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強震作用下穿越斷層隧道圍巖力學響應研究.pdf

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Journal ofEngineering Geology 工程地質學報 1004—9665/2013/21(2)一0171—11 強震 作 用 下 穿 越 斷層 隧道 圍巖 力 學 響應 研 究 木 楊志華① 蘭恒星① 張永雙② 李郎平① 熊探宇② (① 中國科學 院地 理科 學與資源研究所 北京 100101) (② 中國地質科學 院地 質力學研究所 北京 100081) 摘 要 通常情況下 ,地下工程震害 比地 面建筑物震 害較輕 ,但是在強震 條件下 ,地下 工程震 害依然突 出。2008年 5·12汶川 大地震 (M 8.0)對地 下工程造成 了巨大破壞 ,尤其 是穿越構造斷裂帶 的鐵 路 、公路隧道 。本文采用 三維離散元 (3DEC)動 力分 析方法和實測汶JlI地震動記 錄 ,模擬研究 了穿越 斷層 的成蘭鐵路鄧家坪隧道 圍巖在強震 和斷層 共同作用下 的動力 響應過程 。 經過與實地調查 的JLJll一 映秀斷裂帶地表破裂情況對 比驗證 ,模 擬結 果具有 較高 的可信 度。結果表 明:地震 動荷載 、斷層 等 因素的共 同作用改變 了隧道 圍巖中的初始應力分布 ,進而 引起 斷層 附近 隧道 圍巖應力 累積 、應力 集 中,最終 導致 了具有 高度 復雜性的漸進性斷層破裂過程 和隧道圍巖破壞過程 ,這個過程可以定性地劃分為 5個主要 階段 :彈性應力集 中階段 、破裂起始 階段 、破裂加 速階段 、穩定破裂 階段 和破裂 逐漸停止階段 。本研究將有 助于深刻認識 在強震 和斷層共 同作用下 的隧道 圍巖動 力 響應過程 ,并對 隧道 安全 性評價具有重大意義 。 關鍵詞 隧道 強震 斷層 漸進破壞過 程 三維離散元 中圖分類號 1TU45 文獻標識碼 :A Ro CK DYNAM IC RESPoNSE oF RAILW AY TUNNEL TRAVERSING THRoUGH FAULT UNDER STRoNG EARTHQUAKE YANG Zhihua① LAN Hengxing① ZHANG Yongshuang② LI Langping① XIONG Tanyu② ((~Institute of Geographic Sciences and Natural Resources Research,Chinese Academy Sciences,Beifing lOOlO1) ((~Institute of Geomechanics,Chinese Academy of Geological Sciences,Bering 100081) Abstract Usually,the earthquake—induced damage to underground structures is lighter than that to above—ground structures. But,under the condition of strong earthquakes and faults,the earthquake—induced damage to under— ground structures is still considerably serious. On May 12,2008,W enchuan earthquake with a magnitude of Ms 8.0 in Sichuan province,China caused tremendous damage to underground structures,especially the tunnels of railways and roads that traverse active faults.Dengjiaping tunnel of Cheng—Lan Railway(Chengdu to Lanzhou,in China) traverses the central fault belt in L0ngmenshan zone with complex geological conditions and developed active faults. This study uses dynamic module of 3 Dimensional Discrete Element Code(3 DEC)and acceleration histories of Wenchuan earthquake in Qingping station to investigate the dynamic response process of Dengjiaping tunnel under the combined effects of strong earthquake and fault. Verified by comparing the ground motion of field survey and modeling resuhs,the modeling results have high reliability.The modeling results show that the combined effects of 收稿 日期 :2012—05—20;收到修改稿 日期 :2012— 07—31. 基金項 目:中國地質調查局項 目(1212010914025)和國家 自然科學基金 (41072241) 第一作者簡介 :楊志華 ,主要從事 GIS與地質災害研究.Email:[email protected].ac.en
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