冲击和振动

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冲击和振动/2021年/文章
特殊的问题

先进的计算方法在深矿井减少冲击和振动危害

把这个特殊的问题

研究文章|开放获取

体积 2021年 |文章的ID 9999007 | https://doi.org/10.1155/2021/9999007

崔Xiancheng梅,钱其琛,甄, 由于脉冲地面运动对隧道结构的地震反应和抗震性能”,冲击和振动, 卷。2021年, 文章的ID9999007, 18 页面, 2021年 https://doi.org/10.1155/2021/9999007

由于脉冲地面运动对隧道结构的地震反应和抗震性能

学术编辑器:Junfei张
收到了 2021年3月25日
接受 2021年5月29日
发表 2021年6月12日

文摘

地震分析隧道接近或跨越发震断层是一个复杂的问题,这是常被忽视在设计阶段缺乏具体的准则或指南,也因为地下结构被认为不如相应的地上设施脆弱。由于地面运动通常被假定为隧道结构提供更强大的能量。因此,最近开发了速度脉冲当量模型提出了合成人工由于脉冲地面运动的隧道结构的地震响应行为。新提出的非线性动态时间历史的方法,介绍了增量动力分析方法,抗震性能的分析和对隧道结构的脆弱性。本研究以Zheduoshan隧道为例来说明速度脉冲对地震响应的影响行为和抗震性能。不同地震烈度的适应性措施初步讨论,和隧道结构在不同的脆弱性特征位置进行了分析。之后,隧道结构的地震易损性概率由于脉冲作用下的地面运动和远场的地面运动,然后,隧道结构的失效概率下的三级支持需求。研究成果提供一个客观的评估速度脉冲效应和作为参考可能隧道结构的地震损伤评估。

1。介绍

事实上,地下结构比相应的地上设施相对较少的脆弱(1,2]。由于结构响应是受到周围的岩石,隧道等地下结构的相对变形和洞穴围岩通常是小(3- - - - - -5]。然而,文献表明,隧道和地下结构的几块位于地震活跃地区遭受了严重的损失(6- - - - - -9]。这一现象引起了国内外学者的广泛关注。与此同时,一些重要的通常是难以运输隧道或生命线供水,避免穿越地震活跃地区,甚至活动断裂(10,11]。因此,一个特殊的研究由于地面运动对隧道结构的影响是必需的。

由于靠近地面运动一般指工程现场的地面运动不超过20公里的发震断层12,13]。由于震源机制和地震波的衰减特性,最重要的区别由于地面运动和远场地面运动速度脉冲波形生成的方向性效应和滑动的效果。速度脉冲的特点是一个简单的波形,强有力的行动和长期。清水et al。14]发现隧道最大伤害7级,震中距离10公里或8级,震中距离20公里都是由于地面运动的类别,基于统计回顾之前的日本大地震。Housner和哈德逊15)注意到,由于地面运动仍然非常具有破坏性的即使在大小和PGA都小。(16,17]分析了白鹤滩水电站地下洞室的稳定性由于地面运动的作用下通过使用合成由于脉冲地面运动的地面运动。歌和高18)选择大量的由于脉冲地面运动从太平洋地震工程研究中心数据库(同行),分析了边坡地震位移之间的相关性和velocity-pulsed地面运动的参数通过数值计算。上述文献回顾显示,由于地面运动的影响和危害地下工程的地震动力响应研究。有一些作品由于地面运动的速度脉冲效应(19- - - - - -21]。然而,由于地面运动的速度脉冲效应的影响在隧道工程的抗震性能还不清楚。

基于性能的地震工程(PBEE)是一种抗震设计理论在工程抗震规范在聚光灯下,它被认为是抗震设计的主要指导思想(22,23]。增量动力分析(IDA)是一种新近提出的PBEE基于非线性动态时程分析的分析方法(24- - - - - -26]。地面运动参数调整和放大一步一步通过地面运动的强度测量(IM)成为一群有多个强度的地面运动,然后,非线性动态时程分析执行这些地面运动的作用下获得足够的损伤测量(DM)的工程结构和相应的IM值。因此,IDA曲线可以描述整个过程工程结构从弹性状态到塑性状态来完成故障状态下某一地面运动。基于IDA曲线簇,回归拟合分析和数据统计的方法可以用来进行地震易损性分析,最后,结构的极限状态在不同的性能水平,发现每个性能级别的失效概率。崔(27]介绍了IDA方法领域的性能优化和地震动力稳定性评价大规模地下洞穴的团体,提供标准的研究灾难性地震动态不稳定。钟(28]介绍了IDA到地铁车站结构的地震易损性分析方法,建立了浅埋地铁车站结构地震易损性曲线,量化结构的失效概率在不同的性能水平。

目前的研究认为Zheduoshan隧道作为案例研究,针对分析的影响由于脉冲地面运动对隧道结构的地震响应和抗震性能比较的IDA方法介绍隧道结构的地震易损性概率由于脉冲的作用下地面运动和远场地面运动。此外,由于脉冲地面运动和远场地面运动速度脉冲合成的等效模型。脆弱的地区,隧道结构的失效概率评估和量化。这项研究提供了一个客观的评估速度脉冲效应和作为参考可能隧道结构的地震损伤评估。

2。Zheduoshan川藏铁路隧道

2.1。隧道的特点

Zheduoshan隧道是一个关键控制川藏铁路的一部分,一个国家战略项目,这是第二次在中国铁路到达西藏高原。这是一个与最高的20.89公里长的隧道1235米的封面。选择这条隧道为例,由于穿越的许多缺点和有关地区的地震活动性,如图1。隧道穿越Zheduotang等几个主要的缺点错误,Jinglong temple-Mozigou错,汇源temple-Legip错,Yulongxi断层,几十米的宽度。与此同时,南北地震带,Zheduoshan隧道所在地,是中国地震最活跃的地区之一。这个区域已经被几家大型破坏性地震发生在1786年和2014年康定(年代= 7.5,6.3),雅安市2013 (年代1933 = 7.0),毛县(年代= 7.5),如图1(一)。根据地震地面运动参数分带中国地图(2015),根据隧道Zheduoshan站点区域的地震烈度是八世度和地震动反应谱特征周期是0.4秒。由于上述特点,Zheduoshan隧道由于地震受到了严重的威胁。

2.2。设置的数值模型

基于Zheduoshan隧道四中心拱形断面,建立的数值模型是有限的不同的方法FLAC 3 d 6.0在这个手稿,如图2。vault-arch底部的最大高度是10.15米,而双方的胎侧的最大宽度是11.42米,衬砌厚度是0.7米。最大网格大小是5米,需要满足的要求 富达(输入地面运动29日- - - - - -31日]。根据以下方程(1)- (3)和参数表1的最大频率可以精确建模的模型是16.36赫兹。莫尔-库仑屈服准则设置为模型,这样弹塑性动力时程分析更具代表性。在这项研究中,围岩固体元素的本构模型设定的加工硬化模型来模拟IV型岩石,而莫尔-库仑模型来模拟C30混凝土衬砌的固体元素。另外,tunnel-ground互动关系是被忽视的,这没有tunnel-ground接口模型。数值模拟中使用的物理力学参数表1(32,33]。 在哪里 田野的剪切模量, 波速度, 输入运动的频率, 是波长对应的最大频率, 是最大的网格尺寸。


集团 (GPa) (公斤·米−3) (MPa) (°) (MPa)

岩体 4所示。0 0.3 2300年 0.5 33.0 4所示。0
衬里 30. 0.3 2300年 3.18 54.9 1.23

减少地震波从模型边界的反射,声波测井设置人工边界两边的模型来取代之前的位移约束,静态计算完成后和模型达到平衡34- - - - - -36]。与此同时,入射波输入从底部边界模型的应力随时间的变化曲线,从地震转换速度随时间的变化曲线。结合当地的阻尼模型采用代表机械阻尼行为。这个手稿不考虑的影响tunnel-rock交互地震响应的衬里。

3所示。隧道的地震反应进行合成地面运动

比较不同的隧道结构的地震响应的激励下由于velocity-pulsed地面运动和远场运动,这两种不同的地面运动是人工合成,根据地震和地质参数Zheduoshan隧道的站点区域。之后,隧道结构的地震响应分析进行的变形、主应力和塑性失效分布。

3.1。合成的人工地面运动
3.1.1。人工远场地面运动

据中国铁路工程抗震设计规范》(2006),该网站设计反应谱的形式提出了动态放大系数 ,如图3(一个)。反应谱表达式 在哪里 是动态放大因子, 地震期间, 是反应谱的特征。

然后,人工远场地面运动使用SeismoArtif合成软件,基于设计反应谱。图3 (c)显示了加速度、速度和位移的时间远场地面运动的历史。

3.1.2。由于人工速度脉冲地面运动

输入地面运动只能双脉冲近似考虑了地面运动分析时,由于地面运动对结构损伤的影响(37]。的等效速度脉冲模型 , , 利用在这个手稿(37]。基于等效速度脉冲模型,等效模型的表达 在哪里 是脉冲峰值速度, 脉冲周期, 速度脉冲的开始时间, 是积极的速度峰值和消极的地面运动的速度峰值,分别和 的大的值的比值积极速度峰值和负速度峰值脉冲速度峰值。

, , ,等效脉冲的衰减公式模型 在哪里 , , , , , , , 发震断层相关的回归系数,确定表2, 是大小。


类型

所有 −5.3 0.92 0.11 0.40 −0.05 1.81 0.64 0.1344 −0.0054 −1.2328 0.2245
逆断层和混合的错 −9.2 1.41 0.34 0.10 −0.09 5.07 0.63 0.0007 −0.0004 −0.4303 0.1773
走滑断层 −5.9 1.04 0.08 0.52 -0.05 0.90 0.59 0.4376 −0.0048 −3.1306 0.2507

本研究优化过滤范围基于现有的方法(38,39]。即高频组件的速度大于时间的历史 赫兹是通过限制傅里叶谱带宽在合成过程中,不到和组件 赫兹推导得到的等效速度脉冲模式。地面运动的特定合成工艺(1)速度脉冲的频率比 赫兹, , , 由方程(8)- (10),根据地震地质参数的具体地点。速度脉冲时间的历史生成,然后,加速度随时间的变化是通过推导演算速度脉冲时间的历史。(2)高频分量的加速度,根据地震地质参数的具体地点,人工地面运动合成与傅里叶频谱带宽的要求 赫兹。(3)翻译上面的低收入和高频组件生成的方法,按照一定的假设。然后,高频组件调幅,添加后的总振幅高,低频分量等于地面运动的振幅传播网站根据衰减关系时发震断层诱发一定级地震。

关于Zheduotang错发震断层,目前是7.5级的上限。地震发生在当一个上限的潜在来源,Zheduoshan隧道加速度振幅传播到该网站是467加,考虑地面运动传播的衰减关系。Zheduotang断层长约30公里,是一个左旋走滑断层。根据回归表中给出相应的参数值2并结合方程(5)- (10), , , 分别是,等于73.70厘米/秒,6.69,和0.82。之后,由于脉冲地面运动的时间历史曲线合成使用上述合成方法,如图3 (b)

3.2。隧道结构的地震响应的比较受到合成地面运动

由于基于人工合成脉冲地面运动和远场地面运动在相同的地质地震条件下,相对变形速率、最大主应力的结构,和整体塑料模型的失败得到这些不同的地面运动激励。

3.2.1之上。相对变形速率

4(一)显示的时间历史记录相对变形率下隧道结构的拱顶和拱底之间由于脉冲和远场地面运动激励。可以看出,由于脉冲作用下的地面运动,相对变形率vault-arch底的隧道结构达到高峰在5左右th第二速度脉冲到来时,然后下降,最后保持永久位移为31.27毫米。然而,尽管相对变形速率的峰值几乎等于在两种不同的情况下,仍与远场地面运动波动,且仅0.28毫米的永久变形仍在最后,如图4 (c)

4 (b)说明了时间历史记录双方侧壁之间的相对变形速率下的隧道结构由于脉冲和远场地面运动激励。趋势是类似于相对变形率之间的拱顶和拱底的作用下这两种地面运动。与此同时,由于脉冲地面运动作用下,双方之间的永久的胎侧的相对变形是29.04毫米,而只有0.31毫米远场作用下的地面运动。

3.2.2。主应力和塑料失败

如图5(一个)模型时,由于脉冲作用下的地面运动,在每个特征的最大主应力峰值位置的隧道结构增加,特别是显著增加胎侧穹窿和两边。由于脉冲激发的地面运动,这是发现岩体的塑性区体积只增加少量速度脉冲的到来之前,它突然大幅增加在4 s 5 s。有一个小的增加从5到9年代期间,然后达到最大9秒后,如图5 (b)。当塑性区开始急剧增加的体积是一样的速度脉冲的到达时间。与此同时,从4到9年代几乎是等于速度脉冲的到达时间,表明速度脉冲提供了主要能源由于脉冲激发的地面运动。

概要地,由于脉冲地面运动比远场地面运动具有破坏性的隧道结构,也就是说,因为速度脉冲的作用发挥了重要作用,由于脉冲和地面运动是一个影响因素是不容忽视的。

4所示。基于IDA隧道结构抗震性能的方法

4.1。艾达的分析过程

如图6艾达的具体分析过程(1)建立一个合适的弹塑性分析模型为工程背景(2)选择一系列的地面运动,可以反映地面运动的工程特点,根据工程地区的站点设计反应谱(3)确定适当的地震烈度测量(IM)和结构损伤(DM),根据工程特点的工程(4)画一组曲线与IM集群对DM的纵坐标为横坐标,基于大量的动态时间历史的计算分析结果。这些计算结果是由多组地面运动输入参数包括一个广泛的强度,通过逐步放大。(5)画结构的地震易损性曲线的回归拟合分析和数据统计的方法,然后,不同性能水平下结构的失效概率。

本研究建立了Zheduoshan隧道模型部分2。2,这是用于隧道结构的抗震性能分析与艾达。之后,根据上面的艾达的过程中,隧道结构在不同的脆弱性特征位置进行了分析,以及结构的地震易损性由于脉冲激励下的地面运动和远场地面运动进一步比较分析。

以下4.4.1。选择地面运动记录数据库基于对等

地震波强烈的地面运动引起的随机在传播过程中。此外,不同的地面运动特征对分析结果有很大的影响隧道的地震反应和破坏机理。然而,10 - 20地面运动记录使用IDA足以消除地面运动的不确定性影响(25,26]。在这项研究中,基于网站设计反应谱,震中距离、强度、以及是否考虑速度脉冲作为指标,总共24条记录由于脉冲地面运动和远场选择地面运动从太平洋地震工程研究中心数据库(同行)选择系统设计的地面运动库(DGML)。表3介绍了选择地面运动记录的特定信息。所选记录的震级是3.5的范围内8。另外,由于12脉冲的中心距离地面运动0-20 12公里,震中距离的远场地面运动是由DGML 20 - 100公里。图7(一)显示之间的分布关系PGA选择地面运动和震中的距离,这表明所选的地面运动可以反映地面运动的随机性。比较的同时,选择地面运动的加速度反应谱与Zheduoshan网站的设计目标光谱响应如图7 (b)7 (c)的反应谱可以看出,选择地面运动是适合网站的设计目标光谱,这表明所选的地面运动可以反映站点Zheduoshan隧道的地面运动特征。


类型 ID 一年 PGA (g) 震动(米/秒) PGD (m) 级( ) 有效期限(s) (年代) 震中距离(公里) 地震的名字

由于脉冲地面运动 1 RSN161-Brawley机场 1979年 0.152 0.087 0.037 6.53 11.13 4.40 10.42 帝国Valley-06
2 RSN178-El Centro数组# 3 1979年 0.127 0.044 0.047 6.53 22.08 4.50 12.85 帝国Valley-06
3 RSN179-El Centro数组# 4 1979年 0.269 0.167 0.115 6.53 19.43 4.79 7.05 帝国Valley-06
4 RSN185-Holtville邮局 1979年 0.257 0.057 0.190 6.53 9.58 4.82 7.5 帝国Valley-06
5 RSN292-Sturno (STN) 1980年 0.225 0.199 0.071 6.9 12.108 3.27 10.84 Irpinia-Italy-01
6 RSN764-Gilroy-Historic建筑物。 1989年 0.148 0.125 0.081 6.93 11.24 1.64 10.97 洛马普列塔
7 RSN766-Gilroy数组# 2 1989年 0.295 0.083 0.024 6.93 9.00 1.73 11.07 洛马普列塔
8 RSN1050-Pacoima大坝(downstr) 1994年 0.191 0.074 0.030 6.69 7.28 0.59 7.01 Northridge-01
9 RSN1052-Pacoima Kagel峡谷 1994年 0.169 0.074 0.021 6.69 11.50 0.73 7.26 Northridge-01
10 RSN1165-Izmit 1999年 0.144 0.061 0.029 7.51 16.74 5.37 7.21 科喀艾里土耳其
11 RSN3746-Centerville Beach_海军前沿空中管制官 1992年 0.121 0.085 0.022 7.01 14.22 1.97 18.31 门多西诺角
12 RSN4458-Ulcinj-Hotel奥林匹克运动会 1979年 0.423 0.073 0.029 7.1 9.88 1.97 5.76 南斯拉夫黑山

远场地面运动 1 工匠们- 787 palo Alto-SLAC实验室 1989年 0.089 0.107 0.160 6.93 17.48 / 30.86 洛马普列塔
2 工匠们- 990 - la -城市阳台 1994年 0.135 0.072 0.018 6.69 15.72 / 36.62 Northridge-01
3 工匠们- 4455 herceg Novi-O.S.D。Paviviv 1979年 0.210 0.050 0.127 7.1 12.00 / 25.55 Montenegro_Yugoslavia
4 工匠们- 4841 joetsu Yasuzukaku Yasuzuka 2007年 0.050 0.057 0.038 6.8 24.86 / 25.52 Chuetsu-Oki_Japan
5 工匠们- 4846 joetsu Yanagishima牧场 2007年 0.175 0.120 0.039 6.8 10.98 / 31.43 Chuetsu-Oki_Japan
6 工匠们- 4852 joetsu_aramaki区 2007年 0.064 0.059 0.034 6.8 25.58 / 32.54 Chuetsu-Oki_Japan
7 工匠们- 4858 tokamachi Chitosecho 2007年 0.069 0.094 0.056 6.8 29.76 / 30.65 Chuetsu-Oki_Japan
8 工匠们- 4869川口 2007年 0.071 0.082 0.035 6.8 27.34 / 29.25 Chuetsu-Oki_Japan
9 工匠们- 5775 tamati相会 2008年 0.138 0.081 0.037 6.9 19.08 / 28.91 Iwate_Japan
10 工匠们- 5778松山市 2008年 0.084 0.060 0.038 6.9 24.08 / 40.98 Iwate_Japan
11 工匠们- 5804山内Tsuchibuchi Yokote 2008年 0.170 0.049 0.019 6.9 12.74 / 28.41 Iwate_Japan
12 工匠们- 5806 yuzawa小镇 2008年 0.117 0.155 0.042 6.9 17.26 / 25.56 Iwate_Japan

根据地震的概率40)、地面运动分为频繁的地面运动的50年超越概率63%,基础地面运动的50年超越概率10%,罕见的地面运动的50年超越概率2%,极其罕见的地面运动和100年的超过1%的概率,和他们的决心系数相应的地面运动参数规定。条件下,基本支持工程网站八世度和强度PGA基本的地面运动是0.4 g的PGA其他的地面运动强度确定表中给出4。因此,考虑到极其罕见的地面运动,24地面运动调整根据0.1克,0.2 g - 1.2 g使用PGA作为调幅的基础。然后,共有288个计算方案。


设防烈度 频繁的地面运动 基础地面运动 罕见的地面运动 极其罕见的地面运动

八世度 0.13克 0.4克 0.746克 1.08克
超越概率 50年63% 50年10% 50年2% 100年的1%

4.1.2。选择DM和IM

糖尿病是一个指数代表结构的抗震性能在IDA曲线。有很多指标评估混凝土结构的抗震性能,如位移、应变,和累积损伤(28,41]。隧道等地下结构只需要能够保持空间通畅的功能。因此,许多学者选择interstory位移角度和直径变形速率作为矩形和圆形隧道结构损伤的指标,分别,虽然有一些指标四中心的拱形隧道。在这项研究中,相对变形率之间的线隧道的左脚,右肩被选为DM描述四中心拱形隧道的结构损伤(42]。 在哪里 是相对变形率; 的水平和垂直位移是左脚,分别; 水平和垂直位移的右肩,分别;和 之间的直线距离是左脚,右肩。

即时通讯是一个指数代表的地面运动强度IDA曲线,等PGA,震动,PGD,年代一个(T1,5%)43]。选择一个IM,可以全面、有效地反映隧道结构的弹塑性地震时程分析,确定最合适的IM通过比较分散的艾达的结果在这些不同的即时通讯。没有一个成熟的结论自然振动周期的地下隧道工程是一个洞穴位于半无限的空间。因此,在这项研究中,只有PGA,震动,PGD是我影响IDA的分散的结果。DM的IDA的线性回归结果和相应的IM的对数价值,回归系数 分别对应不同的IM,拟合得到公式(所示的线性关系12)。然后,平均标准偏差 根据公式(发现的线性拟合13)。 在哪里 不同的IM值和相应的DM的对数,分别; 线性拟合系数; 艾达的平均标准偏差结果对应于不同的IM指标; 是非线性动态时程分析的计算值是144。

通过比较不同IM的回归拟合指标和相应的平均标准偏差(如图8),它可以发现 PGA指标小于震动PGD。越小 ,更适合相应的参数是作为IM指标。与此同时,利用PGA作为地面运动振幅的指标在不同的代码,和各种工程的地震风险分析的结果提出了PGA的形式。立刻,PGA选为我在这个研究是最合适的。

4.1.3。抗震性能水平的分类

的分类结果抗震性能水平会直接影响到地震易损性曲线的趋势。因此,要获得正确的地震易损性曲线,有必要确定结构损伤状态下的阈值不同的性能水平。根据《铁路工程抗震设计的代码(44),铁路工程的抗震设计应满足抗震性能需求表5,支持目标相应的支持需求定义。隧道结构的抗震性能水平限制失败状态,指的最大支持下的结构损伤程度的要求。与此同时,研究[42)验证了隧道结构的承载力和变形在不同支持需求,并结合研究结果矩形剖面和地震指数的圆截面隧道,隧道拱结构损伤的控制指标选择不同性能要求下,和性能水平的阈值确定三级支持需求下,表中给出5


抗震设防要求 强化目标 性能水平 阈值

地震发生后,隧道不损坏或轻微受损,可以维持其正常的服务功能 正常的服务 =
二世 隧道地震之后可能会受损。修复后,它可以在短时间内恢复正常的服务功能 修复之后可用 =
三世 地震发生后,隧道可能发生重大损失,但不崩溃,可以通车速度限制后紧急修复 生命受到威胁 = 4

因此,本研究将铁路隧道结构的地震损伤状态分为四个级别:完整,略微受损,中度受损,严重受损,分类标准隧道结构的地震损伤水平的相对变形速率。也就是说,当 ,隧道结构处于完好状态, ,隧道处于轻微受损状态,当 ,隧道处于中度受损状态,当 ,隧道处于严重受损状态,表中给出6


损伤程度 完整的 轻微损坏 中度受损 严重受损

相对变形比 ∼4

4.2。分析隧道结构的抗震性能
4.2.1。准备脆弱的地区

分析不同特征位置的脆弱地区的隧道部分,每个位置的IM-horizontal相对应变率关系曲线建立了计算结果。发现24地面运动的计算结果有相似的趋势。由于本研究仅比较了脉冲地面运动RSN764 39.99秒持续时间和远场地面运动工匠们持续时间40.00 - 990年代,如图9

这两个地面运动作用下,隧道结构的水平相对变形对称分布沿中心轴的隧道部分。之后,隧道的变形结构的两边侧壁是最严重的,是脆弱的隧道。第二是双方的肩膀和脚。最严重的是拱顶和拱底,和几乎没有在水平方向变形。比较这些曲线在这些不同的地面运动,它可以发现与PGA改变,由于隧道结构作用下的地面运动比这更严重受损的远场地面运动条件下相同的职业。这表明由于脉冲地面运动更有破坏性的隧道结构远场地面运动。

4.2.2。地震脆弱

10显示了IM-DM关系由于脉冲的作用下地面运动和远场地面运动IDA曲线簇。可以观察到的IDA曲线簇的密度曲线是在初始阶段。之后,地震强度增加,结果的分散性逐渐增加,表明隧道结构的地震响应事件地面运动特征密切相关。通过比较IDA曲线簇由于脉冲的作用下地面运动和远场地面运动,它可以发现,(1)由于脉冲作用下的地面运动,当PGA < 0.1 g∼0.2 g,隧道结构的相对变形几乎等于零,因为结构处于弹性状态,没有伤害。远场地面运动作用下,当PGA < 0.2 g∼0.3 g,隧道结构的相对变形几乎等于零。可以得出结论,与远场地面运动相比,由于地面运动将会伤害到我们的隧道结构相对轻微的地面运动强度。(2)从平均曲线,如图10PGA达到1.2 g时,由于脉冲的平均DM作用下地面运动是0.083,而远场的意思是DM作用下地面运动是0.059。与此同时,在相同的IM条件下,由于地面运动的意思是DM值大于远场的地面运动。因此,在PGA相同条件下,由于脉冲地面运动有相对较强的隧道结构损伤比远场地面运动。

适合每个IDA曲线分别获得IM值对应于三级支持下的结构性破坏性能指标阈值要求。假设这些IM值服从对数正态分布(45]。然后,对数的平均值和标准偏差值的IM值获得,这下的概率分布函数计算各级支持需求和相应的概率值。最后,地震易损性曲线可以通过概率值为纵坐标和相应的IM值为横坐标,如图11

相同的隧道结构的地震易损性曲线的趋势观察到这些不同的地面运动的作用下,因为它是假定这些IM值服从对数正态分布。与此同时,只有一定的概率值差异,表明这两种地面运动的破坏能力隧道结构有一定的差异。的概率超过每个抗震性能水平不同的地面运动的作用下,表中给出7


地面运动 强化标准 正常的服务 修复后超过可用概率/ % 生命受到威胁

由于脉冲地面运动 八世频繁 55.01 9.12 5.59
八世基础 98.93 65.68 57.70
八世罕见 99.98 91.87 88.77
八世极其罕见的 100.00 98.24 97.62

远场地面运动 八世频繁 34.96 1.60 0.34
八世基础 98.79 54.39 41.32
八世罕见 99.99 91.91 88.54
八世极其罕见的 100.00 97.38 96.19

地震发生的概率最高(八世50年来频繁的地面运动超过63%)和最高的地震强度(八世极其罕见的地面运动在100年超过1%)为例,分别。由于脉冲的作用下地面运动的八世频繁,隧道结构损伤的概率超过了正常的服务水平是55.01%,超过可用后修复的水平的概率是9.12%,并超过生命威胁的水平的概率是5.59%。然而,在相同级别的远场地面运动,隧道结构损伤的概率超过了正常的服务水平是34.96%,超过可用后修复的水平的概率是1.60%,和的概率超过生命威胁的水平仅为0.34%。由于脉冲的作用下地面运动和远场地面运动的八世极其罕见,隧道结构损伤的概率超过了正常的服务水平都是100%。至于的概率超过生命威胁的程度和可用的修复后,由于脉冲的地面运动比远场地面运动,其中98.24%和97.62%是由于脉冲地面运动,而97.38%和96.19%在远场地面运动。

5。讨论

结合抗震性能水平的分类表6,这两种地面运动的失败概率造成不同程度的损害作用下隧道结构的地震不同超越概率表8。远场地面运动作用下的地震频繁,隧道结构略有损坏的概率,甚至仍然完好无损是98.40%,而相同级别的结构性破坏的概率下由于脉冲地面运动仅为90.88%。由于脉冲的作用下地面运动在极其罕见的层面,严重损坏隧道结构的概率是97.62%,这是超过概率相同的远场强度的作用下地面运动是96.19%。图12显示了不同程度的损坏的概率隧道结构。同时,这一趋势在严重受损的概率地震的作用下隧道结构不同超越概率是观察,如图13。地面运动强度的增加,隧道结构更可能遭受更严重的伤害。与此同时,地面运动作用下同样的支撑位,由于脉冲的地面运动更有可能导致更严重的损坏隧道结构。也就是说,与远场地面运动相比,由于脉冲的地面运动对隧道结构的破坏能力更强,这可能是由于更强大的能量提供的速度脉冲由于脉冲地面运动。这句话与萨默维尔市的意见是一致的46]。


地面运动 强化标准 失效概率(%)
完整的 轻微损坏 中度受损 严重受损

由于脉冲地面运动 八世频繁 44.99 45.89 3.53 5.59
八世基础 1.07 33.25 7.98 57.70
八世罕见 0.02 8.11 3.10 88.77
八世极其罕见的 0.00 1.76 0.62 97.62

远场地面运动 八世频繁 65.04 33.36 1.26 0.34
八世基础 1.21 44.40 13.07 41.32
八世罕见 0.01 8.08 3.37 88.54
八世极其罕见的 0.00 2.62 1.19 96.19

6。结论

在这项研究中,速度脉冲的影响隧道结构的地震反应和抗震性能。IDA方法介绍了抗震性能的研究领域在铁路隧道工程。是得出以下结论:(1)最近开发了速度脉冲当量模型提出了合成人工由于脉冲地面运动,这是结合特定的站点地面运动的衰减特征。(2)三级支持性能需求适合铁路隧道划分为不同的强度和PGA地震确定。通过回归拟合不同的IM指标和相应的结果,不同的即时通讯的影响指标的色散IDA结果讨论,所以选择PGA作为IM指标。(3)由于脉冲地面运动比远场更具破坏性的隧道结构在相同地震地面运动强度,这是与提供的速度脉冲的能量。与此同时,地面运动作用下同样的支撑位,由于脉冲地面运动更有可能导致更严重的损坏隧道结构。因此,在隧道工程的抗震设计中,由于脉冲的速度脉冲效应的影响地面运动对隧道结构的抗震性能是不容忽视的。(4)衬砌变形在胎侧两边的隧道是最严重的,是脆弱的区域地面运动激励下的,可视为软弱隧道结构抗震设计的一部分。(5)在目前的手稿,数量的地面运动的影响在IDA IM被忽视的选择分析,指出在未来的工作。额外的混凝土损伤模型将被考虑衬砌,导致一些更有趣的结论。

缩写

: 凝聚力
: 波速度
: 图书馆设计地面运动
: 损伤测量
: 杨氏模量
: 输入运动的频率
: 正常的抗拉强度的界面
: 田野的剪切模量
: 增量动力分析
: 强度测量
: 之间的直线距离左脚,右肩
: 地震的震级
: 的数量为非线性动态时程分析计算
: 基于性能的地震工程
: 太平洋地震工程研究中心数据库
: 地面运动加速度的峰值
: 峰值地面运动的位移
: 峰值地面运动的速度
: 更大的正面和负面的价值比速度峰值
: 平均标准偏差
( ): 加速度反应谱
: 速度脉冲的开始时间
: 地震期间
: 反应谱特征周期的
: 脉冲周期
: 脉冲峰值速度
: 地面运动的积极的速度峰值
: 地面运动的负速度峰值
: 泊松比
: 动力放大系数
: 密度
: 摩擦角
: 左脚的水平位移
: 左脚的垂直位移
: 最大网格大小
: 右肩的水平位移
: 右肩的垂直位移
: 相对变形速率
: 波长对应的最大频率。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的结果包括在本文中。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

这项研究是由中国国家自然科学基金资助(51779253和51779253)和中国国家基础研究计划(2015 cb057905)。作者想感谢所有的成员给他们大量的帮助和合作。

引用

  1. y机台、d . Bruneau和w·r·Ridgway地震事件的潜在影响的评估使用燃料处理故障加拿大核能公司,粉笔河,加拿大,1995。
  2. n .巴顿”岩体变形对隧道的影响表现在地震地区,”隧道技术的进步和地下使用4卷,第99 - 89页,1984年。视图:谷歌学术搜索
  3. d·马段h . y . j . f . Liu x b·李和z l .周”的角色,煤矸石的危害和环境污染程度的缓解:一个实验调查,“科学的环境卷,664年,第448 - 436页,2019年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
  4. m·a·哈沙什约瑟夫j .钩杰弗里·b·施密特和j . i c。姚明,“地下结构抗震设计和分析,隧道与地下空间技术,16卷,不。4、247 - 293年,2001页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
  5. 王z z z和张,“山隧道地震破坏的分类和风险评估,验证2008年汶川地震,”土动力学和地震工程,45卷,45 - 55,2013页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
  6. e . b . Aygar和c . Gokceoglu”问题过程中遇到一个铁路隧道开挖在挤压和膨胀材料和可能的工程措施:一个案例研究来自土耳其,”可持续性,12卷,不。第三条ID 1166, 2020。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
  7. z . Chen施c t·李,“破坏山隧道的特点和影响因素下强烈的地震,”自然灾害,卷61,不。2、387 - 401年,2012页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
  8. 桥本,y Fujino m·安,“损害阪神高速公路高架桥在1995年神户地震分析。2:破坏模式单一的钢筋混凝土桥墩,”桥梁工程,10卷,不。1,54-60,2005页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
  9. 江z z . Wang b高,y . j . et al .,“调查和评估山隧道和岩土损伤在汶川地震后,“科学在中国(E系列:技术科学),52卷,不。2、546 - 558年,2009页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
  10. e . b . Aygar和c . Gokceoglu”特别支持设计的大跨度隧道穿越一个活跃的断层(T9隧道,ankara-sivas高速铁路项目,土耳其),“环境地球科学,卷80,不。1,37页,2021年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
  11. h .严,j .张,李,和c·朱“裂纹扩展模式和控制因素复杂的裂缝网络形成煤体内三轴超临界二氧化碳压裂期间,“燃料文章ID 119381卷,286年,2021年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
  12. 李和l .谢“土木工程进展和趋势在近场问题,“《地震学报》,20卷,不。1,第111 - 102页,2007。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
  13. j .张和y王”,一个方法来改善土壤液化震陷的预测:multi-dataset的一项研究中,“神经计算和应用,33卷,不。2、1533 - 1546年,2020页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
  14. 铃木m .清水t . s .加藤,y小岛,k .八城政基和t .仓叶,“历史损伤在日本的隧道,铁路隧道受损的案例研究中期地震、新泻县”美国国会第33 ITA-AITES世界隧道,布拉格,捷克共和国,2007年5月。视图:谷歌学术搜索
  15. g . w . Housner和d·e·哈德逊,”1957年3月18日里地震,”美国地震学会公报,48卷,不。2、163 - 168年,1958页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
  16. 崔z,美国钱,l . Xianlun et al .,“由于地面运动对地震响应的影响的地下洞穴,”岩石和土力学,34卷,不。11日,第3222 - 3213页,2013年。视图:谷歌学术搜索
  17. 崔z和美国钱,”地震响应由一个大型的地下岩体硐室的地质不连续面受到由于和远场地面运动,”中国岩石力学与工程学报,36卷,不。1,53 - 67年,2017页。视图:谷歌学术搜索
  18. g j .歌曲和高,“经验预测模型对地震位移下的斜坡速度pulse-like地面运动,”中国岩土工程杂志》上,35卷,不。11日,第2017 - 2009页,2013年。视图:谷歌学术搜索
  19. b .托多罗夫和a·h·m·m·比拉王储”地震下的钢筋混凝土桥墩脆弱性和损失评估长时间,由于,和远场地面运动,”结构31卷,第685 - 671页,2021年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
  20. 柯Du, f . Cheng j .白和金,“buckling-restrained加固钢筋混凝土框架结构的抗震性能量化由于地面运动下,“工程结构卷,211年,第0296 - 0141页,2020年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
  21. r . Sharbati r·拉希米·m·r·Koopialipoor et al .,“检测和提取速度脉冲由于使用非对称高斯chirplet地面运动模型,”土动力学和地震工程卷,133年,第7261 - 0267页,2020年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
  22. 联邦应急管理局,联邦应急管理局- 445:新一代的基于性能的抗震设计准则联邦应急管理局,华盛顿,美国,2006年。
  23. l .谢y马,c .翟基于性能的抗震设计和设计地面运动,科学出版社,北京,2009。
  24. s . a . Argyroudis和k·d·Pitilakis”地震浅层隧道的脆弱性曲线冲积存款,”土动力学和地震工程,35卷,1 - 12,2012页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
  25. d . Vamvatsikos结构的抗震性能容量和可靠性通过增量动态分析美国斯坦福大学,斯坦福大学,2002年。
  26. d . Vamvatsikos和c·a·康奈尔大学“增量动态分析”地震工程和结构动力学没有,卷。31日。3、491 - 514年,2002页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
  27. 崔z,美国钱,l . Xianlun z朱,“基于性能的地震稳定性的评估与增量动态分析大型地下雕刻的复杂,“中国岩石力学与工程学报没有,卷。31日。4、703 - 712年,2012页。视图:谷歌学术搜索
  28. 沈y z中,h,收集齐全12使徒之证l . y . Li和x l .杜”地震脆弱性分析基于IDA的两层和地铁站箱梁结构的方法,”中国岩土工程杂志》上,42卷,不。5,916 - 924年,2020页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
  29. d·马h . y .段问:Zhang et al .,”一个数值耦合热的气体压裂模型,流动和机械效应,”电脑,材料和连续,卷65,不。3、2123 - 2141年,2020页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
  30. 段d·马j . x张h . y . et al .,“煤矸石废弃物的二次利用地下回填采矿:上覆岩层含水层的保护,”光化层,卷264,不。1,文章ID 128400, 2021。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
  31. x y沈,波高,杨,道,“地震破坏机理和山隧道动态变形特征分析汶川地震后,“工程地质卷,180年,第98 - 85页,2014年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
  32. 中华人民共和国专业标准的编译(Gb 50010 - 2010),代码设计的混凝土结构中国,中国建筑工业出版社,北京,2010。
  33. 中华人民共和国专业标准的编译(Gb / T 50218 - 2014),工程岩体分类的标准中国,中国计划出版社,北京,2014。
  34. d·马h . y .段x b . Li z h . Li z l .周和t·b·李”seepage-induced侵蚀对非线性的影响液压破碎的红色砂岩的性质,“隧道与地下空间技术文章ID 102993卷,91年,2019年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
  35. h .严,j .张:周,l .孟”应用程序混合人工智能模型来预测煤强度改变时有限公司2在煤层地质封存科学的环境文章ID 135029卷,711年,2020年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
  36. j . Zhang f .江,杨j . et al .,“岩爆机制在软煤层煤矿深处,“国际矿业科技杂志》上,27卷,不。3、551 - 556年,2017页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
  37. l .明由于地面运动的影响的研究在结构抗震设计哈尔滨:中国地震局工程力学研究所哈尔滨,中国,2010。
  38. 黄,的破坏机理和抗震措施研究高强度地震下地下工程、武汉岩土力学研究所、中国科学院武汉,中国,2010。
  39. y田、问:杨和m . Lu”模拟方法由于过程地面运动,”《地震学报》,20卷,不。1、77 - 84 + 114,2007页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
  40. 中华人民共和国专业标准的编译(Gb 18306 - 2015),地震地面运动参数分带的中国地图中国标准出版社,北京,2015年。
  41. l . x b . Wang Wang杨et al .,“基于IDA的公路隧道衬砌抗震性能分析,“铁路标准设计,卷64,不。5,96 - 102年,2020页。视图:谷歌学术搜索
  42. c .香研究公路隧道结构基于性能的抗震设计方法、重庆交通大学、重庆,中国,2017。
  43. 陆x l .你们z,苗族et al .,“对earthquake-theory弹塑性分析的建筑,”在有限元分析模型和实现,MSC。马克和SAP2000,中国建筑和建筑出版社,北京,中国,2009年,在中国。视图:谷歌学术搜索
  44. 中华人民共和国专业标准的编译(Gb 50111 - 2006),铁路工程抗震设计的代码中国标准出版社,北京,2006年。
  45. k·r·卡里姆和f .山崎”效应的地震地面运动的脆弱性曲线公路桥墩在数值模拟基础上,“地震工程和结构动力学,30卷,不。12日,第1586 - 1839页,2001年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
  46. p·萨默维尔市,”描述断层附近的地面运动的设计和评价桥梁,”第三国家地震会议和研讨会的桥梁和高速公路,页137 - 148,纽约州立大学布法罗分校,布法罗,纽约,2002年1月。视图:谷歌学术搜索

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