隧道抗震讲座1-地基地震响应位移法-课件

隧道抗震隧道抗震基本原理基本原理-地基地震响应位移法地基地震响应位移法 工程抗震讲座北京城建设计研究总院有限责任公司 向上1 目 录1 1地震造成的隧道破坏地震造成的隧道破坏2 2地上结构物和地下结构物的不同响应机理地上结构物和地下结构物的不同响应机理3 3地基液化的条件地基液化的条件4 4隧道抗震分析方法隧道抗震分析方法5 5典型隧道地震分析案例典型隧道地震分析案例21 1地震造成的隧道破坏地震造成的隧道破坏兵库县南部地震中神户高速铁路大开车站的地面沦陷3兵库县南部地震中神户高速铁路大开车站中柱损伤情况底部弯曲破坏及压坏底部压坏4侧墙下部haunch处混凝土被剥离、钢筋被拔出侧墙上部外表面混凝土产生了较大裂缝5新泻中越地震中夏铁路隧道上行线的受损-产生较大裂缝新泻中越地震中夏铁路隧道上行线的受损-2次衬砌剥落宽度达12cm。61985年墨西哥8.1级地震（海洋型地震，这种地震地基变形比较大）正在建设中的盾构下水道：轴线方向有连续细小的裂缝、5颗环之间的螺栓被拧断、顶部有少量混凝土掉落。另外，在其他地方，隧道和竖井的连接部位受灾并发生了漏水。7在2019年的兵库县南部地震（内陆直下型地震）中，隧道和竖井的连接部位发生了漏水，隧道结构变化的地方和二次衬砌的部分地方产生了裂缝。在线路方向2次衬砌发生了裂缝在竖井和隧道之间发生了裂缝8总总 结结地下结构物的地震损害不如地面以上结地下结构物的地震损害不如地面以上结构物。构物。浅层地下结构物的地震损害要大于深层浅层地下结构物的地震损害要大于深层地下结构物。地下结构物。92 2地上结构物和地下结构物的不同响应机理地上结构物和地下结构物的不同响应机理地面以上结构物：惯性力起支配作用地面以上结构物：惯性力起支配作用地面以下结构物：从属于地基的变形，地基引起地面以下结构物：从属于地基的变形，地基引起 的强制变形起支配作用的强制变形起支配作用10震害比较震害比较 地面以上结构物：损伤、倒塌地面以上结构物：损伤、倒塌地面以下结构物：地面以下结构物：相比地面以上结构物，受损较轻。在日本兵相比地面以上结构物，受损较轻。在日本兵库县南部地震中仅神户高速铁路的大开车站由于库县南部地震中仅神户高速铁路的大开车站由于地面陷落而倒塌。地面陷落而倒塌。113 3地基液化的条件地基液化的条件必须满足以下所有条件的饱和砂质土层才有可能出现液化：必须满足以下所有条件的饱和砂质土层才有可能出现液化：(1)(1)地下水位位于地面以下地下水位位于地面以下1010米之内的土层米之内的土层；(2)(2)地面以下地面以下2020米之内的土层；米之内的土层；(3)(3)平均粒径在平均粒径在10.0mm10.0mm以下，并且其中以下，并且其中10%10%的粒径在的粒径在1.0mm1.0mm以以 下的土层；下的土层；(4)(4)细砂部分含有量在细砂部分含有量在35%35%以下的地层，或虽然细砂部分含有以下的地层，或虽然细砂部分含有量在量在35%35%以上，但粘土部分含有量在以上，但粘土部分含有量在15%15%的土层；的土层；124 4隧道抗震分析方法隧道抗震分析方法地面以上结构物：地面以上结构物：反应谱分析、时程分析、损伤分析反应谱分析、时程分析、损伤分析地面以下结构物：地面以下结构物：地基地震响应位移法、时程分析、损伤分析地基地震响应位移法、时程分析、损伤分析其中损伤分析是以地震时的相应应变分析结构物其中损伤分析是以地震时的相应应变分析结构物的损伤程度。的损伤程度。13隧道周边的弹簧支撑：隧道周边的弹簧支撑：地基弹簧的取值，必须采用动弹簧。地基弹簧的取值，必须采用动弹簧。动弹簧原则上必须通过剪切波勘测的方式获得，动弹簧原则上必须通过剪切波勘测的方式获得，但不得以的情况下可取静弹簧的但不得以的情况下可取静弹簧的2 2倍。倍。必须避免剪切损伤。必须避免剪切损伤。注意要点：注意要点：14塑性铰所在部位：损伤最容易发生的部位塑性铰所在部位：损伤最容易发生的部位15地下结构物地震受害的元凶地下结构物地震受害的元凶-地基的剪切振动地基的剪切振动由于地下结构物主要受地基的强制变形影响，所以由于地下结构物主要受地基的强制变形影响，所以振动方程振动方程my+Cy+ky=-myd完全可以简化为对地基的振动分析，而不是对结构完全可以简化为对地基的振动分析，而不是对结构物的分析。物的分析。又由于大地是半无限体，振动分析可以进一步简化又由于大地是半无限体，振动分析可以进一步简化为地基的剪切振动分析。为地基的剪切振动分析。更准确地讲是第一剪切振动分析。更准确地讲是第一剪切振动分析。16地基地震响应位移法定义地基地震响应位移法定义地基地震响应位移法：日本创立的一种对于地下结构物的抗震设计方法，我国现在还没有用这种方法进行抗震设计。这种方法主要分析地震发生时由于地基的变形而导致的地震荷载。在日本于1977年修订的抗震设计法中，将其与震度法、时程分析法并列，成为基本抗震设计方法中的一种。地震发生时，地下结构物并不产生共振，而是随地基产生变形。正因为这样，通过分析地震发生时地基的变形，再将变形通过地基弹簧转换成地震时的外力，就可以求出地震时结构物的内力和应变。进而根据允许应力法或极限状态设计法就可以对结构物的抗震性能进行评价。17地基地震响应位移法概念地基地震响应位移法概念地震荷载：惯性力地基强制变形表面剪切力地震荷载：惯性力地基强制变形表面剪切力18地基的剪切振动地基的剪切振动地基强制变形是由地基的剪切振动引起的地基强制变形是由地基的剪切振动引起的地基剪切振动微分方程式地基剪切振动微分方程式Vs：地震剪切波波速地震剪切波波速g：抗震地表面的水平位移量：抗震地表面的水平位移量地基的单质点剪切振动地基的单质点剪切振动变形函数：变形函数：19地基的双质点剪切振动地基的双质点剪切振动变形函数：变形函数：Vsd1、Vsd2：各地层地震剪切波波速各地层地震剪切波波速 g1、g2：各地层的水平位移量各地层的水平位移量20地基的多质点剪切振动地基的多质点剪切振动变形函数只能用数值分析近似求解变形函数只能用数值分析近似求解215.5.典型隧道地震分析案例典型隧道地震分析案例日本舟桥隧道日本舟桥隧道-明挖法施工明挖法施工22力学模型力学模型23通常状态下计通常状态下计算出的配筋算出的配筋其中，箍筋采其中，箍筋采用用D13-25024地震下的弹簧支撑地震下的弹簧支撑25地震下的主要恒载地震下的主要恒载26地震下的力学模型地震下的力学模型27地震下的惯性力计算地震下的惯性力计算2829地基变形量的计算地基变形量的计算30地震下的表面剪切力地震下的表面剪切力31解析结果解析结果利用利用Push over 法将所有恒载一起加上，将地震荷载按照每一步为法将所有恒载一起加上，将地震荷载按照每一步为=0.01质质量逐渐加载的方式，得出了最终响应地震状态下即加载到量逐渐加载的方式，得出了最终响应地震状态下即加载到=0.93质量的状质量的状态下的结果。态下的结果。左侧立柱在左侧立柱在=0.43质量的状态下钢筋出现了屈服；质量的状态下钢筋出现了屈服；以下部位在最终阶段时多处出现了钢筋屈服，但没有达到极限状态，即受以下部位在最终阶段时多处出现了钢筋屈服，但没有达到极限状态，即受压混凝土的应变没有达到压混凝土的应变没有达到0.0035；32 不过以下不过以下6个地方出现了剪切损伤现象，将箍筋从个地方出现了剪切损伤现象，将箍筋从D13-250换成换成D13-125后再从新进行解析，则剪切损伤现象消失。后再从新进行解析，则剪切损伤现象消失。33Thank you北京城建设计研究总院有限责任公司 向上34