Although intensive research of the influence of ground motion duration on structural cumulative damage has been carried out, the influence of dynamic responses in underground tunnels remains a heated debate. This study attempts to highlight the importance of the ground motion duration effect on hydraulic tunnels subjected to deep-focus earthquakes. In the study, a set of 18 recorded accelerograms with a wide-range of durations were employed. A spectrally equivalent method serves to distinguish the effect of duration from other ground motion features, and then the seismic input model was simulated using SV-wave excitation based on a viscous-spring boundary, which was verified by the time-domain waves analysis method. The nonlinear analysis results demonstrate that the risk of collapse of the hydraulic tunnel is higher under long-duration ground motion than that of short-duration ground motion of the same seismic intensity. In a low intensity earthquake, the ground motion duration has little effect on the damage energy consumption of a hydraulic tunnel lining, but in a high intensity earthquake, dissipation of the damage energy and damage index of concrete shows a nonlinear growth trend accompanied by the increase of ground motion duration, which has a great influence on the deformation and stress of hydraulic tunnels, and correlation analysis shows that the correlation coefficient is greater than 0.8. Therefore, the duration of ground motion should be taken into consideration except for its intensity and frequency content in the design of hydraulic tunnel, and evaluation of seismic risk.
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以棋盘石穿越断层破碎带段隧道为背景,采用理论计算与数值模拟相结合的方法,对棋盘石隧道在汶川波作用下的地震响应分析进行了系统研究。探讨了断层破碎带衬砌在地震荷载作用下的破坏方式,并且把数值模拟结果与汶川特大地震震害的公路隧道进行对比分析。结果表明:用松动圈折减系数法估算出衬砌最大弯矩和剪力的数值与数值模拟的结果基本一致,验证了MIDAS/GTS-NX模拟隧道地震时程分析的可行性;同时根据对有限元模型进行时程分析的结果,探讨了断层破碎带处衬砌的破坏方式,并提出合理可行的防治及加固措施。 相似文献
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走滑断层位移作用下山岭隧道非线性反应分析 总被引：1，自引：0，他引：1
为了研究穿越断层的山岭隧道结构在走滑断层位错作用下的反应,基于有限元和拟静力的基本原理,建立了隧道围岩的相互作用模型,提出了一种以围岩沿断层位错为输入荷载的跨断层隧道衬砌的反应分析方法。利用有限元分析软件ANSYS的位移荷载功能,使该反应分析方法得以实现。分析过程中以上盘为主动盘,通过给上盘施加强制位移来描述围岩的错动,采用荷载步为100步的逐步加载的方式来描述围岩错动的过程。对比研究了走滑断层工况下,加载断层位错由小到大的过程中,隧道衬砌各部分的应力反应状态。结果表明:当断层位错在20cm以下时,隧道衬砌各部分均处于安全状态;随着错动量的增大,衬砌不同部分的破坏顺序为:边墙先产生破坏,然后顶板产生破坏,最后破坏延伸至底板。 相似文献
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目前地震边坡和隧道稳定性分析方法尚有一些不尽如人意的地方,如地震边坡的破裂面假定为剪切破裂面,这与汶川地震边坡破坏现象不符;地震边坡稳定性分析采用时程分析法,假定在某一时刻加速度作用下,将其作为静力问题来计算边坡稳定安全系数,没有充分考虑加载的动力效应;同样,未考虑地震作用下隧洞围岩的拉破坏,对隧洞围岩破坏缺少动力稳定性标准,也不能充分考虑隧洞围岩与衬砌的动力效应。为此,基于有限元强度折减法,提出了一种完全的动力分析方法——强度折减动力分析法,计算中同时考虑剪切强度和抗拉强度参数的折减,并采用计算不收敛和位移突变综合判断边坡和隧道是否动力失稳破坏,以极限状态时的强度折减系数作为地震边坡和隧道的动力稳定系数,由此获得拉、剪组合破裂面与全动力稳定安全系数,充分考虑了动力效应。 相似文献
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将单圆盾构隧道衬砌结构在地震作用下的动力响应问题,简化为由作用于盾构隧道管片形心的等代地震惯性力与地层抗力组成的受力体系,并据此以计算结构在地震作用下的内力.结果表明,该方法能准确反映单圆盾构隧道在地震作用下的内力最大值,并且简单、实用. 相似文献
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《地震工程与工程振动》2021,41(5)
SV波以大角度斜入射时,场地伴随更大的竖向地震作用,这很可能使得地铁隧道地震响应特点异于小角度斜入射情况。基于粘弹性人工边界理论,采用频域刚度矩阵法计算任意角度斜入射SV波的地震动输入等效节点力,通过ABAQUS有限元软件建立自由场模型,验证了0°、30°、40°和50°斜入射SV波地震动输入的准确性;在此基础上建立任意角度斜入射SV波作用下的地下双线并行圆形地铁隧道地震响应分析数值模型,从场地类别、隧道埋深和双隧道间距等方面分析SV波入射角度对隧道结构横断面地震响应的影响。研究表明:入射角度0°及略大于SV波临界角的入射角度是浅埋圆形地铁隧道结构抗震的最不利角度,尤其对于Ⅱ类场地,若仅在临界角以内研究衬砌结构的地震响应,将显著低估衬砌结构的动力响应;此外,隧道埋深对衬砌动弯矩、动轴力峰值具有显著影响,这种影响与场地类别密切相关;Ⅱ类和Ⅲ类场地中小隧道间距条件下隧道间的动力相互作用对衬砌结构动力响应具有一定的增大效应,而Ⅳ类场地中可忽略隧道间的动力相互作用对衬砌结构动力响应所产生的影响。 相似文献
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采用间接边界元法(IBEM)结合"分区契合"技术,研究qP波入射下横观各向同性(TI)场地中衬砌隧道的动力响应问题。方法充分利用半空间和全空间动力格林函数在分别构造含孔半无限空间域和闭合域内散射波场方面的优势,将含有衬砌隧道的层状弹性半空间分解为含孔半无限空间域和一个环形衬砌闭合域来分别进行波场构造,有效地降低了求解时间和存储量。文中验证方法的正确性,并以均匀TI半空间和基岩上单一TI土层为例,计算分析弹性半空间场地中隧道衬砌内表面动应力放大问题。结果表明qP波入射下,TI介质与各向同性介质场地中埋置衬砌隧道的动力响应差异显著,TI介质参数的变化导致场地动力特性的改变,进而改变场地与衬砌隧道的动力相互作用机制,显著影响着衬砌内表面动应力的大小及其空间分布。 相似文献
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依托四川茂县跃龙门铁路隧道工程,以主线单线隧道与横通道正交结构为研究对象,通过ABAQUS建立有限元分析模型。选取El-Centro地震波数据,通过应用扩展有限元理论,对横通道与主隧道交叉结构在最不利地震条件下的裂损进行研究,并提出减震层结合柔性接头的抗震措施。研究分析得到:减震层结合柔性接头的设置减小并抑制了交叉结构隧道在强震作用下的开裂范围。柔性接头的设置阻止了纵向裂缝的扩展,在交叉口处中部设置环向柔性接头能完全阻止交叉部位拱顶的裂缝生成;在初期支护和二次衬砌之间设置减震层,给予衬砌更大变形空间,使二次衬砌不易受初期支护变形受力影响而开裂。 相似文献
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针对在水库堤坝排水边坡混凝土裂纹的抗震性研究中,未考虑岩土体抗剪强度参数的劣化屈服效应以及混凝土裂纹的老化,存在抗震性判断结果准确率较差等问题,提出水库堤坝排水边坡混凝土考虑老化后产生裂纹的抗震性能研究方法。模拟强震下边坡混凝土的开裂破坏过程,根据D-P屈服准则,实现对闸墩混凝土材料的屈服判断。采用薄层整体单元模拟和分离式裂纹单元,实现混凝土裂纹的数值模拟,加载地震波后,获取混凝土裂纹的强震响应规律与破坏特征。实验结果可知,本文方法对坝体位移变化的研究精度高,得到的混凝土裂纹扩展范围更为准。运用本文方法对水库堤坝排水边坡混凝土的抗震性研究准确率以及可信度较高,说明本文方法具有一定的可取性。 相似文献
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2022年1月8日,青海省门源县发生MS6.9地震,造成震中附近的兰新高铁大梁隧道受损,导致高铁长时停运。文章通过建立二维平面应变模型,加载双向门源波进行动力时程分析,得到了大梁隧道的地震动响应结果,并对模型在震后的受力变形及震害特征进行详细分析。结果表明：在门源波双向加载下,大梁隧道的地震动响应受水平地震荷载影响很大;沿着y轴正向,隧道的截面形状对纵向位移和加速度的地震动响应有加强作用;拱顶处地震动响应最大,其竖向及横向地震动响应加速度分别为5.206 4 m/s2、4.534 8 m/s2,竖向及横向位移分别为7.070 9 cm、0.641 5 cm;拱底处地震动响应最小,其竖向及横向地震动响应加速度分别为3.287 6 m/s2、4.511 2 m/s2,竖向及横向位移分别为4.851 6 cm、0.625 2 cm;拱肩、拱脚处存在明显的应力集中现象,拱顶、拱底、拱肩及拱脚处内力的受力形式发生变化,但是衬砌应力和内力的极值均发生在拱腰及拱脚处,说明拱腰及拱脚处为震害严... 相似文献
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高耸进水塔结构在地震作用下的动态响应分析 总被引：2，自引：0，他引：2
针对低周往返地震作用下的应力释放和应力调整规律,引入动态接触单元,采用El Centro地震动时程分析法,研究了接触非线性问题的高耸结构动态接触分析方法。对比分析弹性连接和动态接触方法的差异性,针对进水塔相互作用体系动力特性及响应影响规律进行讨论,将该模拟方法应用到5·12汶川地震作用下的紫坪铺1#泄洪塔工程。分析认为：考虑动态接触更符合地震作用下进水塔的实际受力情况;振动位移、速度、加速度更多地取决于地基特性,受上部结构刚度变化的影响不大;该塔体的整体稳定性可以保证,与震后复核结果相符。采用动态接触研究进水塔-岩体联合动力相互作用是十分必要的。 相似文献
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In this work, a hybrid boundary integral equation method (BIEM) is developed, based on both displacement and hypersingular traction formulations, for the analysis of time-harmonic seismic waves propagating through cracked, multi-layered geological regions with surface topography and under plane strain conditions. Specifically, the displacement-based BIEM is used for a multi-layered deposit with interface cracks, while the regularized, traction-based BIEM is used when internal cracks are present within the layers. The standard uni-dimensional boundary element with parabolic shape functions is employed for discretizing the free surface and the layer interfaces, while special discontinuous boundary elements are placed near the crack tips to model the asymptotic behaviour of both displacements and tractions. This formulation yields displacement amplitudes and phase angles on the free surface of a geological deposit, as well as stress intensity factors near the tips of the cracks. Finally, in the companion paper, numerical results are presented which show that both scattered wave and stress concentration fields are sensitive to the incidence seismic wave parameters and to specific site conditions such as surface topography, layering, the presence of cracks and crack interaction. 相似文献
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工程结构三维疲劳裂纹最大应力强度因子计算 总被引：1，自引：2，他引：1
介绍了裂纹的类型、裂纹尖端应力场的奇异性。以一维问题为例,推导论证了奇异单元能够很好的反映裂纹尖端应力场的奇异性。应力强度因子一般表达式表明应力强度因子与载荷呈线性关系,并依赖于物体和裂纹的几何形状和尺寸。本文借助大型通用有限元软件ANSYS,采用位移外插法计算了三维表面裂纹前沿不同位置处的应力强度因子,并与《应力强度因子手册》基于实验的理论公式计算结果相比较。结果表明:有限元结果与理论解误差较小,裂纹最深处应力强度因子最大。 相似文献
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Segmental tunnel linings are now often used for seismic areas. However, the influence of segment joints on the segmental lining behavior under seismic loading has not been thoroughly considered in the literature. This paper presents a numerical study, which has been performed under seismic circumstance, to investigate the factors that affect segmental tunnel lining behavior. Analyses have been carried out using a two-dimensional finite difference element model. The proposed model allows studying the effect of the rotational joint stiffness, radial stiffness and the axial stiffness of the longitudinal joints. The numerical results show that a segmental lining can perform better than a continuous lining during earthquake. It has been seen that the influence of the joint distribution, the joint rotational stiffness, the joint axial stiffness, Young׳s modulus of the ground surrounding the tunnel, the lateral earth pressure factor and the maximum shear strain should not be neglected. Some important differences of the segmental tunnel lining behavior under static and seismic conditions have been highlighted. 相似文献
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