大断面隧道地震响应：应力场、围岩与设计策略

本文主要探讨了构造应力场对大断面隧道结构地震响应的影响，针对新建的贵广客运专线油竹山双线隧道进行了深入的研究。通过三维数值模拟技术，作者分析了竖向和水平地震荷载同时作用下隧道衬砌的动力响应特性。研究发现，隧道衬砌在地震作用下的主要表现为水平速度主导，竖向速度大约是水平速度的三分之一。围岩强度的降低导致振动速度减小，使得岩体更容易在地震中受到破坏，从而起到一定的吸震作用。 研究还揭示了隧道结构动力响应的几个关键特性：速度、加速度和变形峰值发生的时间都滞后于地震波加速度激励峰值。在地震过程中，隧道衬砌在水平和竖向方向的最大加速度存在显著差异，放大系数在2.5至5.3之间。随着时间的推移，隧道的变形持续增大，围岩强度的降低削弱了对结构的约束效应。 对于围岩条件优良的隧道，衬砌的主要破坏形式可能是震动破坏，因此在设计上建议采用高标号的抗震混凝土以提高其抗地震性能。而对于围岩条件较差的隧道，设计阶段需要考虑增加配筋率，以防止因剪切或拉伸破坏而受损。考虑到我国位于欧亚板块和印度板块交界处，地震活动频繁，对大断面隧道尤其是深埋隧道的抗震设计和安全性评估显得尤为重要。 这项研究为理解和控制大断面隧道在构造应力场中的地震响应提供了科学依据，为提升隧道结构的抗震能力以及制定合理的工程设计策略提供了有价值的参考。同时，它也强调了在地震活跃区域进行地下结构工程设计时，必须充分考虑地质条件和地震效应，以确保基础设施的稳定性和安全性。