地鐵動荷載作用下隧道-地裂縫-地層的三維動力響應(yīng).pdf

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1、第3O卷第3期災(zāi)害學(xué)voJ．30No．32015年7月JOURNALOFCATASTROPHOLOGYJul_2015楊覓，門玉明，賈朋娟．地鐵動荷載作用下隧道一地裂縫～地層的三維動力響應(yīng)[J]．災(zāi)害學(xué)，2015，30(3)：061—066．[YangMi，MenYumingandJiaPengjuan．There—dimensionalDynamicResponseofMetroTunnelandStratumDuetoSubwayMovingLoadsinGroundFissureArea[J]．JournalofCatastrophology，2015，30(3)：0

2、61—066．]地鐵動荷載作用下隧道一地裂縫一地層的三維動力響應(yīng)楊覓，門玉明，賈朋娟(長安大學(xué)地質(zhì)工程與測繪學(xué)院，陜西西安710054)摘要：為了探明西安地裂縫場地地鐵動荷載作用下的隧道一地層動力響應(yīng)特征，提出了基于ABAQUS的地鐵振動響應(yīng)三維模擬方法，實現(xiàn)了地鐵多輪對荷載的移動。通過有限元計算，得到了整體式隧道的振動響應(yīng)特征和振動波在地裂縫場地的傳播規(guī)律，并將有無地裂縫時的振動響應(yīng)進行了對比，分析了地裂縫對振動響應(yīng)的影響。計算表明：單節(jié)車輛誘發(fā)振動沿縱向的影響范圍不超過75m；地鐵運行誘發(fā)的振動以豎向為主，振動沿橫向傳播時水平振動衰減較慢；在本次模擬工況下，地裂縫的存在

3、對地裂縫鄰近約12nl范圍內(nèi)土體的振動影響較大，對襯砌結(jié)構(gòu)的影響不顯著。關(guān)鍵詞：地裂縫；整體式隧道；地鐵荷載；動力響應(yīng)；數(shù)值模擬；西安中圖分類號：TU435；U260．17；X4文獻標(biāo)志碼：A文章編號：1000—811x(2015)03—0061—06doi：10．3969／j．issn．1000—811X．2015．03．012地裂縫給西安地鐵的建設(shè)帶來了重大難題，鶴年?等人對地鐵誘發(fā)的環(huán)境振動進行了三維有許多學(xué)者對穿越地裂縫帶的隧道結(jié)構(gòu)措施開展了限元模擬，并與實測值進行了對比，發(fā)現(xiàn)二者較研究，取得了很多成果。目前，地鐵1、2號線已吻合。筆者利用ABAQUS軟件分別對二維

4、和三維于2011年和2013年相繼運營。地鐵的運營又帶來的振動響應(yīng)進行了模擬，發(fā)現(xiàn)二維模擬結(jié)果偏大，一些新的課題，地鐵振動問題以及地鐵動荷載作由此說明二維模擬有一定的局限性?；诖耍居孟滤淼酪坏亓芽p一地層的動力響應(yīng)問題。文在西安地裂縫的背景下，進行地鐵動荷載作用國內(nèi)對地鐵振動的研究，現(xiàn)場實測和數(shù)值模下的隧道一地層三維動力響應(yīng)研究。目前對西安擬手段均有。對于實測，潘昌實J、張玉娥等地裂縫帶地鐵振動問題的研究幾乎是空白，本文人對北京地鐵隧道襯砌結(jié)構(gòu)的振動進行了現(xiàn)場測試，劉衛(wèi)豐等人對北京地鐵誘發(fā)的地面振動進的研究對了解西安地鐵運行誘發(fā)振動的傳播特征行了測試，樓夢麟等人對上海地鐵

5、誘發(fā)的地表及控制振動有一定意義。振動進行了測試。從已有的文獻來看，地鐵振動實測集中在地鐵修建較早的北京、上海、廣州、1模型的建立南京等城市，而且振動問題已被廣泛關(guān)注，因為地鐵振動對沿線居民生活和古建筑的安全造成了1．1有限元模型與材料一定的影響。在西安，錢春宇等人對地鐵運行取隧道與地裂縫90。正交，地裂縫傾角8O。，引發(fā)的鐘樓臺基和木結(jié)構(gòu)的振動進行了實測。由貫穿整個地層。模型上、下盤地表沿縱向長度為于西安地鐵修建較晚，所以地鐵振動實測偏少。90m、50113．，橫向?qū)挾葹?00m，深度為50m。二在數(shù)值模擬方面，二維模擬因網(wǎng)格數(shù)目少，計算次襯砌外圍寬度為9．4m，高度為9．

6、55m，初襯與快捷被眾多學(xué)者采用。劉建達、宮全美H、白二襯厚度為0．3m、0．55m，隧道埋深15m，有限冰J、單濤濤等人采用二維有限元模型分析了地鐵振動問題。而Andersen。等人的研究表明，元模型及襯砌如圖1所示。襯砌與土體單元采用八二維模擬只能用于地鐵引起振動的定性分析。張節(jié)點線性六面體單元。對于單元尺寸，孟昭博¨收稿日期：2014—12—02修回日期：2015一叭一l6基金項日：國家自然科學(xué)基金項目(41172257)作者簡介：楊覓(1988一)，男，湖北荊州人，博士研究生，主要從事地下建筑安全與地質(zhì)災(zāi)害治理方面研究E-mail：844144139@qq．corn

7、62災(zāi)害學(xué)30巷的研究表明，在研究黃土地區(qū)小于20Hz的低頻地可以自行計算上述阻尼系數(shù)。模擬時，在模型左右鐵振動時，選用1．5m的單元長度，可以滿足計算側(cè)、下側(cè)設(shè)置無限元邊界，在轉(zhuǎn)角處設(shè)置轉(zhuǎn)角無限精度。為r控制汁算代價，將襯砌上下部位和左元，前后設(shè)置法向?qū)ΨQ邊界條件，地表采用自由彳10Ill范圍內(nèi)網(wǎng)格加密，最大尺寸超過2m，邊界。其他區(qū)域網(wǎng)格適當(dāng)加大，橫向最大尺寸為5．5n-1，1．3模態(tài)分析沿隧道縱向最大尺寸不超過2m。利用ABAQUS／Standard，選擇Lanczos方法計算整體式隧道一地裂縫一地層模型的自