公路结构物桥梁抗震加固改造-路涵隧

2023/11/241公路结构物抗震加固改造2023/11/242目录第1章引言第2章挡土墙和支挡结构第3章边坡、路堤和落石防护第4章隧道第5章涵洞第6章路面

2023/11/243第1章引言

人们常常认为，决定公路体系地震性能的主要因素是公路桥梁的性能。这在很大程度上是因为这样的事实，某地的桥梁比其它类型的公路结构物或构件要多得多。桥梁的破坏通常比别的结构形式的破坏更容易被人觉察。然而，公路体系中的这些（除桥梁之外的）其它结构和组成部分对保证足够的体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挡墙或边坡为公路走廊边缘的地层提供稳定能力并保护附近财产。隧道虽然不及桥梁那么普遍，但它可能是这一运输体系的重要的组成部分，因为，在许多情形下，隧道可能是一个公路体系两段之间唯一连接通道；也就是说，在此公路或运输走廊中可能几乎没有或者说根本没有冗余。所以，隧道具有足够高的地震性能可能是极端重要的。控制地表水流要依赖穿过公路路堤之下的涵洞，地震诱发的破坏就可能导致公路或周围区域遭到淹没或侵蚀。最后，由于地震诱发路堤或其基础的破坏而引起的路面破坏，在完成耗时的维修之前，可以导致交通的中断。2023/11/2451.1范围本手册为支挡结构、边坡、隧道、涵洞和路基的地震评估和改造设计提供指导性意见。（a）潜在地震脆弱性的筛选；

（b）指导详细评价；

(c)描述改造设计方法的指导意见

2023/11/2461.1.1筛选在开始对一个公路体系结构的详细地震评估之前，一般要进行初始筛选以决定是否存在由地震诱发引起结构的部分或完全破坏导致性能降低的潜在可能性。

1.1.2详细评估进行详细的地震评估是为了确定结构是否可能因地震而破坏，如果是，是否应该考虑地震改造。如果需要改造，这些评估作为改造设计的一部分会继续进行。2023/11/2471.1.3改造设计策略依据筛选和评估方法，确定一个结构是易受地震危害而考虑地震加固时，给出有关备用方法和策略的指导意见。1.2设计地震、地震动,地震筛选、评估和改造的性能准则是否对一个公路体系结构做地震改造的决策，可能取决于它的重要性和关键性，以及对成本—效益的考虑。例如，如果一座隧道是某地区的无冗余通道，假如隧道的破坏可能中断震后交通，即使这样的破坏可能不威胁到生命，也要做出对隧道进行地震改造的决策。

2023/11/248任何一个地震评价和改造计划的主要目标应当是，将不可接受的破坏和丧失生命的可能性最小化；然而，这样的决策必须由成本上的考虑和此类结构在以前地震中的性能来进行修正。

1.3报告梗概本报告阐述了除桥梁外公路体系大型结构的地震脆弱性评价和改造。每章有一节论述分类、预筛选、详细评价和改造。第2章论述支挡结构（除了那些直接附属于桥梁的之外），第3章论述与公路挖填相关的边坡和落石，第4章阐述运输隧道，第5章论述柔性和刚性涵洞，以及涵洞接缝，第6章阐述刚性和柔性路基。2023/11/249第2章挡土墙和支挡结构

2.1简介本章论述挡墙和支挡结构，叙述作为公路体系构造物的挡土墙结构的分类、围绕地震脆弱性对它们的筛选、使用简化方法评价它们在地震加载期间的性能的方法。与第一部分叙述的性能准则相一致，支挡结构的地震脆弱性是围绕着生命安全事件来评价的。生命安全事件包括支挡结构的坍塌。对附近重要结构造成不可接受的破坏的可能性也可能成为评估支挡结构服务水平的原因。2023/11/2410挡土墙分类刚性重力式和半重力式挡土墙预制模块重力式挡土墙锚定式挡土墙机械稳定式（MSE）挡土墙其它类型挡土墙2.2挡土墙分类2023/11/24112.2.1刚性重力式和半重力式挡土墙

2.2.1.1重力式挡土墙:重力式挡墙可以是大体积混凝土或砌石。1960年之前，这类墙曾是最普遍的建筑形式。2023/11/24122.2.1.2半重力式挡土墙:半重力式挡墙包括现浇混凝土悬臂式/扶壁式挡墙，与重力式挡墙类似，但部分背后回填被设计成用来提供稳定能力。

2023/11/24132.2.2预制模块重力式挡土墙

预制模块重力式挡墙把土填入挡墙体系，如框笼式墙或石笼墙（图2-3）。这些墙型也是依赖质量取得稳定性的。

2023/11/24142.2.3锚定式挡土墙

锚定式挡墙用埋入土体的、以拉杆约束顶部的竖向单元制成。使用墙面单元支撑被挡土体。

2023/11/24152.2.4机械稳定式（MSE）挡土墙

MSE挡墙（即加筋)在土体中加入某种类型的加强单元以帮助抵抗侧向土压力。MSE挡墙的分析将加强填料（称为墙体填料）按支撑填在其后面的无加强回填的重力式挡墙处理。MSE挡墙的外部稳定性分析与其它重力式挡墙的分析类似。另外，必须进行内部稳定性分析以评价加强筋的结构完整性。2023/11/2416MSE结构的通用横断面

2023/11/2417加筋土的特点加筋土工程有以下特点：

1．可以做成很高的垂直填土，从而减少占地面积，这对不利于开挖的地区、城市道路以及土地珍贵地区而言，有着很大的经济效益。

2．面板、筋带可以在工厂中定形制造、加工，在现场可以用机械分层施工。这种装配式施工方法简便快速，并且节省劳动力和缩短工期。

3．加筋土是柔性结构物，能够适应地基较大的变形，因而可用于较软的地基上。同时，由于加筋土结构所特有的柔性能够很好地吸收地震的能量，故其抗震性好。

4．造价低廉，据国内部分工程资料统计，加筋土挡土墙的造价一般为钢筋混凝土挡墙的50％，重力式挡土墙的60％~80％。2023/11/2418加筋土的构造(一)加筋体加筋体墙面的平面线形可采用直线、折线和曲线。相邻墙面的内夹角不宜小于70°。加筋体的横断面形式—般应采用矩形。

(二)基础加筋体墙面下部应设置宽度不小于0.3m．厚度不小于0.2m的混凝土基础，但属下列情况之一者可不设：

1．面板筑于石砌圬工或混凝土之上；2．地基为基岩。

(三)排水设施对可能危害加筋体的地面水和地下水，应采取适当的排水或防水措施。

2023/11/2419（四）沉降伸缩缝

加筋土挡土墙应根据地形、地质、墙高等条件设置沉降缝，沉降缝间距：土质地基为10~30m，岩石地基可适当增大。沉降缝、伸缩缝宽度一放为1~2cm，可采用沥青板、软木板或沥青麻絮等填塞2023/11/2420加筋土填料

1、填料是加筋土工程的主体材料，对填料的一般要求如下：(1)易压实；能与拉筋产生足够的摩擦力；满足化学和电化学标准；水稳定性好。(2)有一定级配的砾类土、砂类土，与拉筋之间的摩擦力大，是透水性能好，应优先选用；碎石土、结土、中低液限粘质土和稳定土也可采用；腐质土、冻结土等影响拉筋和面板使用寿命的应禁止采用。(3)填料的设计参数包括容重r、计算内摩擦角Ψ和摩擦系数f等，应由试验或当地经验数据确定。2023/11/2421筋带

1、拉筋的主要作用是与填料产生摩擦力，并承受结构内部的拉力。因此，拉筋必须具有以下特性；具有较高的强度，受力后变形小；较好的柔性与韧性：表面粗糙，能与填料产生足够的摩擦力；抗腐蚀性和耐久性好；加工、接长和与面板的连接简单。2、筋带可以分为钢带、钢筋混凝土带和聚丙烯土工带三种。高速公路和一级公路上的加筋土工程应采用钢带或钢筋混凝土带。2023/11/2422面板

面板的主要作用是防止端部土体从拉筋间挤出。1．一般规定(1)面板设计应满足坚固、美观、运输方便和易于安装等要求。(2)面板一般采用混凝土预制件，其强度等级不应低于C18，厚度不应小于8cm。(3)面板上的筋带结点，可采用预埋钢拉环、钢板锚头或顶留穿筋孔等形式。钢拉环应采用直径不小于10mm的I级钢筋；钢板锚头应采用厚度不小于3mm的钢板。露于混凝土外部的钢拉环、钢板锚头应做防锈处理，聚丙烯土工带与钢拉环的接触面应做隔离处理。(4)面板四周应设企口和相互连接的装置。2023/11/2423512地震验证加筋挡墙抗震性能良好映秀加筋防洪堤完然无恙2023/11/2424213国道

此为某混凝土结构挡墙路基损毁段2023/11/2425213国道加筋挡墙安然无恙2023/11/2426绵广高速加筋挡墙安然无恙2023/11/24272.2.5其它类型挡土墙

钢板桩墙土钉墙网状群桩墙地下连续墙混凝土地下连续墙深层搅拌土墙

这些挡墙不被看作是现有挡墙分类中重要的部分，所以在后面的章节中没有直接展开讨论。2023/11/24282.3筛选

挡墙筛选的目的，是为了确定那些地震中易受破坏的挡墙本节介绍的筛选指南适用于回填和地基土都将不发生液化的挡墙2.3.1通用筛选准则通用筛选准则描述有关重力和混凝土悬臂支挡结构。2023/11/2429两组信息筛选支挡结构

第一组（水平1）从与生命安全有关的地震诱发问题的潜在可能性方面和可能有关服务水平方面筛选挡墙第二组（水平2）包括墙的外观观察、状态评估和关于静态加载墙的安全水平的评价。那些确定不需要进行水平1的地震评估的挡墙在做出最终决定之前，仍然必须通过水平2的审查。2023/11/24302.3.1.1水平1有关与生命安全问题相关的破坏模式

因承载力损失导致挡墙的倾覆或过度倾斜墙的结构破坏服务水平和对附近重要结构的过度损坏在图（c）中描述挡墙倾覆

(图a)地震诱发的挡墙的结构破坏

(图b)地震诱发对附近结构的破坏

(图C)2023/11/2431图2-6地震诱发挡墙破坏(a)挡墙倾覆是一个严重的问题，特别对高、薄挡墙。为确定高、薄挡墙和对应的地震灾害，应当进行挡墙类型筛选。在场地地震风险超过0.3g的地层水平峰值加速度的地方，墙的长细比（高度/基础宽度，H/B）大于2.0和/或从墙趾到中心的距离小于基础宽度的一半的挡墙应当是受到人们密切关注的两件事。在特殊情况下，小于2的长细比可能是一个问题，例如，墙有很高的反坡角。2023/11/2432图2-6地震诱发挡墙破坏(b)地震诱发的挡墙的结构破坏是由于挡墙体系结构构件内应力过大。与地震地震动关联的加速度，存在于回填之内，对加在挡墙背面的侧向土压力有双重影响。第一重是侧向推力的增加，第二重是侧向推力关于墙基础的作用线被提高。结构缺陷包括截面不足、施工缝不良和缺乏加强或内部支持（扶壁，扶垛）。对具有与超过0.3g的地层水平峰值加速度关联的地震风险的地方，或有结构缺陷的挡墙，建议进行详细的地震评价。2023/11/2433地震诱发对附近结构的破坏是由于因挡墙的倾斜或滑动变形引起服务水平的丧失。破坏的潜在可能性取决于附近结构或诸如面层、尤其是铁路轨道之类的设施的接近程度。图2-6地震诱发挡墙破坏(C)2023/11/2434如果回填顶部的结构和设施位于墙后破坏区内，如图2-7所示，挡墙的小变形可能很显著。位于挡墙背面1.5H内的结构可能易受挡墙位移的影响。无论任何时候基础设施只要位于关于挡墙背面1.5倍挡墙高度内，场地的地震风险与超过0.1g的地层峰值加速度的水平分量就有关联，应该考虑对挡墙进行详细评价。2023/11/24352.3.1.2水平2

静力安全系数应当按照GECNo.2:EarthRetainingSystems(Sabatini,1997)进行校核。险情（distress）可以包括开裂和/或挡墙或基础的侵蚀、挡墙倾斜或不均匀沉降、或水淹回填或地基材料。不满足静力加载最低要求的挡墙当然是详细地震评价的对象，相应地，应该进行接受筛选。2023/11/2436对满足静力安全系数最低要求的挡墙，如果下列条件得到满足就不必进行详细评估：

无肉眼可见的险情信号回填或地基土是不可液化的挡墙的长细比（高度/基础宽度，H/B）小于2.0过载低和回填坡不陡重要设施不在挡墙附近场地地震风险与小于0.3g地面峰值加速度的水平分量相关联2023/11/2437通用筛选指南、评价方法和改造设计应用的流程图2023/11/2438详细地震评价需要有关挡墙的信息比预筛选需要的多得多。需要更多的时间和费用收集挡墙和场地特征的竣工资料，并取得回填和地基土的参数。可能必须要组织场地调查，取出土体和/岩石样本供实验室实验。用户书面记录对尚在评价的挡墙状态也是重要的。2.4.1详细评价需要的信息2.4挡墙评价2023/11/24392.4.1.1挡墙细节

必需的信息包括挡墙和基础的尺寸、回填的几何形状（回填表面的坡度）、排水条件和墙趾埋置深度。必须要确定基础的深、浅类型。要了解可能有助于确定未知基础类型和条件的方法描述，用户可参考Olsen（1996）的著作。对浅埋基础，必须要决定基础的承载等级、厚度和宽度。对深基础，基础单元的长度以及他们的数目、分布、直径和加强细节、桩帽、桩—桩帽连接的细节必须要进行确认。2023/11/24402.4.1.2土的性质回填和基础土的土参数应当从场地调查的结果中得到。地基土的土层同用于回填的土体类型一样应该被确定出来。了解土的单位重量、剪切强度参数，包括内聚力和摩擦角是必须的。对地基土，这些数值常常能够从施工前场地调查期间所做的原位测试的结果中推导出来。

2023/11/24412.4.1.3地震动一般地，假定场地估算的自由场峰值地层加速度（如本手册第一部分所描述的）普遍适用于挡墙和被挡土是可以接受的。然而，在某些情况下，局部场地土响应效应和/或二维相应效应可能是显著的、未被场地自由场峰值地层加速度充分控制。2023/11/2442评价分为以下几个部分重力和半重力挡墙混凝土悬臂挡墙（倒T型墙）锚定墙MSE挡墙篇幅所限，评价部分不再详述,我们着重讲述一下重力和半重力挡墙的评价步骤。2023/11/24432.4.2重力和半重力挡墙1考虑地震作用在重力或半重力挡墙上的外力（a）挡墙上的地震侧向压力（推力）（b）被动约束（c）地震承载力2考虑地震加载的重力或半重力挡墙的外部稳定性：丧失平衡的临界加速度kh（a）倾覆稳定（倾斜）--力矩平衡（b）承载力破坏—竖直平衡2023/11/24443考虑地震加载的重力或半重力挡墙的结构完整性（a）墙身分析（b）基础分析4基础设施使用功能丧失（a）评估地震诱发永久变形脆弱性的二次筛选方法（b）阈值加速度的确定（c）地震诱发变形的估算2023/11/24452.5挡土结构地震改造设计一般地，改造工作可以包括下面一个以上的措施：背拉（注浆、螺旋或膨胀锚定）增加基础宽度加强混凝土墙身掩埋墙趾增加被动约束微型桩底部土体加固土壤改良2023/11/24462.5.1重力和半重力挡墙的改造措施以下两图为几种破坏模式及相应改造措施：2023/11/2447可以看到，背拉是一种通用的改造措施，但它们必须要恰当设置。它们必须长到足以伸出滑动面以外、有足够的锚固长度以形成设计力FA如图2-30所示，微型桩当然是一种可行的改造方法，特别是为防止混凝土悬臂型挡墙的倾斜。一排以上的桩是理想的，但是，在现有墙趾处可能没有足够的空间允许设置两排桩。改造设计应当包括检查以桩头为支点的倾覆，桩头应当被设计成传递力矩的，也就是说，应把它们设计成固定桩头。在挡墙发生临界滑动之处，通过掩埋增加墙趾处的被动阻力是一种可能的改造策略，但在防止倾斜方面不太有效。2023/11/2448增加地基宽度的改造2023/11/2449对滑动或绕基底面的转动破坏模式，增加基础宽度也是一极好的改造策略。增加后的基础宽度增加了挡墙重量，影响到了滑动阻力；增加了挡墙重量和墙趾和挡墙形心的距离，影响到了倾覆稳定性；增加了基础宽度，影响到了地震承载力。加宽后基础的结构完整性也必须要被评价，特别是在弯矩方面可能比原设计的那些弯矩要高。2023/11/24502.5.2混凝土悬臂挡墙—挡墙的结构破坏在悬臂挡墙墙身上添加力矩阻力有很多方法。使用盖板是一个简单可行的选择。

2.5.3锚定墙最好的方法是提高锚具的强度、增加它的掩埋长度以避免破坏性扰动。锚具改造应该在：

2023/11/2451背拉挡墙的地震效应和改造2023/11/2452示例问题2-挡墙的筛选、地震评价和地震改造设计田纳西孟菲斯附近的一条公路有一座挡墙，是一座地道桥的一部分。墙高沿地道桥中线从0.5m到0.7m变化。为完成这座挡墙的筛选、地震评价和地震改造，需要完成下列任务：已经决定用最大可信地震(MCE)评价挡墙地震动，这个场地75年超越概率是7%。为改造设计而使用的关于地震动的讨论，可参考本手册第1部分。2023/11/2453应用筛选准则、评价地震评价的必要性检查静态加载条件下的挡墙设计完成挡墙地震评价改造策略的设计和地震评价2023/11/2454挡墙为钢筋混凝土悬臂墙。下图显示了该墙的几何形状、尺寸和结构细节。2023/11/2455第1步：计算场地地震动场地位置：纬度35.15，经度89.6最大可信地震：75年超越概率7%PGA=0.31g（这是场地基岩出露的PGA-需要考虑场地的影响）因此，按照筛选指南，需要详细评价，因为PGA>0.3g2023/11/2456第2步收集地震评价所需信息很深的土层沉积，主要包含透镜体粗砂或各粘土、粉土地层。根据CPT数据，深达90m的初始剪切模量的变化情况示于图中从这个图中得出，平均初始剪切模量是175MPa单位重量是18KN/m3，质量密度是平均剪切波速：1场地条件2023/11/2457根据FEMA273（1997），场地级别是D级（硬土180m/s<Vs<365m/s或15<50或50KPaSu<95KPa）.为了确定挡墙地震评价的Kh，以相应的场地系数乘以峰值基岩加速度Fa=场地系数Ss=地震图上短周期加速度（mappedshort-periodacceleration）Ss=从USGS（1996）中在35.15o纬度、89.6o经度处Fa=从FEMA273（1997）中得1.3，w/Ss=1.0因此，Kh=Fa×PGA=1.3×0.31=0.4.2023/11/24582土的性质地基土见图中SPT数据顶部10m平均值是12。对N=12，；百分点；γ=18KN/m3。N和的相关性见Pecketal.（1974）的描述。2023/11/2459挡墙回填γ=18KN/m3挡墙摩擦角

=（偏于安全的假定基底摩擦角

=（从AASHTO5-5-2B得到）

2023/11/2460第3步检查静态加载挡墙设计墙高墙臂关于墙趾的力矩墙身0.7x6.3x23.5KN/m3=104KN/m0.7/2+0.4=.75(m)104x.75=78KNxm/m基础0.7x4x23.5=65.8KN/m4/2=2(m)65.8x2=132KN/m土体6.3x2.9x18.1KN/m3=331KN/m2.9/2+1.1=2.6331x2.6=861KNxm/m501KN/m1071KNxm/m2023/11/24612023/11/2462计算静态加载极限状态H=7m2023/11/24631检查滑动阻力

对粗砂上的大体积混凝土，使用

OK

（见AASHTO表5-5-2-B）2023/11/24642检查倾覆

OK3检查结果偏心率

2023/11/2465Fv=WB=4mOK4检查承载能力承载力公式由Meyhoff（1953）推出（c=0，形状系数=1）对深度倾斜系数，见Meyhoff（1953）或ASCE（1994）2023/11/2466=过载项倾斜系数2023/11/2467Fqd=过载项深度系数=Nq=当

时的过载承载力系数；2023/11/24682023/11/2469计算配筋要求1求墙身底面的剪力和弯矩2023/11/24702023/11/24712中-中250mm，#8筋收缩和温度的要求配筋率

2023/11/24723水平配筋每面中--中250mm#6筋对挡墙

检查抗剪力2023/11/2473墙踵设计（来自墙踵以上土体）2023/11/2474（来自混凝土板的质量）

确定挡墙地基墙踵、墙趾承压力2023/11/24752023/11/2476假定：b=1m；d=0.7m断面是足够的2检查剪切力3检查抗弯钢筋中--中250mm的8号筋2023/11/2477As=0.00204m2/mα=0.7m-0.076m-0.025/2m=0.61m墙趾设计2023/11/2478（来自混凝土板的质量）

2023/11/2479剪力小于墙踵的力，因此，截面足够力矩小于墙踵的，使用8号筋，中到中250mm。第4步：静态设计检查总结1外部稳定性要求2023/11/24802023/11/24812

墙身3墙踵2023/11/24824墙趾5结论静态设计满足现有标准。因为这个场地处75年被超越机会为百分之三的峰值地层加速度大于0.3g，应做地震评价、确定地震改造的必要性。2023/11/2483第5步挡墙的地震评价1滑动阈值试算

（有被动约束）

KPE=2.97解方程

2023/11/24842

检查无被动约束的滑动阈值KAE=0.412023/11/24853检查倾覆—转动模式试算

关于墙趾的转动h=H/3

KAE=0.53

KPE=3.02023/11/24864计算承载能力阈值假定KAE=0.3962023/11/24874（a）.计算传到地基的剪应力2023/11/2488NqE=23.18x0.43=9.97;NqS

=23.18

=30.2x0.21=6.35;=30.22023/11/24894（b）.计算偏心率假定PAS作用在H/3，Pdyn作用在0.6H，求h2023/11/24902023/11/2491阈值加速度汇总滑动0.34倾覆0.35承载力0.2因此是临界阈值加速度。因为所以这个值可被认为可勉强接受

2023/11/2492计算结构完整性使用u=0.4g检查墙身底面弯矩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=墙身高度=7m-0.7m=6.3m2023/11/24932023/11/24942023/11/2495为防坍目的，使用荷载系数1.0，因此

检查（为地震加载和防坍目的）2023/11/2496墙踵的结构完整性对承载力阈值加速度

使用偏心率和承压力（来自墙踵以上的土体）。

2023/11/2497（来自混凝土板的质量）

确定挡墙地基墙踵和墙趾的承压力2023/11/2498因此2023/11/2499墙踵下的分布荷载为：墙踵边缘处压力

因墙踵处压力引起的剪力：2023/11/24100检查剪力：因此，对剪力而言，截面

2023/11/24101检查抗弯钢筋As=0.00206m2d=0.7m-0.076-0.013=0.611m.因此，钢筋不足2023/11/241021墙趾的结构完整性2023/11/24103来自混凝土截面的剪切阻力与墙踵是一样的：629kN/m>199kN/m.因此，截面是足够的505.7kN×m/m>40.9kN×m/m.因此，钢筋是足够的。2023/11/24104第6步地震评价总结1使用kh=0.4后，所有的计算安全系数都小于1。因此，在最大可信地震期间，挡墙将会屈服。2临界阈值加速度是0.2g、关联破坏模式是承载力丧失和挡墙倾斜。挡墙的大转动（倾斜）可能产生于最大可信地震，但是挡墙不可能因倾覆而坍塌3墙身和墙踵的抗弯能力不足以抵抗最大可信地震的荷载。因此，需要地震改造。地震策略需要解决墙身和墙踵的结构完整性问题。2023/11/24105第7步：改造策略的设计地震评价提高墙身和/或墙踵的抗弯阻力；降低墙身中和/或墙踵的弯矩两种改造策略是:提高墙踵处弯矩阻力是困难的，因为它被埋于地下，难以接近。降低墙身和墙踵内的最大弯矩是比较容易达到的目标。放一根穿过墙身的拉杆将有助于降低墙身和墙踵的弯矩。

2023/11/24106检查墙身和墙踵的弯矩，最后，介绍支持锚固细节的设计计算。锚固体系的细节包括锚固间距，锚固所需的总长度，锚固的粘结区长度和锚固荷载向墙面的传递。下面的计算描述背拉挡墙的改造策略。最大可信地震被认为是对应于0.4g的场地峰值加速度。首先，计算平衡所需的拉杆力，然后，检查外部稳定性。2023/11/241071增加背拉杆—将降低墙身和墙踵的弯矩2023/11/24108关于点O求弯矩和，求解在水平方向求力的和，求解检查是否满足：W=501KNN=W=501KN2023/11/24109Kh=0.4gKAE=0.581KAS=0.271KPE=2.82023/11/24110求弯矩和（关于O点）解出力

力臂弯矩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=-191(应为180)+258+200-102=176kN/m检查Fmax=N(f)=501×0.58=291kN/mFmax>FOK2023/11/241123用检查承载能力kh=0.4F=176kN/me=0.429mB′=4-2(0.429)=3.14mN=501kN+186sin15o=549kN2023/11/24113所以2023/11/241144用检查墙身弯矩2023/11/24115Mmax=65kN/m（65kN/m是挡墙外面的张拉力）在外墙面，使用#6钢筋，中--中间距300mm。#6钢筋横截面积=284mm22023/11/241165检查Vmax（在2点（拉杆固定点）=1.25m）2023/11/241172023/11/241186检查改造后墙踵的结构完整性q1=114.0kN/m（来自墙踵以上土体）（来自混凝土板的质量）确定挡墙地基墙踵和墙趾的承压力2023/11/24119e=0.429mB=4mW=501kN6e=2.574m6e<B（公式2-15）

2023/11/24120压力分布如下：这个压力分布实际上是与静态情形是一样的。因此，墙踵和墙趾的钢筋对改造后动态加载情形是足够的2023/11/24121注浆锚固几何形状2023/11/24122求Lbond和必需的锚固尺寸中--中5m间隔布置锚固Fanchor=195kN/m×5m=975kN.按照PTI（1995）指南，fall=0.6Fu.（AASHTO，2002，Section7，Division1A,对地震加载提高到1.5）因此使用160级36mm地伟达（DYWIDAG）预应力钢筋，2023/11/24123求d=钻孔直径，使用100mm=沿土体和浆体界面的工作锚固力PTI（1996）：对中粗砂，压力注浆锚固—中密度平均极限土/浆锚固力是使用安全系数=2.0（为验证试验的目的）2023/11/241247检查挡墙结构完整性（沿长度方向）假定线性荷载w，均匀作用在挡墙条上2023/11/24125最大剪力出现在连接处8检查单向剪力2023/11/241269检查双向剪力板的尺寸是：130mm×240mm×45mmb0=（0.13m+0.7m）2+（0.24m+0.7m）2=3.54md=0.7m2023/11/2412710检查板内承压力板孔直径38mm11检查2.5m墙条的抗弯能力#6筋@250mm；面积=284mm22023/11/241282023/11/24129第3章边坡、路堤和落石防护

在过去的历次地震中，地震诱发的滑坡、边坡和路堤失稳已经引起公路系统的广泛破坏。这种破坏导致了死亡和严重的经济损失。地震诱发滑坡能够堵塞或破坏道路、冲击和掩埋车辆并严重妨碍震后救灾工作。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级地震

2023/11/24133汶川地震作为地震造成的分布范围最广、病害最严重的病害之一，边坡病害在处于地震中央断裂带附近的公路上尤为明显，并分为岩质边坡病害和土质边坡病害两种。岩质边坡病害按照规模大致可分为崩塌性滑坡、崩塌、落石三种类型；土质边坡病害按规模大致分为滑坡、表面溜坍和碎落三种类型。其中，崩塌性滑坡一般发生在震中区或断层带附近地区道路，对公路威胁极大，此类病害在省道303线映秀至卧龙段最为突出。

2023/11/24134邻近公路结构的边坡和路堤的筛选、评价和改造流程图

2023/11/24135地震对公路系统的影响包括下面的各种现象：天然边坡下或公路路堤下的路基土的可能导致边坡破坏的液化和侧向扩展提供支撑作用的或与公路结构相邻的人工路堤/天然坡的、可能引起路面面层开裂或破坏的永久变形。由于地震重新激活老的、已有的滑坡。可能堵塞或中断路面交通的落在附近边坡上的地震诱发的落石。3.2分类2023/11/24136落石机制和产生的灾害I组滑坡包括岩石和土体的下落、倾倒和崩塌，一般分布最广。这些滑坡的特点是滑体开裂、一般为浅层破坏面，移动快、被从陡坡上挤出。2023/11/24137

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

2023/11/24138倾倒破坏的例子2023/11/241391976年危地马拉地震引起的复合型破裂土体滑动的航空图。滑动撕去了植被和成片的砂性沉积土（一般小于0.6m），使白色泡沫岩基岩出露。前景中的边坡大约30m高。

土体滑动和土体崩塌

2023/11/24140不连续剪切基面滑动示例

II组滑坡包括岩体与土体塌陷、块状滑动和缓慢土体流动。

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体块状滑动。

2023/11/24142

岩体塌陷破坏机制

土体塌陷破坏机制

土体塌陷、土体块状滑动和土体缓慢流动是发生在冲积或海洋洪积平原天然沉积层内的深部转动破坏。它们出现在象溪流和渠道沿岸之类的局部陡峭自由面。它们也出现在有浅层或上层滞水面的缓到中等陡的山坡。2023/11/24143侧向扩展破坏机制。

III组滑坡包括土体侧向扩展和快速土体流动。2023/11/24144最易发生地震诱发滑坡的材料和每种材料中滑坡的主导类型如下：弱胶结、风化、或严重破碎的岩体：这些最易发生落石、滑动、崩塌、塌陷和块状滑动。优势节理倾向坡面外，比较坚硬的岩石：这些材料易于发生落石、滑动、块状滑动、崩塌、及可能塌陷。松散不饱和砂：这些容易发生破裂土体滑动、土崩松散、部分到完全饱和砂、粉土或黄土：这些易发生土体塌陷、块状滑动、侧向扩展、水下滑坡和快速土体流动含砂的饱和土和与敏感土互层的卵石层：这些易发生破裂土体滑动、土崩和快速土体流动轻微胶结或含有粘土胶结物的颗粒状土：这些易于发生土体下落不含或几乎不含粘土的未压实或压实不良的人工填土：这些易发生土体塌陷、块状滑动、侧向扩展和快速土体流动。2023/11/241453.3筛选方法筛选方法包括检查地质、地形图，检查地下条件的可用资料以及对场地和附近地区进行勘查。

最好是使用航空照片进行检查。在一些地区，政府机构已经绘制好了边坡稳定性地图，其上标明了已有滑坡和/或有关边坡失稳的地区；如果资料齐备，这些都应该进行检查。如果合适的话，也应该联系那些政府机构中对这一地区的天然边坡性能有所了解的地质专家和工程师。2023/11/24146如果在预筛选阶段确定了滑坡或边坡失稳的可能性，那就需要详细的工程分析以评价在假定地震事件期间发生破坏、失稳或顺坡移动的可能性。在判断出灾害非常明显和严重的情形下，使用者可以直接从筛选阶段进入改造设计（取消灾害再评价，除非有必要设计这个改造）3.4评价方法2023/11/24147还没有一种广为人们接受的对I组滑坡的评价方法。如果筛选阶段表明可能有I组滑坡，就应该做额外的、具体到场地的地震稳定性分析和由具有岩石力学和岩石边坡稳定性方面的技能的个人做出工程判断。3.4.1I组滑坡评价2023/11/241483.4.2II组滑坡评价如果筛选阶段表明可能有II组滑坡，应做边坡稳定分析以评价这种具体的灾害。评价边坡和路堤的地震稳定性的一般方法不但包括伪静态也包括变形分析方法。评价按下面次序进行：第1步：做边坡的伪静态稳定性分析。如果产生的安全系数大于1.0，就不再需要再评价或改造。如果安全系数小于1.0，表明有变形的可能性，继续到第2步，或绕过第2步，此时可建议进行偏于安全的改造。第2步：做变形分析。如果预测到的变形可以接受，就不必进行再评价或改造。如果预测变形不可接受，应该考虑改造策略。2023/11/241493.4.3III组滑坡评价III组滑坡包括土的侧向扩展和快速土体流动。评价这些条件的方法被包括在本手册第一部分。3.5改造方法稳定土、岩边坡的详细方法在TransportationBoardSpecialReport247,LandslidesInvestigationandMitigation（TurnerandSchuster,1996,editors）里介绍。I、II组滑坡二者都包括岩、土稳定性问题。滑坡的改造方法最好根据需要稳定的边坡是否是由岩石或土组成来分组。WyllieandNorrish（1996）andBrown(1994)介绍了稳定岩石边坡的方法。HoltzandSchuster(1996)介绍了土边坡的稳定方法。2023/11/241503.5.1岩石边坡1．加固岩石2023/11/241512．清除岩石边坡稳定的清除岩石法

2023/11/241523防止落石的预防措施另一个防止落石灾害的有效方法是允许落石发生但控制其下落的距离和方向。这些方法包括拦沟和拦护障碍、铁丝防护网、边坡面上的网衬和挡石棚。所有这些方法依赖于障碍吸收能量的特性，这些特性或将落石阻挡在一定的距离内、或者使其偏离被保护设施。无论是提高拦石沟的性能还是在坡址处形成拦护区，可以建造的障碍类型是很多的。所需障碍类型及其尺寸决定于落石的能量、边坡尺寸和可用的建筑材料。拦护网、拦石沟、岩石锚杆和铆钉、控制爆破和平整和清理坡面是应用最广的岩石边坡减灾方法。2023/11/24153全埋立柱和锚固支撑的落石约束网系统的侧视图

2023/11/24154岩石棚的例子2023/11/241553.5.2土坡滑坡、边坡潜在破坏的维修措施设计方法和稳定边坡设计方法可以分为如下类型避开问题，将设施迁到一个稳定的场地降低引起移动和滑动的推动力提高抵抗移动的力2023/11/24156地质和岩土勘查研究应当揭示影响边坡稳定性的不利的条件，例如：不良的地表排水、既有天然边坡的渗流、山坡蠕动、既有滑坡和软地基。可以迁移这些设施以避开这些潜在的问题区域，特别是既有滑坡。

如果迁移或改变一个计划的设施的路线是不可行的，那么可以考虑部分或全部清除不稳定材料。如果迁移和/或清除不稳定材料成本太高，一个替代设计是用基础位于不稳定材料之下、能够抵抗其侧向荷载的桩基或钻孔桩基的桥梁跨越不稳定区。问题的避免2023/11/24157一个提高边坡稳定性的简单方法是减小潜在滑动中涉及的土体质量。已经成功用于改善边坡稳定性的方法包括整平边坡、开挖台阶边坡、开挖滑坡顶材料、地表和地下排水以及使用轻质填料。排除地表水和地下水是稳定边坡的一个应用广泛的方法。恰当排水不但减少滑动体的重量，而且提高边坡内材料的强度。恰当的地表排水应能防止水流过坡面、渗入土坡内。当预计有大体积径流时，可使用导流沟和截水沟。控制地表以下水的方法在下面“提高抵抗阻力”一节中讨论。

降低推动力2023/11/24158提高抵抗阻力通过施加外力或在滑坡坡趾处施加抵抗力、或提高破坏区土的内部强度以使边坡仍然稳定的方式，可以在潜在的或既有的滑坡上得到提高抵抗力的效果。为提高潜在滑动体的趾部的抵抗力，已经使用的的方法包括：扶壁填土和结构支挡体系。扶壁经常用块石、圆砾、河卵石和粗颗粒填料。图3-25所示是一个岩石扶壁的例子。注意本土设置了一个趾部排水沟以利排水。2023/11/24159图3-25用于提高抵抗边坡破坏的力的岩石扶壁2023/11/24160例子3.1—落石灾害筛选、评价和改造a已有资料的检查

场地条件:一条公路，位于一大约15.2m（50英尺）高的岩石路堑的底部。面层边缘和可利用路肩是4.6m（15英尺）（从坡趾向后）。边坡宽度与边坡高度的比是0.75：1（H:V）。检查路堑坡面显示，边坡是稳定的。位于路堑顶以上的天然坡表面被各种大小的岩块覆盖。公路面层坐落在硬岩上。2023/11/241612023/11/24162

场地历史和地震环境。静态条件下，已经发现沿这段公路周期性出现小型落石。这个场地在过去被几场小地震晃动过。在每次地震出现后都发生落石。区域地震学显示这个场地位于能够经历中到大的地震（6.5级）的地区内。对这一地区，地震滑坡灾害地图尚没有绘制。b地震诱发滑坡筛选该场地没有位于高度易发地震诱发滑坡的地区内。对场地的现场调查确定了路堑坡顶以上岩石碎块，显示可能易发落石。对场地历史资料的审查显示，落石在过去已经是个问题。在过去地震过程中和静态条件下出现落石显示，将来易发地震诱发落石。这样，准则（a）不满足，显示需要再评估2023/11/24163c评价方法因为在历史上地震发生期间，发生过落石碎落，清楚地表明了有需要防护的灾害。因此，不必进行灾害再评价，为了确定一个合适的维修方法，安排了研究工作

d灾害缓解在已知场地条件下，考虑了两个改造方法（见草图）：（1）建一条拦石沟，防止落石达到公路；（2）清理岩石，消除灾害。

2023/11/241642023/11/24165第4章隧道

4.1引言本章描述隧道的地震筛选和评价方法，讨论隧道地震改造设计的策略。本章介绍的隧道筛选、详细评价、必要时的改造设计指南的应用可帮助确定和缓解普通隧道的生命安全灾害或重要/关键隧道的功能丧失程度。

2023/11/24166汶川地震由于隧道的抗震性能较强，震区隧道除了正在施工的龙溪隧道破坏较严重外，其余隧道经过临时加固，保证了救援车辆的应急通行，在前期的抗震救灾中发挥了巨大作用。地震对隧道造成的直接病害包括洞口结构及洞口边仰坡破坏、隧道洞身结构破坏以及路面、电缆沟开裂、错台、路面仰供隆起等。在隧道入口、转弯等结构的断面形状和刚度明显变化部位震害也较严重。

宝成线109隧道次生灾害2023/11/24167紫坪铺大坝泄洪洞、排沙放空洞紫坪铺坝址距震中约17.17km，坝址地震传导烈度在9度以上。地震时大坝动反应强烈，坝上人员不能站立，坝中部下游坡顶加速度峰值沿坝轴线和垂直向均达到2.06g，顺河向也达到1.65g，主震周期近1分钟，推算坝体基岩加速度峰值大于0.5g。2023/11/24168照片2#排沙泄洪洞出口段缝间破坏2023/11/24169照片排沙放空洞结构缝错位50mm2023/11/241701995年阪神地震中隧道震害

损坏的污水隧道及观察到的裂缝素描图。该隧道直径为3.5m,埋深9～14m,土层为冲积砂和粘土沉积物,在第二衬砌中可观察到纵向和环向裂缝。2023/11/24171电力线路隧道中观察到的部分损坏的混凝土管片和隧道竖井侧壁上的裂缝。隧道直径4.8m,土层为砂和砾石,N=30～50。2023/11/24172损坏的通信线路隧道。在隧道的入口处可见环状的裂缝。隧道直径4m,埋深10m,土层为洪积土。

2023/11/241734.2隧道分类隧道

（1）暗挖隧道（2）明挖隧道；（3）沉管隧道。暗挖隧道是通过在地下挖洞、建造支护系统建造的。明挖隧道则从地面开挖洞室、在挖出的洞室内建造隧道结构，然后在结构顶部以及结构边缘附近（如果紧靠开挖面结构尚未施工的话）回填沉管隧道是由放置在河底和海底上的浅槽中的预制钢或砼节段建造而成。明显不同的设计特征和施工方法。

2023/11/24174盾构隧道2023/11/241752023/11/241762023/11/24177双圆面盾构2023/11/24178三圆面盾构2023/11/24179H&V盾构机2023/11/24180矩形盾构2023/11/24181椭圆盾构2023/11/24182

转向盾构2023/11/24183子母盾构2023/11/24184球形盾构2023/11/24185多联盾构2023/11/24186图4-1沉管的横截面2023/11/24187施工中的黄浦江沉管隧道2023/11/241882023/11/241892023/11/24190宁波常洪沉管隧道2023/11/241912023/11/241922023/11/24193广州市第二条过江沉管隧道仑头—生物岛隧道，首段55米长的沉管箱体成型

2023/11/241942023/11/241952023/11/241964.3筛选指南4.3.1筛选阶段的目标筛选阶段的目标是要确定哪些隧道在设计地震期间有充分大的风险出现不良性能。

4.3.2影响隧道地震性能的因素地震灾害地质条件

隧道设计、施工和条件地震强度

断层破裂

滑坡

土体液化

2023/11/241974.3.3适用于所有类型隧道的筛选指南有些情况可能对暗挖隧道、明挖隧道或沉管隧道构成潜在的显著威胁，因而需要更详细的评价。这些情况包括：切割隧道的活动断层切割隧道的滑坡，无论这个滑坡是否是活动的。

隧道附近的可液化土体以往隧道发生的静态病害（例如，局部坍塌、大变形、开裂或因土体移动造成衬砌剥落），除非采取过稳定隧道的改造措施。2023/11/241984.4评价方法评价方法地震动评价断层破裂评估

滑坡或液化评价

2023/11/241994.4.1地震动评价4.4.1.1概述当一座隧道受到地震波的作用时，就会出现两种主要的变形类型。第一种类型由沿隧道纵轴发生的位移组成，不但包括轴向而且包括弯曲变形。第二种是垂直于隧道纵轴线隧道横断面内的变形。图4-3所示就是这些主要的变形类型。轴向变形是由引起质点发生平行于隧道纵轴运动、引起拉压交互作用的地震波分量产生的（图4-3a）。在垂直于隧道轴线方向上产生质点运动的地震波分量引起弯曲变形（图4-3b）。轴向和弯曲变形是由沿隧道纵轴传播的地震波分量所诱发的2023/11/24200沿垂直于隧道纵轴线、隧道横断面内传播的地震波将结构横断面形状扭曲，使圆形隧道断面（图4-3c）产生“椭圆化”变形，使矩形横断面产生“横向撕扯”变形。图4-3隧道对地震波的响应2023/11/242014.4.1.2地震动分析总指南地震动分析总指南沿隧道纵轴线轴向和弯曲变形分析隧道横断面响应分析

简化分析

数值分析方法

简化分析

数值分析

2023/11/242024.4.1.3沿隧道纵轴的轴向和弯曲变形评价图4-4分析隧道纵向轴向和弯曲变形的方法2023/11/242034.4.1.3（a）.简化分析/闭合形式解在隧道设计和性能方面，具有重要意义的一般是轴向应变而非剪切应变。在不存在显著的表面波时，一般S—波引起的应变最大，是控制性波型。P—波诱发的应变一般不控制。在某些情况下，R—波可以产生最高的应变，应当在设计中进行考虑图4—6引起纵向轴向和弯曲应变的地震波2023/11/24204图4—7沿隧道纵轴线传播的地震引起的诱发力和弯矩由于轴向和弯曲组合变形引起的应力和应变可通过把隧道作为弹性梁处理而得到。使用梁理论，可把纵向变形产生的以及水平面内弯曲变形的轴向应变组合，得到最大轴向应变.2023/11/24205对P波

对S波对R波

在弹性区间内，由于轴向和弯曲的组合变形引起的轴向应力是：（对P，S和R波）自由场解

2023/11/24206土—隧道相互作用的影响－St.JohnandZahrah（1987）基于弹性地基梁理论给出的折减系数对轴向应变对水平面内的剪切应变和曲率St.JohnandZahrah（1987）

2023/11/242074.4.1.3（b）数值分析交叉部位:隧道与较刚性的结构（例如通风结构或中转站）形成交叉的部位，应变将有大于顺隧道方向的（应变）的趋势。假定这个结构是一个刚性边界，轴向应变可以近似为使用前面几段中所介绍的公式所计算应变的两倍。一般地，一条隧道的惯性相比其周围土体的惯性是小的。因此，有可能按准静态分析法进行轴向和弯曲变形的分析，在准静态分析中，可以将位移时间历程应用到与隧道模型相连的土弹簧上。可使用在这类数值模型的计算机程序包括ADINA（1996），ABAQUS（Hibbitt，Karlsson&Soreson，Inc.，1998）和SADSAP（Wilson，1998）。2023/11/242084.4.1.4隧道横断面变形计算图4-8隧道横断面地震分析方法2023/11/242094.4.1.4（a）简化/闭合形式解暗挖隧道分析伪静态稳定性分析：应当检查隧道支护体系（衬砌和/或岩石锚杆或铆钉）抵抗作用到隧道顶部的惯性力的能力。这些惯性力可以近似为等于隧道高程上的计算峰值竖向地层加速度（表示为g的几成）乘以顶部设计使用的静态荷载。伪静态分析从本质上是保守的，因为作用在失稳方向上的地震惯性力仅有短短的片刻时间。虽然这样，在说明一个潜在稳定性问题时，这样的分析仍然是有用的2023/11/24210如果在隧道附近存在一个软弱带（例如，软弱、剪切岩体）或相对弱的层理带或节理面倾向隧道，也可以做隧道软弱物质塌方可能性的伪静态分析。图4-9隧道附近软弱带伪静态稳定性分析2023/11/24211圆形隧道椭圆效应分析：

应当分析隧道横断面以得到剪切波竖向传播时的地质介质所施加的椭圆化变形.一般可以使用静态解的简化分析法。图4-10椭圆化引起的隧道衬砌内的力和弯矩2023/11/24212图4-11圆形隧道椭圆化分析的面积和惯性矩2023/11/24213Wang（1993）和PenzienandWu（1998）的闭合形式弹性静态解可用于计算动态（伪静态）隧道衬砌内的推力（T）、剪力（V）和弯矩（M）（图4-10和4-11）。这些解考虑了隧道衬砌与周围土或岩体的相互作用。推力，

剪力弯矩F称为柔度系数完全滑动解（零切向剪切应力）条件

2023/11/24214无滑动条件解

——隧道和地质介质界面的位移连续推力，

剪力弯矩PenzienandWu（1998）2023/11/24215Wu（1993）的无滑动条件压缩系数2023/11/24216矩形隧道分析:类似于圆形隧道的椭圆效应分析，矩形隧道横断面也应当在假定竖直传播剪切波的条件下分析强迫挤压变形。另外，隧道的边墙和拱顶也应当进行动态土压力分析。

横向撕扯变形分析：Wang（1993）提出了结合土--结构相互作用分析矩形隧道（图4-3d）横向撕扯的简化方法。这个方法是基于很多不同土和结构的动态性质和结构形状的实例所作的一系列动态有限元分析而提出。

2023/11/24217图4-12Wang（1993）矩形隧道横向撕扯分析各项的术语定义2023/11/24218评价结构响应和行为步骤第1步：计算竖向传播剪切波引起的沿结构高度的土的自由场有效剪切变形Δff。第2步：确定土和结构的相对柔度第3步：计算结构的横向撕扯扭曲第4步：进行结构分析，确定力、力矩和详细的要求。2023/11/24219图4-13矩形隧道横向撕扯系数2023/11/24220图4-14矩形隧道横向撕扯分析的框架简化分析模型。2023/11/24221土压力分析：对相对周围土是硬土的隧道（也就是柔度系数Fr≤1.0，），应当对结构边墙抵抗动态土压力的能力做进一步检查。作用在边墙上的动态侧向土压力是惯性诱发土压力的增量，而惯性诱发土压力是要添加到或从静态侧向土压力中减掉的（见图4-15）。它们在降低一侧土压力的同时，提高结构另一侧的土压力。应当校核由该动态压力诱发的隧道横向撕扯确实没有过大地超过周围地层的剪切变形。2023/11/24222图4-15作用在明挖矩形隧道边墙上的侧向土压力动态侧向土压力公式地震土压力系数水平地震系数2023/11/242234.4.1.4（b）数值分析二维有限元和有限差分模型可以被用来分析隧道的横断面。图4-16隧道的离散元模型2023/11/242244.4.2断层破裂评估4.4.2.1引言受到沿断层直接剪切位移影响的隧道其行为的评估包括两个方面：第一，抽取断层穿过隧道处的自由场断层位移特征（也就是无隧道时的位移）；第二，计算特征位移对隧道的影响。4.4.2.2评估断层位移量4.4.2.3断层位移时的隧道分析一般地，评价受断层位移影响的隧道，其分析方法与地下管线使用的那些方法是一样的。在直线地下结构的评价和设计（美国土木工程协会天然气和液体燃料生命线委员会）中已经使用了三种分析方法。2023/11/24225Newmark-Hall方法Kennedyetal.方法有限元法4.4.3滑坡或液化评价如果沿隧道线路确定了可液化土沉积层或受到滑坡影响的不稳定土体，那么要评估液化或滑坡是否会在地震期间按预期发生以及对评估对隧道的影响，可能需要进行更详细的评价。2023/11/24226图4-19断层交接处隧道的土—结构模型示意图2023/11/24227图4-20断层交接处隧道的土体约束分析模型2023/11/24228如果滑坡引起的边坡移动或液化引起的侧向扩展移动切割隧道，这些移动对隧道的潜在影响类似于断层位移引起的影响。正像断层位移的情况一样，不经历局部严重的破坏，隧道一般可能没有能力抵抗大于几英吋的滑坡或侧向扩展集中位移。如果曾经预测到在隧道衬砌或边墙附近会发生液化，一个潜在的后果可能是液化区内被提高的侧向土压力引起的衬砌或边墙的屈服。由液化土所施加的压力可以与总的覆盖压力一样大。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进行检查。2023/11/242294.5改造策略图4-21楔形岩块的岩石锚杆稳定法

图4-22软弱或破碎岩石的岩石锚杆加强岩石隧道1地震动诱发破坏2断层位移诱发的破坏3滑坡和液化诱发破坏1地震动诱发破坏2023/11/24230岩石隧道改造策略软弱带或岩石楔块应当使用岩石锚杆、较强的衬砌或其它支护方法

对软弱岩石隧道，设置连续或有规则的岩石锚杆和铆钉以及喷砼支护体系

在高度节理化或破碎岩石区，可以考虑化学注浆。接触注浆

材料包括普通浆材、赛璐珞或泡沫混凝土、聚乙烯材料或其它化学浆材2023/11/24231土/软弱地层中的隧道图4-23预制混凝土管片衬砌2023/11/24232图4-24有隔振垫圈隧道衬砌中的柔性周边接缝细部示例特殊连接器

2023/11/24233图4-25隧道衬砌中柔性周边接缝细部示例

2023/11/24234土隧道改造策略在有限区域上通过去除软弱混凝土，施做喷砼、灌注混凝土或使用替代材料的局部修理。钢衬板隧道可以在被腐蚀的或因别的原因引致的脆弱区用焊接钢板来加强。接触注浆化学或压密注浆法的地层改良拆除既有衬砌，用临时地层支护建造新衬砌和/或分短段用顺序开挖方法做衬砌替换在钢管和既有衬砌之间的环形空道内建造钢筋混凝土或钢管混凝土内衬建造特别接缝，例如“隔振垫圈”（图4-24），接缝细节在4.5.1.3节和4.5.1.4节描述，提高衬砌的变形能力通过去除局部混凝土和安装钢连接器，加强或提高管片衬砌接缝的延性涌水可以限制某些土隧道的改造选择2023/11/24235明挖隧道的改造图4-26箱形隧道地震设计拐角钢筋细节2023/11/24236

沉管隧道改造图4-27在Webster沉管周围设置的典型碎石桩

建造隔离墙2023/11/24237图4-28在Posey沉管周围的喷射桩2023/11/24238图4-32被断层切割处扩大后的隧道（平面图，走向滑动断层）断层位移诱化的破坏2023/11/24239图4-34带有最终衬砌和脆性回填料以吸收断层位移的扩大隧道2023/11/24240图4-36建议断层带中隧道管片衬砌使用的柔性接缝2023/11/24241日本盾构隧道抗震2023/11/242424.6隧道筛选、评价和改造策略的例子例4.1–S波引起的隧道纵轴轴向和弯曲变形1.地震参数:地震矩震级,Mw=7.5

震源到场地的距离=10km

隧道以上地表面峰值地层加速度,amax=0.5g

2.隧道参数:钢筋混凝土圆形隧道:

D=6m

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

kPa

Il1=25.4m4

Al1=5.65m2

Depth=100m

3土参数:γt

=19.0kN/m3

Cm'=800m/s

vm=0.3

f=6,000kN/m

假定在隧道高程处震动由剪切（S）体波（即，本例已做评估，设计地震期间隧道部位不可能出现显著的表面波）。2023/11/24244a. 确定隧道深度处地震地震动参数：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. 根据纵向和弯曲组合变形确定轴向应变和应力，假定土—隧道相互作用可忽略不计：（对S波）εab=0.000085+9.1(10-7)=0.000085σab=0.000085(24.8x106

kPa)⋅=2100kPa2023/11/24246C计算土—隧道相互作用效应:2023/11/24247

根据以上计算，土--隧道相互作用效应将不会显著地降低隧道衬砌内的纵向应变或应力。d. 校核抵抗土与隧道衬砌间摩擦产生的最大力的轴向力Q:

Q<(Qmax

);这样轴向力不受摩擦承受能力的制约。

2023/11/24248例4.2–R波引起的隧道纵轴轴向和弯曲变形1. 地震参数:地震矩震级,Mw=7.5

地震源到场地的距离=20km

2.隧道参数:钢筋混凝土圆形隧道

:D=6m

t=0.3m

El=24.8x106

kPa

Il1=25.4m4

Al1=5.65m2

到隧道顶的深度,Z=15m

2023/11/242493. 土参数:γt

=17.0kN/m3

Cm'=250m/s

vm

=0.45

f=1500kN/m

假定隧道高程处震动受瑞利（R）波控制（即，本例已做评估，设计地震期间隧道处不可能出现产生强地层隧道和位移的显著的表面波）。a. 确定隧道深处的地震地震动参数。根据场地评估，确定：aR=0.20gVR=30cm/s=0.30m/s

2023/11/24250CR=500m/sandTR=2secondsL=CR⋅TR=500m/s(2s)=1000mb.根据水平面内纵向和弯曲组合变形确定轴向应变和应力，假定土—隧道相互作用可忽略不计（对R波）2023/11/24251εab=0.0006+0=0.0006σab=E1εab=14,880kPac.根据竖直面内弯曲变形确定轴向应变和应力，假定土—隧道相互作用可忽略不计：（对R波）2023/11/24252(与（b）中确定的轴向应变相比可忽略不计)d. 计算土—隧道相互作用效应：

2023/11/242532023/11/24254e.校核抵抗土与隧道衬砌间摩擦产生的最大力的轴向力Q

Q=σab⋅Al1=10,900(5.65)=61,600kN

Q<(Qmax);f这样轴向力不受摩擦承受能力的制约。2023/11/24255例4.3–圆形隧道的椭圆化变形1.地震参数:地震矩震级,Mw=7.5震源到场地的距离=10km

隧道上地表面峰值地层加速度,amax

=0.5g

2隧道参数:钢筋混凝土圆形隧道

:D=6mt=0.3m

El=24.8x106kPa

Il2=0.0023m4/m

2023/11/24256Al2=0.3m2/m

vl

=0.2

到隧道顶的