受相邻上部结构影响的隧道-土体系振动台试验研究_李延涛(1).pdf

 振动与冲击 第 39 卷第 3 期JOURNAL OF VIBRATION AND SHOCKVol．39 No．3 2020 基金项目河北省科技攻关计划项目 16275406D 收稿日期2018 －06 －29修改稿收到日期2018 －09 －18 第一作者 李延涛 男， 博士， 教授， 1963 年生 通信作者 宗金辉 男， 博士， 副教授， 1974 年生 受相邻上部结构影响的隧道-土体系振动台试验研究 李延涛，田野，宗金辉，马国伟 河北工业大学 土木与交通学院， 天津300400 摘要为了研究在上部结构存在下隧道与土体的地震响应规律， 以地表建筑结构和地下上下平行隧道体系为背 景， 在软土场地上进行了隧道- 土- 相邻上部结构体系振动台试验。先介绍了整体试验的概况， 包括振动台性能和模型材 料， 模型各物理量的动力相似关系， 模型结构的尺寸， 并参照已有研究选定了模型箱内部的边界条件， 模型中传感器的位 置以及适合该场地的地震波和加载制度。然后， 分别从加速度和变形两方面对上下平行隧道与土的地震响应进行分析。 在上部结构存在条件下， 试验数据表明 ① 土体加速度峰值沿深度整体自下而上增大， 隧道上部土体的加速度增大明显， 随着输入加速度峰值的增大， 土体的加速度放大系数减小; ② 在地震波作用下， 上隧道的加速度反应大于下隧道， 且上隧 道的拱腰、 拱脚部分与下隧道的拱肩、 拱脚部分应变峰值最大。 关键词隧道- 土- 相邻上部结构体系; 振动台试验; 加速度; 应变 中图分类号TU91文献标志码ADOI 10． 13465/j． cnki． jvs． 2020． 03． 032 Shaking- table tests for seismic response of tunnel- soil system affected by adjacent upper structure LI Yantao，TIAN Ye，ZONG Jinhui，MA Guowei School of Civil Engineering and Transportation，Hebei University of Technology，Tianjin 300400，China Abstract In order to study seismic response laws of a tunnel- soil system under existing upper structure，a ground surface structure and underground upper and lower parallel tunnels system were taken as background，shaking- table tests were conducted for a tunnel- soil- adjacent upper structure system on soft soil site． Here，the general situation of the overall experiment was introduced including shaking table perance and model material， dynamic similarity relations of model’ s various physical quantities，model structure sizes，boundary conditions inside model box chosen according to existing studies，positions of sensors in model，and seismic waves suitable for the site and loading scheme． Then，seismic responses of upper and lower parallel tunnels and soil were analyzed from two aspects of acceleration and strain under existing upper structure． The test results showed that soil’ s peak acceleration value increases from bottom to top along depth and soil’ s on upper part of tunnel increases obviously，while with increase in peak acceleration value，soil’ s acceleration amplification coefficient decreases;under action of seismic waves，acceleration response of upper tunnel is larger than that of lower tunnel，peak strain values of upper tunnel’ s arch waist and arch foot as well as lower tunnel’ s arch shoulder and arch foot are the maximum． Key wordstunnel- soil- adjacent upper structure system;shaking- table test;acceleration;strain 人们通常认为， 地下结构被周围土体所约束， 抗震 性能强， 在地震作用下不易发生破坏， 但是随着地下交 通的发展， 地下结构在地震中严重破坏的事件时有发 生， 最著名的是 1995 年日本阪神地震中地铁车站的破 坏 ［1- 2 ］。阪神地震中区间隧道和地铁车站的破坏引起 了众多学者对地下结构的抗震研究， 如宫必宁等 ［3 ］进 行了地下结构与土动力相互作用的振动台试验， 研究 了在不同埋深下土与地下结构的相互作用对地下结构 抗震性能的影响; 庄海洋等 ［4 ］进行了地铁区间隧道和 地铁车站结构的大型振动台模型试验， 研究了地铁地 下结构的地震反应规律; 杨林德等 ［5 ］进行了典型地铁 车站结构振动台模型试验， 研究了车站结构的动力响 应及土与地铁车站结构间动力相互作用的规律。 但在目前的研究和分析中， 人们常常忽略地表建 筑的存在对地下结构及场地土反应的影响， 在地震过 程中， 地表建筑通常会将地震波中与自身频率相近的 ChaoXing 成分放大， 经过基础传入场地土， 而地下结构被周围土 体所束缚， 其地震反应受周围土体的变形影响较大。 由于地下结构- 土- 上部结构体系是一个非常复杂的相 互作用体系， 目前上部结构对地铁隧道地震影响的研 究还比较少， 仅限于数值模拟方面， 如李方杰等 ［6 ］建立 了土- 结构动力相互作用体系， 研究表明地上结构的存 在对地铁地下结构的层间相对位移、 节点内力等地震 反应指标产生了不可忽视的影响; 何伟等 ［7 ］建立了地 下结构- 土- 邻近地表建筑的整体系统动力分析模型， 研 究表明地震波的频谱特性和地表建筑的自振周期对地 下结构响应的影响显著， 场地土体刚度越小， 地表建筑 对地下结构地震响应的影响越大。本文在前人数值模 拟的基础上， 以隧道- 土- 相邻上部结构相互作用体系为 基础进行振动台模型试验， 从加速度和应变两方面对 隧道- 土体系进行研究。 1振动台试验 1． 1试验概况 隧道- 土- 相邻上部结构体系的振动台模型试验是 在河北工程大学土木工程学院实验室振动台上进行 的， 数据采集使用 32 通道的采集系统。振动台的主要 技术参数如表 1 所示， 振动台如图 1 所示。 表 1振动台性能参数 Tab． 1Shaker perance parameters 性能指标参数 台面尺寸3 m 3 m 维数单向水平 频率范围0． 2- 50 Hz 最大有效载重质量10 t 最大加速度1． 2 g 在有效荷载质量为 10 t 时 最大倾覆力矩300 kNm 最大偏心力矩100 kNm 最大速度1． 0 m/s 最大位移100 mm 模型箱尺寸为 2 m 纵向1． 5 m 横向1． 4 m 高度 不包含下部钢板尺寸 ， 模型箱内部在与水平 振动垂直的方向上为了减小边界效应影响， 参考了文 献［ 8］ 对三种不同泡沫塑料的特性研究， 采用 100 mm 厚， 密度为15 kg/m3聚苯乙烯泡沫塑料板， 此类泡沫塑 料板的压缩性能最好， 在试验加载过程中塑料板始终 处于线弹性状态， 聚苯乙烯泡沫塑料板的动弹性模量 为 4． 13 MPa; 而在顺沿水平振动的方向上粘贴光滑的 聚氯乙烯薄膜以减小模型箱侧壁与土体之间的摩擦， 通过在模型地基地表振动方向和垂直方向分别布置加 速度传感器， 验证了模型箱边界效应的处理效果较 好 ［9 ］， 模型箱如图 2 所示。 a振动台 b模型箱 图 1振动台与模型箱实体 Fig． 1Shaking table and model box 上部结构、 群桩基础、 隧道结构选取微粒混凝土和 镀锌铁丝作为材料， 采用人工质量相似模型［10 ］， 根据相 似第二理论 ［11 ］， 从动力模型试验的量纲分析入手， 以密 度 ρ、 几何长度 L 和弹性模量 E 为基本量纲， 推导出其 他量纲的相似关系， 如表 2 所示。 表 2模型的相似关系和相似比 Tab． 2Similarity relations and ratios of model 物理量相似关系相似比物理量相似关系相似比 长度 Sl1/30 应变 Sε1 位移 Sr Sl1/30 应力 Sσ SE1/4 密度 Sρ1 刚度 Sk SESl0． 008 3/1 频率 Sω 1 ST 5． 464/1速度SV SE S 槡 ρ 0． 183/1 时间ST Sl Sρ S 槡 E 0． 183/1加速度Sα SE SlSρ 1 弹性模量 SE1/4 等效质量 密度 Sρ7． 5/1 上部模型结构为单向单跨 10 层框架结构， 平面尺 寸为 0． 2 m 0． 2 m， 每层层高为 0． 1 m， 总层高为 1 m， 柱间距为0． 2 m， 柱子截面尺寸为20 mm 20 mm， 梁截 面尺寸为 10 mm 20 mm， 板厚为 4 mm; 桩基础为 5 根， 每根长度0． 4 m， 直径为20 mm， 承台尺寸为0． 25 m 0． 25 m 0． 04 m， 承台分为两部分制作， 一部分与上 部结构整体浇筑， 另一部分与群桩整体浇筑， 在两块承 台板上预留螺栓孔， 待下部桩埋置预定位置后， 通过预 留的螺栓孔与上部结构装配完成。下部双隧道模型结 构外径均为 0． 2 m， 内径为 0． 18 m， 壁厚为 10 mm。 432振 动 与 冲 击2020 年第 39 卷 ChaoXing a体系加速度测点布置图 b上部结构及桩基应变测点布置图 c上隧道应变测点布置图 d下隧道应变测点布置图 图 2传感器布置图 Fig． 2Layout of sensors 试验过程中土体采用当地粉质黏土， 通过实验测 得土体参数， 在土体装填完成后用原位取样方法进行 取样， 测定土体的密度 ρ， 含水率 ω， 黏聚力 c， 内摩擦角 φ、 压缩模量 E; 其中模型土的密度采用环刀法， 含水率 采用烘干法， 黏聚力和内摩擦角采用直剪试验测定， 具 体参数如表 3 所示。 表 3模型土参数 Tab． 3Parameters of soil 物理量 压缩模量/ MPa 干密度/ g cm －3 含水率/ 黏聚力/ kPa 内摩擦角/ 参数81． 73416． 917． 325． 6 本试验主要目的是研究土- 隧道- 相邻上部结构相 互作用体系中隧道与土的地震反应， 传感器的布置以 试验目的为指导原则， 测试模型结构的地震反应、 关键 部位的受力情况和弹塑性变形情况。试验中所采用的 传感器为 CF0410- 3X 电容式加速度计 A ， 电阻式应 变片 S ， BWM- 1 型土压力传感器 P ， 三种传感器的 布置如图 2 所示， 根据本文主要分析内容， 表 4 和表 5 详细介绍了隧道- 土体系加速度计和应变片布置方案， 模型结构如图 3 所示。 表 4隧道- 土体系加速度计布置 Tab． 4Accelerometer layout in tunnel- soil system 项目 编号及位置 远离隧道区域沿隧道轴线区域 目的 土体 A6 0 mA13 0 m 地表 A5－0． 12 m A12－0． 12 m 上隧道上部 A4－0． 3 m A11－0． 3 m 隧道- 桩基- 土 相互作用区 A3－0． 52 m A9－0． 52 m 上下隧道之间 A2－0． 74 m A1－0． 895 m A7－0． 895 m 下隧道下部 1． 同一埋深处、 不同 区 域 土 体 加 速 度 进 行 比较; 2． 同一区域， 沿 土体 埋 深 加 速 度进行比较; 3． 不 同 区 域 沿 土体 埋 深 加 速 度进行比较。 上隧道A10 下隧道A8 上下 隧 道 加 速 度比较。 532第 3 期李延涛等受相邻上部结构影响的隧道- 土体系振动台试验研究 ChaoXing 表 5上下隧道应变片布置 Tab． 5Strain gauge layout in upper and lower tunnel 位置 编号 上隧道下隧道 目的 拱顶S15S23 拱肩S16、 S22S24、 S30 拱腰S17、 S21S25、 S29 拱脚S18、 S20S26、 S28 拱底S19S27 1． 同一隧道不同部位 应变进行比较; 2． 不同隧道同一部位 应变进行比较。 根据抗震设防要求及场地类别， 本试验选用 Taft 波、 LWD 波和天津波作为试验加载波， 采用逐级加载从 0．1 g 加载到 1 g。天津波、 Taft 波、 LWD 波的原始加速 度时程曲线和傅里叶谱分别如图 4、 图 5 所示。 2试验结果分析 通过上下平行隧道- 土- 相邻上部结构体系的振动 台试验， 得到该体系在不同地震波作用下的地震响应， 本文仅对在上部结构存在下， 隧道- 土体系的地震响应 进行分析。 a带桩基础的上部框架结构 b隧道及隧道后浇带 c模型结构试验图 图 3模型结构图 Fig． 3Figure of model structure 图 4天津波、 Taft 波、 LWD 波加速度时程曲线 Fig． 4Acceleration time- history of Tianjin、 Taft and LWD wave 图 5天津波、 Taft 波、 LWD 波傅里叶频谱 Fig． 5Fourier amplitude spectrum of Tianjin、 Taft and LWD wave 2． 1土体加速度反应分析 场地土作为地震波的传播媒介， 影响地震动的特 性， 会导致在传播过程中地震波的幅值、 频率和波形等 发生改变。而结构界面对地震波的散射和反射也会改 变地震波的传播， 引起周围自由场的动力反应的变化， 在软弱场地中， 地下结构对场地地震动的改变将更加 明显。 2． 1． 1土中各测点加速度时程曲线与傅里叶频谱 分析 图 6 给出 0． 2 g 天津波作用下， 土中不同位置测点 的加速度时程曲线; 图 7 给出 0． 2 g 天津波作用下， 土 中 A1、 A5 与 A12 测点的傅里叶频谱。 632振 动 与 冲 击2020 年第 39 卷 ChaoXing 图 60． 2 g 天津波作用下土中各测点的加速度时程曲线 Fig． 6Acceleration time- history of each point in the soil under 0． 2 g Tianjin wave 图 70． 2 g 天津波作用下土中 A5 与 A12 测点的傅里叶频谱 Fig． 7Fourier spectrum diagram of A5 and A12 under 0． 2 g Tianjin wave 从图 6 可以看出 土中同一埋深处两个测点的加 速度峰值有所不同， 主要是由于土中隧道的影响使得 地震波传播路径发生变化。不同埋深处加速度峰值也 并不相同， 除 A6、 A13 外， 整体上随埋深的增大而减小。 土体表面 A6、 A13 处的加速度峰值突然减小， 主要是由 于 A6 与 A13 的覆盖土层较薄 3 cm ， 压实效果差， 密 实度小且土体刚度小， 导致土体加速度在 A6、 A13 测点 处可能存在一定的误差。 为了对比不同埋深处各测点的傅里叶频谱变化， 选择远离隧道区域的深埋测点 A1 以及浅埋测点 A5; 为了对比相同埋深但不同区域测点傅里叶频谱的变 化， 选择 A5 与 A12。从图 7 可以看出 在不同埋深处， 各测点的傅里叶幅值不同。A1 测点除土体在 0 ～ 20 Hz 的傅里叶值最大， A5 测点处土体在 25 Hz 处的傅里 叶值最大。地震波在土体中沿深度传播， 高频部分逐 级被削减， 高频 63 Hz 之后削减的更明显， 0 ～42 Hz 被 保留且被放大， 25 Hz 左右放大最明显， 说明地震波在 传播过程中被土体改变了其频谱特性， 这是因为地震 波中频谱成分接近土体的会产生共振即被土体放大， 导致频谱发生变化， 同时使土体的地震动更明显。而 同一埋深的 A5 与 A12 测点处土体傅里叶频谱相似， 只 是幅值不同， 说明地下结构的存在不会改变地震波的 频谱。 图 8 a 给出 0． 2 g 天津波作用下， 土中各测点的 加速度反应; 图 8 b 给出在不同加速度峰值的天津波 作用下， 远离隧道区域的土中各测点的加速度反应 土 中测点位置如图 2 。 从图 8 a 可以看出 远离隧道的土体测点加速度 峰值变化与隧道中轴线处土体测点的加速度峰值变化 趋势从整体看基本相同， 都是沿土体深度自下而上增 大; 在上部土层 A5、 A12 加速度峰值明显增大， 但是在 土体表面 A6、 A13 处的加速度峰值突然减小; 土中相同 埋深的测点加速度峰值比较 A5 ＜ A12， 这是由于 A12 位于上隧道的上方， 隧道对地震波有一定的散射作用， 并且 A12 距离上部结构较近， 地震波从上部结构再次 作用于土体时先到达 A12 处; A9 ＜ A3， 因为 A9 位于上 下隧道之间， 地震波在两隧道间发生复杂的干涉作用， 引起了地震波的衰减， 除此之外由于隧道在地震波作 用下有一定的损伤， 耗能较大， 地震波到达隧道之间后 加速度减小; A4 ＜ A11， 是由于 A11 处于隧道- 土- 桩区 受到三者的相互作用， 加速度峰值比 A4 大。 从图 8 b 可以看出 远离隧道的土体在天津波不 同加速度峰值作用下反应不同， 可以明显看出 土体在 0． 4 g 天津波作用下， 加速度峰值的增幅相对 0． 3 g 加 732第 3 期李延涛等受相邻上部结构影响的隧道- 土体系振动台试验研究 ChaoXing a0．2 g 天津波 b不同加速度的天津波 图 8天津波作用下土中各测点的加速度峰值 Fig． 8Acceleration peek of each point of soil under 0． 2 g Tianjin wave 速度峰值的增幅有所减小， 但在 0． 5 g 作用下的加速度 峰值的增幅相对 0． 4 g 突然增大， 这是因为粉质粘土在 地震波作用下土体产生了振动密实， 当土体上部有一 定压力时， 粉质黏土的振动密实只有当输入的地震波 加速度超过某个限值时才开始发生， 本试验中土体上 部的压力一定， 输入 0． 5 g 地震波后， 土体加速度突然 增大; 土体在 0． 5 g 天津波作用后， 土体的加速度峰增 幅有较大的减小， 是由于随着输入加速度峰值的增大， 土体的振动密实趋于一致， 不再变化， 土体从 0． 5 g 到 0． 6 g 天津波作用过程中， 土体的动剪切模量减小， 阻 尼增大， 同时变形增大， 逐渐进入弹塑性状态， 对地震 的放大作用减小。 2． 1． 2土中各点加速度放大系数分析 土中各点加速度放大系数为各点加速度峰值与振 动台输出加速度峰值之比， 以此来反应土体的地震反 应变化的大小。图9 a 给出不同加速度的天津波作用 下， 远离隧道的土中测点的加速度放大系数; 图 9 b 给出 0． 2 g 不同地震波作用下， 远离隧道土中测点的加 速度放大系数。 从图9 a 可以看出 在天津波作用下， 输入不同的 加速度峰值， 土体从下到上加速度放大系数的变化趋 势基本一致， 均在 A5 位置有明显的增大， 这与土体对 地震波具有放大作用规律一致。随着输入加速度峰值 的增大， 土体中埋深相同的测点的加速度放大系数减 小， 与土体加速度变化规律一致。土体在不同加速度 作用下， 放大系数不同， 土体在天津波作用下， 0． 4 g 之 a不同加速度的天津波 b0．2 g 的不同地震波 图 9不同工况下远离隧道区域的土中各测点的 加速度放大系数 Fig． 9Acceleration amplification factor of each point of soil far away from tunnels under different conditions 后加速度放大系数减小较明显， 也就是土体随着输入 加速度峰值的增大， 各测点的加速度放大系数减小， 这 是由于当输入的加速度峰值较小时， 土体基本处于弹 性阶段， 且土体的固有周期与地震波的某一周期较为 接近时， 会使与其固有周期接近的地震波放大， 即对地 震有一定的放大作用且放大效应比较明显; 随着输入 的加速度峰值的增大， 土体逐渐进入弹塑性阶段， 土体 的变形和阻尼增大， 地震波的部分能量在传播过程中 被消耗， 所以对地震的放大作用减缓甚至出现缩小的 现象。 从图 9 b 可看出 在 0． 2 g 的天津波以及不同地 震波作用下， 土体不同位置的测点加速度放大系数不 同， 但变化趋势基本相同， 均是对隧道上部土体有一定 的放大效应。土体在天津波的作用下加速度放大系数 最大， 比 Taft 波和 LWD 波下的加速度放大系数都大， 从频谱分析来看， 天津波的频谱比较集中， 主要分布在 0 ～5 Hz 范围内， 而 Taft 波和 LWD 波的频谱比较丰富， 随着输入的加速度峰值的增大， 土体的非线性性质明 显， 且自身频率降低， 而天津波的频谱主要是在低频 部分。 2． 2隧道中加速度曲线与傅里叶频谱分析 隧道埋置于土体中， 受到土体的约束， 所以隧道在 地震作用下的反应受周围土体变形的影响。 上、 下隧道分别布置一个加速度测点， A8 为下隧 道外侧的加速度测点， A10 为上隧道外侧的加速度测 832振 动 与 冲 击2020 年第 39 卷 ChaoXing 点。图 10 给出 0． 2 g 天津波作用下 A8 与 A10 测点的 加速度时程曲线; 图 11 给出0． 2 g 天津波作用下 A8 与 A10 测点的傅里叶频谱图。 图 100． 2 g 天津波作用下 A8 与 A10 测点的 加速度时程曲线 Fig． 10Acceleration time- history of A8 and A10 under 0． 2 g Tianjin wave 图 110． 2 g 天津波作用下 A8 与 A10 测点的加速度 时程曲线和傅里叶频谱图 Fig． 11Fourier spectrum diagram of A8 and A10 under 0． 2 g Tianjin wave 从图10 和图11 可以看出 ① 当输入0． 2 g 的天津 波时， 上隧道的加速度峰值反应大于下隧道， 结合土体 加速度自下而上增大可以说明隧道地震响应会受土体 的影响， 由于在土中存在上下平行隧道， 地震波在传播 过程中还会发生复杂的反射等， 使得在上隧道的震动 加强， 下隧道的震动减弱; 再加之隧道斜上方存在上部 结构， 地震波传入上部结构后会随桩基础传入场地土 再次作用于隧道， 地震波在向下隧道传播过程中被土 体和上隧道吸收一部分能量后才会到达下隧道， 以上 多种原因导致上隧道的加速度峰值大于下隧道。② 当 输入 0． 2 g 天津波时， 隧道的傅里叶幅值变化与加速度 峰值变化规律相同， 上隧道的傅里叶幅值大于下隧道， 且上隧道与下隧道频谱有明显的不同， 上隧道傅里叶 频谱的缩小与放大程度比下隧道大， 这与土体测点傅 里叶频谱变化规律一致， 63 Hz 后被削减的明显， 同时 低频与中频部分被放大， 主要是由于地震波从底部向 上传播过程中， 由于土体本身较软， 刚度小， 经过土层 的过滤与放大作用后， 地震波传到隧道时频谱就已经 发生了改变， 地震波继续向上传播到隧道时， 隧道又将 地震波中与其相近的频率放大。 图12 a 给出在不同加速度的天津波作用下， 上隧 道 埋深 －0． 3 m 与下隧道 埋深 －0． 74 m 加速度峰 值的变化; 图 11 b 给出 0． 5 g 不同地震波作用下， 上、 下隧道加速度峰值的变化。 a不同加速度天津波 b0．5 g 不同波 图 12不同工况下隧道测点加速度值 Fig． 12Acceleration value of tunnel points under different conditions 从图 12 a 可以看出 ① 随着输入的加速度峰值 的增大， 上隧道 埋深 － 0． 3 m 、 下隧道 埋深 － 0． 74 m 的地震响应也相应增大。② 上隧道的加速度反应 大于下隧道， 与图 10、 图 11 反映出的规律相同。③ 上、 下隧道在天津波的不同加速度峰值作用下， 随着输 入的加速度峰值的增大， 上、 下隧道加速度的增幅不 同， 在 0． 4 ～0． 5 g 作用过程中， 上、 下隧道的加速度变 化很大， 均有较大的增长， 可以明显看出隧道受周围土 体加速度变化的影响很大， 这与土体在不同加速度峰 值的地震波作用下的变化规律一致。 从图 12 b 可以看出; 上、 下隧道在天津波作用下 较 Taft 波和 LWD 波的地震响应大， 原因在于隧道的频 率与天津波的频率接近。 2． 3隧道应变反应分析 把上、 下隧道沿圆周分为 5 个关键部分， 分别为拱 顶、 拱肩、 拱腰、 拱脚和拱底部分， 并在两个隧道结构的 中间截面外表面分别布置 8 个应变片 隧道应变片布 置如图1 。图13 a 给出0． 3 g 天津波作用下， 上隧道 S17 的应变时程曲线; 图 13 b 给出 0． 3 g 天津波作用 下， 上隧道 S20 的应变时程曲线。 932第 3 期李延涛等受相邻上部结构影响的隧道- 土体系振动台试验研究 ChaoXing 图 130． 3 g 天津波作用上隧道 S17、 S20 测点的应变时程曲线 Fig． 13Strain amplitude time- history of S17， S20 of upper tunnel under 0． 3 g Tianjin wave 从图 13 可以看出 ① 隧道不同测点处的应变时程 图大致相同， 应变峰值不同; ② 从 S20 应变时程图可以 看出， 测点记录的应变峰值在试验停止后没有归零， 说 明隧道周围的土体在振动后局部土体产生了永久应 变， 使结构产生了附加应变。 图 14 a 给出隧道 5 个关键部分示意图， 图 14 b 给出上隧道在 0． 3 g、 0． 4 g 天津波作用下不同位置处 的应变峰值， 图 14 c 给出下隧道在 0． 3 g、 0． 4 g 天津 波作用下不同位置处的应变峰值， 应变峰值的单位为 10 －6， 其中括号内数值为 0． 4 g 作用下的应变峰值。 a隧道关键部分 b上隧道 c下隧道 图 140． 3 g、 0． 4 g 天津波作用下上下隧道测点的应变峰值 Fig． 14Strain amplitude of upper and lower tunnel under 0． 3 g， 0． 4 g Tianjin wave 从图 14 可以看出 ① 在天津波作用下， 上、 下隧道 的应变峰值明显不同。② 随着输入的加速度峰值的增 大， 上、 下隧道的应变峰值均有不同程度的增大。③ 在 地震过程中， 对于下隧道五个关键部分， 拱肩、 拱脚的 应变峰值最大， 上隧道拱腰、 拱脚应变峰值最大， 是由 于从地震波从下向上传播再经由上部结构反作用到 上、 下隧道上时， 地震波又会在上下隧道之间发生多次 干涉， 增强了此部分的应变。 图 15 a 给出上隧道 S20 测点在不同加速度的天 津波作用下的应变， 图15 b 给出上隧道 S20 测点在不 同加速度的不同地震波作用下的应变峰值。 a不同加速度天津波 b不同加速度的不同波 图 15上隧道 S20 的应变峰值变化 Fig． 15Strain amplitude change of upper tunnel S20 从图 15 得出 ① 上隧道在天津波作用下， 随加速 度峰值的增大， 上隧道 S20 测点的应变也在增大。② 上隧道在同一加速度的不同波作用下， 应变峰值大小 不同， 在天津波作用下应变最大; S20 测点处的应变随 着加速度的增大而增大， 这与隧道的加速度规律一致。 下隧道与上隧道有同样的规律。 3结论 本文以隧道- 土- 上部结构相互作用体系振动台模 型试验为基础， 从加速度和变形两方面对上下平行隧 道- 土体相互作用体系的地震响应进行分析， 得到以下 结论 042振 动 与 冲 击2020 年第 39 卷 ChaoXing 1远离隧道土体的加速度峰值变化与隧道中轴 线处土体的加速度峰值变化趋势基本相同， 都是沿土 深度自下而上增大， 在隧道上方土层的加速度峰值明 显增大; 上、 下隧道之间的土体加速度值明显小于同高 度处远离隧道的土体的加速度值， 隧道- 土- 桩体相互作 用区的土体加速度明显大于同高度处土体的加速 度值。 2在同一加速度峰值的不同地震波的作用下， 土体加速度放大系数不同， 但变化趋势基本相同， 均是 对隧道以上土体有一定的放大效应; 土体在天津波的 作用下， 加速度放大系数最大; 随着输入加速度峰值的 增大， 埋深相同的土体的加速度放大系数减小。 3输入相同加速度峰值的不同地震波时， 上隧 道的加速度反应大于下隧道， 上、 下隧道在天津波作用 下较 Taft 波和 LWD 的地震响应大。 4上隧道中拱腰、 拱脚部分与下隧道的拱肩、 拱 脚部分应变峰值最大。 参 考 文 献 ［1］ 杜修力， 王刚， 路德春． 日本阪神地震中大开地铁车站地震 破坏机理分析［J］ ． 防灾减灾工程学报， 2016， 36 2 165- 171． DU Xiuli，WANG Gang，LU Dechun． Earthquake damage mechanismanalysisofDakaiMetrostationbyKobe earthquake［ J］ ． Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering， 2016， 36 2 165- 171． ［2］ 王瑞明， 罗奇峰． 阪神地震中地下结构和隧道的破坏想象 浅析［ J］ ． 灾害学， 1998， 13 2 63- 66． WANGRuiming，LUOQifeng．Analysisofdestruction imagination of underground structure and tunnel in Kobe Earthquake ［J］ ． Journal of Catastrophology， 1998， 13 2 63- 66． ［3］ 宫必宁， 赵大鹏． 地下结构与土动力相互作用试验研究 ［ J］ ． 地下空间， 2002， 22 4 320- 324． GONG Bining， ZHAO Dapeng． Experimental study on dynamic interaction of structure and soil［J］ ． Underground Space， 2002， 22 4 320- 324． ［4］ 庄海洋， 陈国兴． 双洞单轨地铁区间隧道非线性地震反应 分析［ J］ ． 地震工程与工程振动， 2006， 26 2 131- 137． ZHUANG Haiyang， CHEN Guoxing．Analysis of nonlinear earthquake response of metro double- tunnels［ J］ ． Earthquake Engineering andEngineeringVibration，2006，26 2 131- 137． ［5］ 杨林德， 季倩倩， 郑永来， 等． 软土地铁车站结构的振动台 模型试验［ J］ ． 现代隧道技术， 2003， 40 1 7- 11． YANG Linde， JI Qianqian， ZHENG Yonglai，et al． Shaking table model test of subway station structure of soft soil［J］ ． Modern Tunnelling Technology， 2003， 40 1 7- 11． ［6］ 李芳杰， 赵风新， 张郁山， 等． 相对位置的地上结构对地铁 地下结构地震反应的影响［J］ ． 中国地震， 2010， 26 2 201- 209． LI Fangjie， ZHAO Fengxin， ZHANG Yushan， et al． Influence of relative position of ground structure on seismic response of underground station structure［J］ ． Earthquake Research in China， 2010， 26 2 201- 209． ［7］ 何伟， 陈健云． 地表建筑对地下车站结构地震响应的影响 ［ J］ ． 振动与冲击， 2012， 31 9 53- 58． HE Wei， CHEN Jianyun． Influence of ground surface building on seismic response of underground station structure［J］ ． Journal of Vibration and Shock， 2012， 31 9 53- 58． ［8］ 杨林德， 季倩倩， 郑永来， 等． 地铁车站结构振动台试验中 模型箱设计的研究［J］ ． 岩土工程学报， 200