• ISSN 1673-5722
  • CN 11-5429/P

SH波水平入射穿越垂直断层隧道动力响应分析

杜修力 苏驰翔 黄景琦 王媛 赵密 欧阳文龙

杜修力, 苏驰翔, 黄景琦, 王媛, 赵密, 欧阳文龙. SH波水平入射穿越垂直断层隧道动力响应分析[J]. 震灾防御技术, 2019, 14(2): 269-280. doi: 10.11899/zzfy20190202
引用本文: 杜修力, 苏驰翔, 黄景琦, 王媛, 赵密, 欧阳文龙. SH波水平入射穿越垂直断层隧道动力响应分析[J]. 震灾防御技术, 2019, 14(2): 269-280. doi: 10.11899/zzfy20190202
Du Xiuli, Su Chixiang, Huang Jingqi, Wang Yuan, Zhao Mi, Ouyang Wenlong. Analysis of Dynamic Response of Rock Tunnels with Vertical Fault Fracture Zone under SH Waves[J]. Technology for Earthquake Disaster Prevention, 2019, 14(2): 269-280. doi: 10.11899/zzfy20190202
Citation: Du Xiuli, Su Chixiang, Huang Jingqi, Wang Yuan, Zhao Mi, Ouyang Wenlong. Analysis of Dynamic Response of Rock Tunnels with Vertical Fault Fracture Zone under SH Waves[J]. Technology for Earthquake Disaster Prevention, 2019, 14(2): 269-280. doi: 10.11899/zzfy20190202

SH波水平入射穿越垂直断层隧道动力响应分析

doi: 10.11899/zzfy20190202
基金项目: 

国家自然科学青年基金 51608015

中央高校基本科研业务费专项资金资助项目 FRF-TP-17-074A1

“973”项目计划 2015CB057902

详细信息
    作者简介:

    杜修力, 男, 生于1963年。教授, 博士生导师。主要从事地震工程学研究工作。E-mail:duxiuli@bjut.edu.cn

    通讯作者:

    黄景琦, 男, 生于1988年。讲师。主要从事岩体隧道等地下结构抗震性能研究。E-mail:huangjingqi11@163.com

Analysis of Dynamic Response of Rock Tunnels with Vertical Fault Fracture Zone under SH Waves

  • 摘要: 结合黏弹性人工边界的时域波动输入方法和显式有限元法,设计了含垂直断层三维场地的SH波输入方法。基于建立的输入方法,研究了垂直断层对隧道地震响应的影响,并通过自由场算例验证了该方法具有较好精度。数值模拟结果表明:对于断层迎波侧的隧道结构,断层会对其地震动响应产生显著的放大作用,对于断层逆波侧的隧道结构,断层会对其产生隔离地震动的作用;相对周围围岩,断层介质的剪切波速越小,其产生的放大效应和隔震效果也会越显著;断层宽度越小,其对隧道地震动响应的影响范围也就越小,但是断层宽度的变化对于断层两侧隧道的地震动响应的影响并不明显。
  • 图  1  黏弹性人工边界示意图

    Figure  1.  Illustration of viscoelastic artificial boundary

    图  2  SH波水平入射模型示意

    Figure  2.  rod of SH wave incidence model

    图  3  SH波入射一维杆件模型

    Figure  3.  1-D rod model with fault under SH waves

    图  4  三维有限元模型

    Figure  4.  3-D finite element model

    图  5  SH波脉冲曲线

    Figure  5.  Pulse curve of SH-wave

    图  6  SH波入射下的位移云图

    Figure  6.  Displacement of cloud map with fault under SH waves

    图  7  地表处各监测点的位移时程曲线

    Figure  7.  Displacement time history curves at different obersevation points

    图  8  加速度放大系数沿x轴的分布

    Figure  8.  Magnification coefficient of acceleration along x-axis

    图  9  位移放大系数沿x轴的分布

    Figure  9.  Magnification coefficient of displacement along x-axis

    图  10  计算模型及衬砌横截面

    Figure  10.  Computational model and cross section of lining

    图  11  输入地震波的加速度曲线

    Figure  11.  Acceleration time-history of input earthquake wave

    图  12  隧道衬砌的等效塑性应变云图

    Figure  12.  The plastic strain contour of tunnels

    图  13  AB点相对位移峰值随介质剪切波速的变化

    Figure  13.  The relationship between peak relative displacement of points A, B and the horizontal displacement

    图  14  拱顶加速度峰值沿隧道轴线分布

    Figure  14.  The distribution of peak acceleration along the tunnel vault

    图  15  拱顶Mises应力峰值沿隧道轴线分布

    Figure  15.  The distribution of peak Mises stress along the tunnel vault

    图  16  隧道衬砌的等效塑性应变云图

    Figure  16.  The plastic strain contour of tunnels

    图  17  AB点相对位移峰值与断层比值随断层宽度的变化

    Figure  17.  The ratio of peak relative displacement of points A, B and the fault width

    图  18  不同断层宽度时拱顶加速度峰值沿隧道轴线分布

    Figure  18.  The distribution of peak acceleration along the tunnel vault

    图  19  Mises应力峰值分布

    Figure  19.  The distribution of peak Mises stress

    表  1  围岩与断层材料参数

    Table  1.   Material parameters of fault and surrounding rock

    材料 密度/kg·m-3 剪切波速/m·s-1 泊松比
    围岩 2500 1200 0.3
    断层 2000 400 0.36
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    表  2  模型材料参数

    Table  2.   Material parameters of model

    材料 密度//kg·m-3 泊松比 弹性模量/GPa 粘聚力/MPa 内摩擦角/°
    衬砌 2500 0.2 30 2.38 58.7
    围岩 2500 0.3 9.36
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    表  3  断层介质参数

    Table  3.   Parameters of fault medium

    断层 剪切波速/m·s-1 弹性模量/GPa 泊松比 密度//kg·m-3
    第1组 500 1.4 0.4 2000
    第2组 600 1.958 0.36 2000
    第3组 700 2.857 0.325 2200
    第4组 1200 9.36 0.3 2500
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出版历程
  • 收稿日期:  2018-11-02
  • 刊出日期:  2019-06-01

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