跨斷層隧道地震反應分析

王瓊

1)中國地震局工程力學研究所，哈爾濱150080

2)哈爾濱學院，哈爾濱150080

跨斷層隧道地震反應分析

王瓊1，2)

1)中國地震局工程力學研究所，哈爾濱150080

2)哈爾濱學院，哈爾濱150080

地震發生時，跨斷層隧道一般會產生較嚴重的震害。本文以跨斷層隧道為研究對象，從震害現象、震害產生的原因和抗震研究現狀的總結入手，進行了跨斷層隧道地震反應分析研究。

本文主要工作成果有以下幾個方面:

1.斷層位錯作用下隧道結構的非線性反應分析。針對斷層錯動而引起的隧道襯砌破壞，研究了幾種不同工況下隧道的非線性反應特性，主要得到以下研究結果:

(1)長大跨斷層山嶺隧道在不同斷層類型位錯作用的研究表明:在相同的加載過程中，逆斷層工況下隧道襯砌結構最先產生應力屈服，且逆斷層引起的屈服范圍最大。正斷層產生的破壞程度次之，而走滑斷層產生的破壞程度最小。

(2)選用不同剛度的圍巖進行相同的加載過程分析表明:在強制位移荷載作用下，圍巖為硬巖的工況下較軟巖工況下隧道襯砌更容易產生破壞;從應力屈服范圍來看，在同樣的加載過程和襯砌條件下，軟巖工況下隧道襯砌的底板和邊墻的屈服范圍大于硬巖工況，而兩種工況下的頂板屈服范圍相近。

(3)取斷層破碎帶寬度分別為5m、20m和100m三種工況分別進行研究，通過計算、對比分析表明:隨著斷層寬度的增大，底板的應力屈服區域逐漸增大，但位于上盤的隧道高應力范圍逐漸減小;在這三種工況下，頂板的高應力區及應力屈服區均發生在斷層范圍內;邊墻的高應力區和應力屈服區的范圍均隨著斷層寬度的增大而增大。

(4)綜合總體分析可以發現，隧道襯砌的高應力區主要產生于上盤距斷層90m至下盤距斷層50m之間的范圍內，在設計中應對該段給予更多的關注。

2.以混凝土襯砌為研究對象，利用在混凝土中加入不同含量的引氣劑計算了不同孔隙率情況下混凝土的不同拉、壓損傷因子。針對不同裂紋的混凝土，可以利用該擬合結果得到混凝土的損傷情況，進而獲取了損傷混凝土的應力應變本構。

3.改進了Loland和Mazars損傷模型，給出了新的損傷模型。以未添加引氣劑的混凝土為初始狀態混凝土，利用室內試驗對該混凝土的拉、壓性能進行測試，得到該混凝土的拉、壓應力應變關系。將拉、壓應力應變曲線數據分別帶入改進的損傷模型，得到了混凝土的拉、壓損傷本構和混合損傷本構關系表達式。

4.將利用試驗結果推導得到的損傷本構嵌入MIDAS/GTS軟件本構庫，并利用混凝土標準試件單軸壓縮試驗初步驗證了本構模型的正確性。

5.利用MIDAS/GTS軟件，采用本文研究建立的混凝土材料損傷本構模型，對跨斷層隧道在地震動時程作用下的反應進行模擬、計算和分析，得到了隧道塑性區產生范圍和規律;結合汶川地震中典型的隧道震害，對震害產生的原因進行了初步分析，同時也進一步驗證了自定義損傷本構模型模擬地震荷載作用下隧道襯砌反應的適用性。

(作者電子信箱，王瓊:79209552@qq.com)

P315.9;

A;

10.3969/j.issn.0235-4975.2012.03.009

跨斷層隧道;震害;斷層位錯;孔隙率;損傷本構;時程分析