山嶺隧道襯砌結(jié)構(gòu)震害機(jī)理研究

于媛媛

（中國地震局工程力學(xué)研究所，哈爾濱150080）

山嶺隧道襯砌結(jié)構(gòu)震害機(jī)理研究

于媛媛

（中國地震局工程力學(xué)研究所，哈爾濱150080）

隧道工程是交通系統(tǒng)的重要組成部分，按其埋深主要分為淺埋隧道和山嶺隧道（深埋）。以往的經(jīng)驗(yàn)認(rèn)為山嶺隧道不容易出現(xiàn)震害，因此相關(guān)的研究很少。2008年汶川8．0級(jí)特大地震造成了震中附近的多座公路隧道受損嚴(yán)重，震后修復(fù)十分困難。目前隧道襯砌結(jié)構(gòu)震害機(jī)理成為學(xué)科發(fā)展的一個(gè)難點(diǎn)，嚴(yán)重制約了山嶺隧道的抗震設(shè)計(jì)。本文以闡明山嶺隧道二次襯砌在地震作用下的力學(xué)模式和震害機(jī)理為目標(biāo)，采用理論分析、振動(dòng)臺(tái)地震模擬實(shí)驗(yàn)以及有限元地震反應(yīng)分析等方法開展系統(tǒng)研究。取得的主要成果如下：

（1）通過實(shí)地調(diào)查，詳細(xì)描繪了都江堰至映秀高速公路沿線山嶺隧道的地震受損情況。統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，不良地質(zhì)區(qū)間內(nèi)無筋混凝土二次襯砌的震害比例最大。

（2）用等效模擬法，探討了襯砌拱頂背后存在空洞、地震波入射角度不同、地層條件突變的情況下隧道結(jié)構(gòu)的受震機(jī)制。指出了在地震作用下，襯砌拱頂背后存在空洞易導(dǎo)致拱頂區(qū)域向上脫開并發(fā)生整體式坍塌。

（3）以龍溪隧道為原型，用振動(dòng)臺(tái)地震模擬實(shí)驗(yàn)研究了山嶺隧道淺埋段內(nèi)二次襯砌的地震響應(yīng)規(guī)律。模型試驗(yàn)再現(xiàn)了實(shí)際隧道的震害現(xiàn)象，地震輸入的加速度峰值不同，襯砌關(guān)鍵部位的地震響應(yīng)敏感程度亦不相同；試驗(yàn)驗(yàn)證了混凝土襯砌結(jié)構(gòu)的極限壓應(yīng)變數(shù)值在450με左右。

（4）對(duì)豎向地震作用下無筋混凝土襯砌和鋼筋混凝土襯砌進(jìn)行了振動(dòng)臺(tái)對(duì)比試驗(yàn)。試驗(yàn)驗(yàn)證了無筋混凝土二次襯砌在地震時(shí)容易形成立即崩塌的極限破壞模式。此外，本次試驗(yàn)首次證明了強(qiáng)烈的豎向地震作用是引發(fā)隧道襯砌的拱墻至拱腳外側(cè)出現(xiàn)斜向開裂的主要原因。由此建議，位于軟弱破碎地層內(nèi)的襯砌應(yīng)在其橫斷面內(nèi)雙向布設(shè)最小配筋率為0．2%的受彎鋼筋以提高結(jié)構(gòu)延性，為隧道抗震設(shè)計(jì)提供了依據(jù)。

（5）用有限元法分析了山嶺隧道縱向的地震響應(yīng)。計(jì)算結(jié)果表明，在軟硬地層交界處，由地震引起隧道結(jié)構(gòu)的縱向拉應(yīng)力峰值遠(yuǎn)高于混凝土結(jié)構(gòu)的極限抗拉強(qiáng)度，解釋了隧道襯砌產(chǎn)生環(huán)向開裂的震害機(jī)理。

山嶺隧道；無筋混凝土襯砌；崩塌；汶川地震；延性；應(yīng)答變位法

（作者電子信箱，于媛媛：yyxuyu82＠hotmail．com）

P315．9；

A；

10．3969／j．issn．0235-4975．2014．04．016