• ISSN 0258-2724
  • CN 51-1277/U
  • EI Compendex
  • Scopus 收录
  • 全国中文核心期刊
  • 中国科技论文统计源期刊
  • 中国科学引文数据库来源期刊

衬砌纵向开裂隧道地震响应振动台的试验研究

李冰天 仇文革 戚幸鑫 邓旨珩 胡辉

李冰天, 仇文革, 戚幸鑫, 邓旨珩, 胡辉. 衬砌纵向开裂隧道地震响应振动台的试验研究[J]. 西南交通大学学报, 2021, 56(1): 20-27, 55. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20190657
引用本文: 李冰天, 仇文革, 戚幸鑫, 邓旨珩, 胡辉. 衬砌纵向开裂隧道地震响应振动台的试验研究[J]. 西南交通大学学报, 2021, 56(1): 20-27, 55. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20190657
LI Bingtian, QIU Wenge, QI Xingxin, DENG Zhiheng, HU Hui. Shaking Table Tests on Seismic Response of Tunnel with Longitudinal Cracking Lining[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2021, 56(1): 20-27, 55. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20190657
Citation: LI Bingtian, QIU Wenge, QI Xingxin, DENG Zhiheng, HU Hui. Shaking Table Tests on Seismic Response of Tunnel with Longitudinal Cracking Lining[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2021, 56(1): 20-27, 55. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20190657

衬砌纵向开裂隧道地震响应振动台的试验研究

doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20190657
基金项目: 国家重点研发计划(2017YFC0806006);国家自然科学基金资(51038009);高铁联合基金(U1434206)
详细信息
    作者简介:

    李冰天(1989—),男,博士研究生,研究方向为隧道与地下工程,E-mail:40808860@qq.com

    通讯作者:

    仇文革(1959—),男,教授,研究方向为隧道与地下工程,E-mail:qiuwen_qw@163.com

  • 中图分类号: U45

Shaking Table Tests on Seismic Response of Tunnel with Longitudinal Cracking Lining

  • 摘要: 为了研究高速铁路双线隧道衬砌纵向裂缝对结构抗震安全性的影响,针对《铁路隧道设计规范》(TB 10003—2016)IV级围岩开展大型振动台模型试验,试验采用改进的静动耦合剪切模型箱,考虑隧道埋深、衬砌开裂位置和开裂形式3个影响因素,分析隧道衬砌的地震动应变和结构内力响应规律. 试验结果表明:在地震剪切波作用下,浅埋隧道和深埋隧道衬砌结构的破坏形式分别为受拉破坏和受压破坏,破坏位置均首先出现在拱腰,对应的无裂缝衬砌破坏时振动台台面输入波峰值加速度分别为0.8g和0.9g;拱顶和边墙处裂缝对隧道衬砌结构抗震安全性影响较小,而拱腰处裂缝影响显著;浅埋和深埋条件下,拱腰处有裂缝的衬砌破坏时振动台台面输入波峰值加速度分别为0.5g和0.6g;纵向裂缝的开裂形式不同,衬砌破坏时对应的峰值加速度基本相同;在深埋条件下,相比于正截面裂缝,拱腰处斜截面裂缝导致衬砌结构破坏后变形速度加剧.

     

  • 图 1  静动耦合剪切模型箱

    Figure 1.  Static-dynamic coupling shear model box

    图 2  振动台模型试验

    Figure 2.  Shaking Table Model Test

    图 3  衬砌结构模型

    Figure 3.  Lining Structure Models

    图 4  不同开裂截面示意

    Figure 4.  Section form of cracks

    图 5  测点布置

    Figure 5.  Arrangement of monitoring gauges

    图 6  输入地震波归一化时程曲线

    Figure 6.  Time history curve of seismic wave

    图 7  测点A6A7A8加速度时程曲线

    Figure 7.  Acceleration time history curves of A6A7 and A8

    图 8  测点A6A7A8加速度峰值变化系数

    Figure 8.  PGA variation coefficients of A6A7 and A8

    图 9  测点A10A6A9响应加速度峰值放大系数

    Figure 9.  PGA amplification coefficients of A10A6 and A9

    图 10  浅埋工况1号衬砌模型应力响应(单位:kPa)

    Figure 10.  Stress response of No.1 lining structure model under shallow buried condition (unit: kPa)

    图 11  深埋工况6号衬砌模型应力响应(单位:kPa)

    Figure 11.  Stress response of No.6 lining structure model under deep buried condition (unit: kPa)

    图 12  浅埋工况2~5号衬砌模型应力响应

    Figure 12.  Stress response of No.2−No.5 lining structure models under shallow buried condition

    图 13  深埋工况7~10号衬砌模型应力响应

    Figure 13.  Stress response of No.7−No.10 lining structure models under deep buried condition

    表  1  振动台试验的相似关系

    Table  1.   Similarity Relation in the Shaking Table Test

    类型物理量相似关系相似比
    几何特性长度 L${C_L}$1/40
    线位移 x${C_x} = {C_L}$1/40
    材料特性密度 ρ${C_\rho }$1
    弹性模量 E${C_E} = {C_L}{C_\rho }{C_a}$1/40
    泊松比 μ${C_\mu } = 1$
    应力 σ${C_\sigma } = {C_E}$1/40
    应变 ε${C_\varepsilon } = 1$
    黏聚力 c${C_c} = {C_E}$1/40
    内摩擦角 φ${C_\varphi } = 1$
    动力特性加速度 a${C_a}$1
    速度 v${C_v} = C_L^{1/2}C_a^{1/2}$1/6.32
    时间 t${C_t} = C_L^{1/2}/C_a^{1/2}$1/6.32
    频率 f${C_f} = C_a^{1/2}/C_L^{1/2}$1/0.16
    下载: 导出CSV

    表  2  围岩原型和模型材料参数

    Table  2.   Material properties of rock prototype and rock model

    类型容重 γ/(kN•m−3E/GPac/MPaφ/(°)
    原型221.600.24027
    模型220.040.00627
    下载: 导出CSV

    表  3  隧道衬砌结构原型和模型材料参数

    Table  3.   Material properties of tunnel prototype and tunnel model

    类型E/GPa抗拉强度 σt/MPa抗压强度 σc/MPa
    原型30.802.0023.20
    模型0.770.050.58
    下载: 导出CSV

    表  4  各工况衬砌模型的初始裂损情况

    Table  4.   Initial cracking of lining structure in model tests

    组别衬砌编号初始裂损情况
    裂缝类型裂缝位置开裂截面
    浅埋 1 无裂缝
    2 纵向裂缝 拱顶 正截面
    3 纵向裂缝 右拱腰 正截面
    4 纵向裂缝 右边墙 正截面
    5 纵向裂缝 右拱腰 斜截面
    深埋 6 无裂缝
    7 纵向裂缝 拱顶 正截面
    8 纵向裂缝 右拱腰 正截面
    9 纵向裂缝 右边墙 正截面
    10 纵向裂缝 右拱腰 斜截面
    下载: 导出CSV

    表  5  最大剪切应变γmax试验值和理论值比较

    Table  5.   Experimental and theoretical values comparison of maximum shear strain γmax

    加速度峰值/
    (×g
    试验值/
    ×10−3
    理论值/
    ×10−3
    差值百分
    比/%
    0.1 0.07 0.21 67.0
    0.2 0.33 0.40 25.0
    0.3 0.40 0.57 29.8
    0.4 0.54 0.77 29.9
    0.5 0.79 0.95 16.8
    0.6 1.07 1.14 6.1
    0.7 1.21 1.33 9.0
    0.8 1.58 1.53 3.3
    0.9 1.71 1.72 0.6
    1.0 1.96 1.90 3.2
    下载: 导出CSV
  • ASAKURA T. Mountain tunnels performance in the 1995 hyogoken-nanbu earthquake[C]//The 2nd International Symposium on Recent Advances in Exploration Geophysics. Kyoto: Japan Society of Civil Engineers (JSCE), 1997: 173-182.
    WANG W L, WANG T T, SU J J, et al. Assessment of damage in mountain tunnels due to the Taiwan Chi-Chi earthquake[J]. Tunnelling and Underground Space Technology, 2001, 16(3): 133-150. doi: 10.1016/S0886-7798(01)00047-5
    YASHIRO K, KOJIMA Y. Historical earthquake damage to tunnels in Japan and case studies of railway tunnels in the 2004 Niigataken-Chuetsu earthquake[J]. Quarterly Report of Railway Techaical Research Institute, 2007, 48: 136-141. doi: 10.2219/rtriqr.48.136
    SHEN Yusheng, GAO Bo, YANG Xiaoming, et al. Seismic damage mechanism and dynamic deformation characteristic analysis of mountain tunnel after Wenchuan earthquake[J]. Engineering Geology, 2014, 180: 85-98. doi: 10.1016/j.enggeo.2014.07.017
    ASAKURA T, KOJIMA Y. Tunnel maintenance in Japan[J]. Tunnelling & Underground Space Technology Incorporating Trenchless Technology Research, 2003, 18(2): 161-169.
    HAACK A, SCHREYER J, JACKEL G. State-of-the-art of non-destructive testing methods for determining the state of a tunnel lining[J]. Tunnelling and Underground Space Technology, 1995, 10(4): 413-431. doi: 10.1016/0886-7798(95)00030-3
    RICHARDS J A. Inspection,maintenance and repair of tunnels:International lessons and practice[J]. Tunnelling & Underground Space Technology, 1998, 13(4): 369-375.
    重庆市交通委员会. 公路隧道养护技术规范: JTG H12—2015 [S]. 北京: 人民交通出版社, 2015.
    刘海京,夏才初,朱合华,等. 隧道病害研究现状与进展[J]. 地下空间与工程学报,2007,3(5): 947-953.

    LIU Haijing, XIA Caichu, ZHU Hehua, et al. Studies on tunnel damage[J]. Chinese Journal of Underground Space and Engineering, 2007, 3(5): 947-953.
    YUAN Yong, BAI Yun, LIU Jianhang. Assessment service state of tunnel structure[J]. Tunnelling & Underground Space Technology Incorporating Trenchless Technology Research, 2012, 27(1): 72-85.
    关振长,龚振峰,罗志彬,等. 特大断面隧道地震动力特性的振动台试验研究[J]. 岩土力学,2016,37(9): 2553-2560.

    GUAN Zhenchang, GONG Zhenfeng, LUO Zhibin, et al. Seismic property of a large section tunnel based on shaking table model tests[J]. Rock and Soil Mechanics, 2016, 37(9): 2553-2560.
    蒋树屏,文栋良,郑升宝. 嘎隆拉隧道洞口段地震响应大型振动台模型试验研究[J]. 岩石力学与工程学报,2011,30(4): 649-656.

    JIANG Shuping, WEN Dongliang, ZHENG Shengbao. Large-scale shaking table test for seismic response in portal section of galongla tunnel[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering, 2011, 30(4): 649-656.
    李林,何川,耿萍,等. 浅埋偏压洞口段隧道地震响应振动台模型试验研究[J]. 岩石力学与工程学报,2011,30(12): 2540-2548.

    LI Lin, HE Chuan, GENG Ping, et al. Study of shaking table model test for seismic response of portal section of shallow unsymmetrical loading tunnel[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering, 2011, 30(12): 2540-2548.
    孙海峰,景立平,王宁伟,等. 振动台多功能叠层剪切箱研制[J]. 岩石力学与工程学报,2011,30(12): 2498-2506.

    SUN Haifeng, JING Liping, WANG Ningwei, et al. Development of multifunctional laminar shear container for shaking table test[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering, 2011, 30(12): 2498-2506.
    程新俊,景立平,崔杰,等. 不同场地沉管隧道振动台模型试验研究[J]. 西南交通大学学报,2017,52(6): 81-88.

    CHENG Xinjun, JING Liping, CUI Jie, et al. Research of shaking table model tests on immersed tunnels under different conditions[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2017, 52(6): 81-88.
    仇文革, 段东亚, 李冰天, 等. 动静耦合剪切模型箱的设计分析及试验验证[J]. 土木工程学报, 2017, 50(增刊2): 274-280.

    QIU Wenge, DUAN Dongya, LI Bingtian, et al. Design and test verification of coupling dynamic and static shear model box[J]. China Civil Engineering Journal, 2017, 50(S2): 274-280.
    国家铁路局. 铁路隧道设计规范: TB 10003—2016[S]. 北京: 中国铁道出版社, 2017.
    JOHN C M S, ZAHRAH T F. Aseismic design of underground structures[J]. Tunnelling and Underground Space Technology, 1987, 2(2): 165-197. doi: 10.1016/0886-7798(87)90011-3
  • 加载中
图(13) / 表(5)
计量
  • 文章访问数:  704
  • HTML全文浏览量:  384
  • PDF下载量:  32
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2019-07-08
  • 修回日期:  2019-10-08
  • 网络出版日期:  2019-10-23
  • 刊出日期:  2021-02-01

目录

    /

    返回文章
    返回