高烈度地震区公路隧道洞口段大型振动台模型试验方案设计.pdf

高烈度地震区公路隧道洞 口段 大型振动台模型试验方案设计 蒋树屏 ，蒋 华 ，王晓雯 ，林 志 ，郑升宝 (1．重庆交通科研设计院 重庆市 400067；2．重庆交通大学 重庆市 400074) 摘 要 ：以西藏嘎隆拉隧道 的工程建设为背景，对嘎隆拉隧道进 口段进行 了大型振动 台模型试验方案设计 。根 据本次试验 的 目的和特性 ，首先介绍 了振动 台模型试验 的模型箱设计 ，并对整个模型体系模拟 的范围和相似关系进 行了剖析 。然后 ，在参照 已有研究成果并结合本次试验拟定的相似关系基础之上 ，确定了模拟模型岩层和模型衬砌 的材料。同时，以嘎隆拉隧道进 口段数值模拟结果为基础 ，选择了振动 台模型试验测点的布置位置 。最后 ，结合隧址 区所处的地震环境 ，编制 了模型试验 的加载制度 。 关键词 ：隧道洞 口；振动台试验 ；方案设计 ；动力相互作用 ；模型岩层 ；围岩一衬砌 山岭隧道 ，围岩一衬砌体系结构动力相互作用 试验的部位 。 振动 台模型试验 ，是地下工程领域的一个新课题 。 目前 ，国内外学者对此的研究很少 ，其 中以文献[1] 2 振动台模型试验的装置 ～ 文献E3]的振动 台试验最具代表性。但这也是基 进行隧道洞 口段的振动 台模型试验 ，主要是为 于小比例尺的离心机试验 ，由于 围岩一衬砌动力反 了了解隧道衬砌在高烈度地震下的各种响应 ，并对 应特性主要受周围介质的位移场影响，衬砌本身的 比数值计算结果 ，得出其动力反应的规律 ，指导设计 惯性力对其地震反应特性的影响不大 ，因此 ，进行大 和施工 。振动台模型试验是在重庆交通科研设计院 型振动台试验 ，研究围岩一衬砌体系的地震响应 比 桥梁及结构动力实验室进行。设备为大型三轴向六 离心机试验更可靠 。同时，鉴于这一问题 的复杂性 ， 自由度地震模拟试验 台阵 ，其 台面尺寸为 3．0mX 学者们以往 的研究工作主要局限于数值模拟围岩一 6．0m，最大承载为35t，振动方向为X、y、Z三向六 衬砌体系的地震响应 问题 ，而缺乏必要的试验论证 ， 自由度 ，频率范 围为 0．1～50Hz，台面最大加速度 因此，进行振动台模型试验，研究围岩一衬砌体系的 X 向、y 向、Z向均为 1．0g。 地震 响应十分必要 。 图 1显示了振动台模 型箱 的外观 ，模型箱的边 界 由焊接热轧等边角钢制成支撑框架 ，其 内采用钢 1 试验概况 板为箱体侧壁和底板 ，并在沿隧道纵 向方 向上设置 西藏嘎隆拉隧道是新改建扎墨公路的控制性工 两道观测孔 ，以便动态观测隧道衬砌在整个模拟地 程 ，隧道位于青藏高原东南部 的喜马拉雅 山脉与横 震动过程中的性态和可能的裂缝发生及开展 的全过 断山脉的交界处 ，隧址区新构造运动强烈。根据 《中 程 。为了消除边界效应，在箱体四壁均设置 225nun 国地震烈度区划图》，隧址区地震基本烈度≥9度。 厚的模塑聚苯乙烯泡沫塑料板 ，并在其与模型岩土交 大量的震害调查表明：地震对隧道洞 口段影响较大。 界面上粘贴光滑的聚氯乙烯泡沫 ，以减小边界与岩层 在地形 、地质条件不利的地段 ，当发生强烈地震时， 接触面上的摩擦阻力。为了避免激振时模型岩土与 由于洞 口边仰坡滑坡、地表开裂 、断层位移等造成洞 箱体底部钢板发生相对滑移，在模型箱体底部粘结 口堵塞 、洞门破坏 、衬砌变形、开裂等不同程度 的破 了一层碎石。整个模型箱高为 2450mm，沿隧道纵 坏 。因此，本文优选嘎隆拉隧道洞 口段作为振动 台 向净长3010mm，沿隧道横断面方向宽2710mm。 通过 ANSYS计算模型箱的 自振频率 ，并提取其第