含侧部岩溶空洞盾构隧道的地震响应及损伤研究

摘要

地震作用下，侧部岩溶空洞的相对位置会影响隧道结构的地震响应特性。针对SV波斜入射工况，研究当侧部岩溶空洞位于地震波传播路径中隧道后方时，对盾构隧道动力响应及结构损伤特性的影响。采用有限元软件，实现了黏弹性人工边界和任意角度地震动的波动输入，并验证其准确性。通过数值计算分析侧部空洞洞径尺寸、洞隧间距对隧道变形和应力分布的影响；基于拉伸损伤因子与混凝土裂缝宽度的对应关系，比较隧道结构损伤特征。结果表明：入射角度对隧道地震响应及损伤影响显著。入射角度为0°时，隧道变形及应力分布受洞径尺寸和洞隧间距影响显著，近洞侧拱肩应力幅值变化分别为40.99%和77.78%,洞径尺寸仅对隧道变形范围影响明显；入射角度为30°时，随着洞径尺寸的增大和洞隧间距的减小，应力分布基本不受影响，而结构损伤程度加重；当洞径尺寸≥0.8D、洞隧间距≤0.6D时，拱底中心区域出现损伤集中且向拱脚偏移的现象。侧部溶洞在一定程度上起到了消能减振的作用，但也加剧了结构的局部破坏。文章对岩溶隧道的结构设计及监测具有指导意义。

关键词

盾构隧道 / 岩溶溶洞 / 动力响应 / 损伤特征 / 数值模拟