岩体隧道横断面地震反应模拟与影响因素分析.doc

岩体隧道横断面地震反应模拟与影响因素分析汶川“5.12”地震后，位于某震区的某岩体隧道遭受了十分严重的破坏，如衬砌大面积开裂，边墙内挤，底板隆起，拱顶弯曲变形等。随着越来越多的山中构筑物的建设和我国目前许多地区严峻的地震风险形势，岩体隧道地震反应与破坏的研究对于正确认识和预防岩体隧道震害有着十分重要的意义。本文利用ABAQUS软件对岩体隧道二维横断面进行地震反应模拟与影响因素分析。主要做了如下工作：1）总结了隧道等地下结构抗震研究历史及现状；总结了隧道等地下结构的抗震研究方法；简单归纳了岩体隧道的震害机理。描述了某岩体隧道震害现象等。2）介绍了利用有限元软件对岩体隧道进行地震反应分析时需要注意的几个重要问题；选择隧道衬砌及衬砌外围岩薄层作为地震反应分析对象。3）利用ABAQUS软件，模拟岩体隧道的地震反应，简单解释了岩体隧道的震害现象，对比分析了围岩应力释放率、围岩参数、埋深三个因素对岩体隧道衬砌及衬砌周围围岩薄层地震反应的影响。通过以上工作，主要得到了以下结论：1）岩体隧道的震害原因为围岩挤压衬砌造成衬砌大变形导致破坏，围岩到达塑性阶段，具有产生大变形的条件，极易产生节理裂隙扩展导致岩层断裂滑移造成衬砌破坏。拱腰处衬砌易发生拉伸破坏，拱肩处衬砌易发生压剪破坏。岩体隧道边墙外岩体最容易发生剪切破坏，当边墙外岩体中存在节理裂隙时，节理裂隙最容易发展导致岩体断裂错动，对衬砌造成破坏。仰拱两侧岩体塑性变形不对称，可能造成岩体隧道底板一侧隆起。2）围岩应力释放率对岩体隧道衬砌以及衬砌附近围岩薄层的地震反应有明显影响。围岩应力释放率到达一定程度时，隧道衬砌边墙水平方向的变形、拱腰处第一主应力、拱肩处第三主应力较大，岩体隧道拱顶竖直方向变形较小；围岩应力释放率中等时，岩体隧道底板竖向错动变化明显，边墙竖直方向变形变化明显；围岩应力释放率大或者小时，岩体隧道的地震反应区别不大。围岩应力释放率中等时，衬砌外围岩薄层的等效塑性应变值变化明显；围岩应力释放率大或者小时，衬砌外围岩薄层的等效塑性应变值区别不大。这应与围岩本身应力释放作用与地震动、围岩自身强度参数等共同构成了消长作用有关。在实际工程抗震设计时，应当考虑对应力释放参数进行谨慎选择。3）围岩参数对岩体隧道衬砌及衬砌附近围岩薄层的地震反应影响复杂，对隧道水平向振型有明显影响。对埋深40m的岩体隧道，Ⅲ级围岩岩体隧道边墙地震反应最大，Ⅳ级围岩次之，Ⅱ级、Ⅴ级围岩最小；本地震动输入条件下，围岩等级越高，底板的地震反应越明显；对埋深40m的岩体隧道，围岩等级对衬砌外围岩薄层的等效塑性应变值分布有影响。4）埋深对岩体隧道衬砌及衬砌附近围岩薄层的地震反应有很大影响。对所建模型，埋深30m时，岩体隧道衬砌的地震反应最小；埋深大于30m时，随埋深增加，衬砌的地震反应增大；埋深20m时，由于地表对地震波的反射效应，衬砌的地震反应较大；埋深越深，隧道周围围岩地震反应越明显；埋深等级对衬砌外围岩薄层的等效塑性应变值分布影响也较大。