既有隧道裂损衬砌地震响应机理与安全评价

针对既有隧道衬砌裂损严重和地震灾害频发的现状，保证既有隧道在衬砌裂损状态下的抗震安全这一难题亟待解决。首先，采用资料调研和现场测试等方法，借助统计学手段，发现既有隧道衬砌裂损的普遍性规律，提出裂损的基本模型，形成衬砌裂损的空间表征方法。其次，以含隧道的半无限三维空间弹性介质为例，基于波动力学、断裂损伤力学等理论，采用波函数展开、位移不连续等方法，依次建立完整衬砌、含静止裂缝和含动态扩展裂缝三种衬砌的地震响应控制方程，并采用数值离散和程序编译手段实现程序化，借助模型试验验证数值解的正确性。然后，系统分析裂损形态、地震参数、地层属性和结构特性等对裂损衬砌地震响应的影响，掌握裂损衬砌地震响应机理。最后借助风险分析方法，科学遴选裂损衬砌抗震安全评价指标，制定评判标准，划分裂损衬砌抗震安全等级，形成既有隧道裂损衬砌抗震安全评价方法，为既有隧道裂损衬砌的抗震安全工作提供理论基础和评价依据。 2100433B

在2008年5.12汶川特大地震隧道震害现场调查基础上，结合国内外以往隧道震害及研究成果调研，并进一步采用模型试验、数值模拟分析和地应力现场测试等方法，研究长大山岭隧道洞口及洞身段地震响应机理和破坏规律，从而建立其在不同烈度、构造、应力状态、所处场地和结构形式条件下地震响应的数理力学模型与计算方法，总结长大山岭隧道在抗震方面的经验和教训，研发长大山岭隧道洞口及洞身段抗减震结构形式，尤其是隧道近场穿越活动断层的减震结构。为大规模山岭隧道的建设提供选线原则、抗减震设计理论基础，特别是为高烈度区各种复杂地质、地形和结构条件下的长大山岭隧道工程设计提供先进理论方法、技术对策及其计算模型。

项目组通过现场调查、模型实验、数值模拟和理论研究等手段，对长大隧道地震响应机理与抗震进行了深入和系统的研究。根据长大隧道地震响应规律及破坏特征，将其划分为洞口段、洞身段和穿越活动断层段三大特征段落分别开展了有针对性的具体研究。取得了一系列有理论价值和工程指导意义的成果，包括一些规律的发现、理论与方法的建立、实验方法及其装置研发和吸能型耐震支护材料及其结构的开发等等。 1.总结并发现了长大隧道在强震作用下表现出洞口段、洞身局部地段和穿越活动断层段极易发生破坏的响应特征。 2.静-动耦合分析揭示了隧道与地下空间的稳定性随埋深变化呈现出浅埋-不稳定、深埋-稳定和超深埋-不稳定的三类节律式分布（即三类空间理论）。能较好地解释为什么隧道洞口及浅埋段极易破坏，而大多数深埋段稳定性较好的原因。同时从安全系数分布规律上也印证了台湾学者提出的不同埋深隧道地震响应的强弱与地震波长挂钩，即埋深处于波峰与波谷位置是最不利的。 3.理论推导出隧道洞口段面波作用下响应公式和深埋段剪切波作用下有松动圈时的响应公式。对隧道地震响应规律与抗减震设计有指导作用。 4.研制了深埋段和活动断层段模拟实验新材料、新方法及新装置，用于实验并获得一系列成果。即剪切箱和断层台架等。 5.提出了隧道抗震设计的能量理论与方法，即结构的力-刚比与能-刚比双高理论和能量消-转-释-吸-散机制。 6.研发了一系列能量型支护材料及结构和测试其能量特性的实验装置。 7.研发了洞口段耐震衬砌和耐落石冲击的缓冲-分散-拱转移型复合结构，其效果得到了大比例尺模型实验验证。 8.研发了几种洞身段高性价比的耐震衬砌材料与结构，并得到了模型实验的验证。 9.研发了隧道穿越活动断层段复合式能量释-吸型免震结构，并得到了模型实验验证。使攻克长大隧道过活动断层这一绝症有了希望。 10.申请及获批专利16项，将获得较大的经济和社会效益。

《隧道工程动力响应特性与汶川地震隧道震害分析及启示》是一篇文献，作者为钱七虎、何川、晏启祥。

【作者】钱七虎；何川；晏启祥；

【机构】中国人民解放军理工大学；西南交通大学；

【摘要】<正>我国地处欧亚地震带和环太平洋地震带之间,地震活动频繁,是世界上最大的大陆浅源强震活动区,震害具有分布广、强度高、危害大等特点。从"5·12"汶川大地震及世界范围的工程结构物震害情况看,通常情况下隧道工程震害较房屋、桥梁等地面建筑轻微,隧道工程相对具有较强的抗震性能。但另一方面,在强震条件下,隧道工程震害依然较突出,如"5·12"汶川大地震、台湾集集地震、日本关东大地震、阪神大地震等强震都造成 2100433B