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文章速递|Soil Dynamics and Earthquake Engineering|多次振动作用下可液化场地内浅埋隧道地震响应的数值模拟和参数分析

发布日期:2024-07-01浏览量:

Zhang, J., Bilotta, E., Sun, Q., & Yuan, Y. (2024). Numerical simulation and parametric analysis on a shallow tunnel in liquefiable ground subject to multiple shakings. Soil Dynamics and Earthquake Engineering, 183:108802

https://doi.org/10.1016/j.soildyn.2024.108802

研究背景

强震作用下可液化场地与地下结构的土-结构动力相互作用机制是目前岩土地震工程领域的热点问题。尽管已有学者针对该问题进行了相关研究,但现有成果一般仅考虑单次地震动对场地和结构的影响。由于场地的液化行为与地震强度、振动持时、应力历史等因素密切相关,因此十分有必要研究多次振动作用下可液化场地内浅埋隧道的土-结构动力相互作用机制及地震响应规律。

研究方法

如图1所示,针对上述问题,本文采用OpenSees有限元程序和PM4Sand本构模型,首先对饱和可液化Hostun Sand场地内浅埋隧道受四次连续振动的离心机试验进行了数值复现。如图2所示,OpenSees数值结果与离心机试验数据高度吻合,模型的有效性得到充分验证。随后,利用经试验验证的数值模型对隧道自重、渗透系数、震动序列等进行了参数分析。

 

 图表描述已自动生成

1离心机试验缩尺物理模型与OpenSees有限元足尺数值模型

2 离心机试验数据与OpenSees数值结果对比

主要结论

1较低的渗透系数会导致超孔隙水压消散较慢,诱发更显著的隧道上浮。然而,当渗透系数极。捎诔紫端棺剖茏,隧道并不一定会产生更大的上浮位移。

2)多次振动对于场地液化行为主要有两种相反的作用。一方面,前序振动会破坏原有稳定的土颗粒结构,导致场地更容易液化;另一方面,多次震动会使场地相对密实度增大,导致场地抗液化能力增强。

3)重力是隧道抵抗液化上浮的主要因素之一,因此隧道上浮位移与其自重呈负相关性。同时,隧道自重还会显著影响周围土体的有效应力和孔隙水压分布。

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