢!0.450.300.150-0.15-0.300.450.300.150-0.15-0.30弯矩N m-75-50-2502550实验值动FEM接头位置轴力N-75-50-2502550实验值动FEM接头位置轴力N整缝拼装神户弯矩N m一次衬砌二次衬砌 gb