地下工程地震动力响应及抗震研究
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?４８６?岩石力学与工程学报２００９笠
这样将边界阻尼常数ｄ。，ｄ，考虑到无限元中，无限元就能够充当吸收边界。
２．３减震措施研究
传统的抗震设计是利用材料的强度和结构构件的塑性变形来抵抗外来的地震力，使建筑物不倒塌。隔震技术是近年来发展起来的一种减震技术，它采用一种特殊的措施来隔离地震对上部结构的影响，地面运动的地震能量直接由基础的隔震支座和耗能装置吸收，使建筑物在地震时只产生很小的振动，从而达到抗震的目的。
基于隔震这一思路，在隧道工程中，考虑在隧道二衬和初衬之间设置减震层［３’１¨（某种吸能材料），目的是通过减震层将具有使用功能的二衬与围岩介质隔开（见图１），从而减小和改变地震对结构的作用强度和方式，以此达到减小结构振动的目的。
图１抗震层隔震示意图
Ｆｉｇ．１Ａｓｅｉｓｍｉｃｓｋｅｔｃｈｏｆｓｅｉｓｍｉｃｉｓｏｌａｔｉｏｎｌａｙｅｒ
３工程实例
３．１工程概况
嘎隆拉隧道位于西藏林芝地区波密县和墨脱县交界处，是扎墨公路新建工程的控制性工程，隧道横穿岗日嘎布山山脉，长３４５０ｍ，最大埋深约８３３ｍ。近场区内发育有ＮＷ和ＮＮＥ向断裂，其中最主要的ＮＷ向嘉黎断裂带嘎龙寺断裂在进洞口附近通过，ＮＮＥ向的扎木一马尼翁断裂北段位于隧道西侧３００ｍ以外，这两处断裂的规模比较大，分别为全新世和晚更新世活动断裂，对地貌的控制作用非常明显。近场区具备发生７．０～７．５级地震的构造条件（扎木一马尼翁断裂南段具备发生８．０级以上地震的构造条件）。隧道岩层破碎。
３．２计算模型
因ＮＷ向嘉黎断裂带嘎龙寺断裂在隧道进洞口附近，洞口处更易受地震破坏，所以选取沿洞轴向距进洞口３０５ｍ位置，截取横断面进行分析，此处隧道埋深１５２ｍ。计算模型见图２，３。有限元区域范围为１０３０ｍ×３５７ｍ（宽Ｘ高，高为平均值）。在底边和两个侧边采用无限元人工边界。
图２整体离散网格（有限元＋无限元）
Ｆｉｇ．２Ｉｎｔｅｇｒａｌｄｉｓｃｒｅｔｅｍｅｓｈ（ｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔａｎｄｉｎｆｉｎｉｔｅ
ｅｌｅｍｅｎｔ）
图３隧道洞口附近有限元网格
Ｆｉｇ．３Ｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｅｓｈｎｅａｒｔｈｅｔｕｎｎｅｌｅｎｔｒａｎｃｅ
采用有限元计算软件ＡＢＡＱＵＳ进行计算，围岩和衬砌采用Ｍｏｈｒ—Ｃｏｕｌｏｍｂ塑性模型，初衬厚度为２０ｃｍ，二衬厚度为５０ｃｍ。在初衬和围岩之间设置一层抗震层，厚度为２０ｃｍ，选用橡胶和泡沫混凝土两类抗震材料做方案对比，橡胶材料采用ＡＢＡＱＵＳ中的ｈｙｐｅｒｅｌａｓｔｉｃ模型［５］，泡沫混凝土采用ＡＢＡＱＵＳ中的ｃｒｕａｂｌｅｆｏａｍ模型［５㈡２’１３１。材料的参数见表１４３。需要说明的是：（１）表２中Ｃ１０，Ｃ０ｌ和Ｄ１均为ＡＢＡＱＵＳ中ｈｙｐｅｒｅｌａｓｔｉｃ超弹性材料模型参数，且均为温度敏感性参数。由此３个参数可得：风＝２（Ｃ１０＋Ｃ（，１），Ｋ。＝２／Ｄ．（／１０为初始剪切
模量，蜀为初始体积模量），进而得到材料的泊松比２矿，，，１
ｙ＝兰翌！！Ｌ二。本文取Ｖ＝０．４９５，以模拟橡胶类６Ｋ０／风＋２
超弹性材料的不可压缩性。（２）表３中的Ｋｏ，Ｋ，矿均为ＡＢＡＱＵＳ中ｃｒｕｓｈａｂｌｅｆｏａｍ材料模型的参数，ｃｒｕｓｈａｂｌｅ
ｆｏａｍ材料为体积硬化（ｖｏｌｕｍｅｔｒｉｃ
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?４８８?岩石力学与工程学报２００９年
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图６方案１拱顶节点竖向位移时程曲线
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０５１０１５２０２图７３种方案边墙底最小主应力时程曲线
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图８３种方案边墙底最大主应力时程曲线
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顶节点、竖向位移）。因３种方案的拱项节点竖向位移时程曲线差别不大，本文只给出了方案１的结果。
从图５，６可以看出，８．５度的地震烈度下，３种方案拱顶位移随时问变化规律大体～致，出现峰值的时刻也大概一致，但有抗震层的工况（方案２，３）位移稍小。具体来说，３种方案的水平位移峰值都出现在２．７Ｓ附近，分别为一２０．９４，一２０．８４，一２１．６８
（ｂ）方案２
（ｃ）方案３
图９３种方案震后隧道附近塑性区分布云图
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ｍｍ，竖向位移峰值都出现在３．５Ｓ附近，分别为１６．６９，１１．８７，１４．４０ｍｍ。
分析图７，８的边墙底主应力时程曲线，大体上可以看出，添加抗震层后主应力的平均绝对量值都有提高。其中，最小主应力平均量值无抗震层时约为一２．５ＭＰａ，增加了抗震层后，方案２主应力平均量值约为一１２ＭＰａ，方案３约为一８．５ＭＰａ；最大主应力平均量值无抗震层时约为一０．５ＭＰａ，增加了抗震层后，方案２平均量值约为１．８ＭＰａ，方案３约为一１．０ＭＰａ。
考察边墙底最大主应力曲线可明显看到，抗震层的添加改善了边墙底处的应力。未加抗震层时，
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地下工程地震动力响应及抗震研究
作者：黄胜， 陈卫忠， 杨建平， 郭小红， 乔春江， HUANG Sheng， CHEN Weizhong， YANG Jianping， GUO Xiaohong， QIAO Chunjiang
作者单位：黄胜,陈卫忠,杨建平,HUANG Sheng,CHEN Weizhong,YANG Jianping(中国科学院武汉岩土力学所岩土力学与工程国家重点实验室,湖北武汉,430071)， 郭小红,乔春江,GUO
Xiaohong,QIAO Chunjiang(中交第二公路勘察设计研究院有限公司,湖北,武汉,430056)
刊名：
岩石力学与工程学报
英文刊名：CHINESE JOURNAL OF ROCK MECHANICS AND ENGINEERING
年，卷(期)：2009,28(3)
被引用次数：7次
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