Response Acceleration Method for Tunnel Longitudinal Seismic Analysis

Mi ZHAO; Xiaohui CHEN; Jingqi HUANG; Xiuli DU; Yuan WANG

doi:10.13409/j.cnki.jdpme.20201202003

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

Response Acceleration Method for Tunnel Longitudinal Seismic Analysis

更新时间：2025-09-25

- Response Acceleration Method for Tunnel Longitudinal Seismic Analysis
- Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering Vol. 42, Issue 4, Pages: 742-750(2022)
- 作者机构：
  
  1.北京工业大学城市与工程安全减灾教育部重点实验室,北京 100124
  2.北京科技大学城市地下空间工程北京市重点实验室,北京 100083
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：10.13409/j.cnki.jdpme.20201202003
  CLC： TU452
- Received：02 December 2020，
  
  Revised：2021-02-20，
  
  Published：28 August 2022
- 稿件说明：
移动端阅览
赵密,陈晓晖,黄景琦等.隧道纵向抗震分析的反应加速度方法[J].防灾减灾工程学报,2022,42(04):742-750.

ZHAO Mi,CHEN Xiaohui,HUANG Jingqi,et al.Response Acceleration Method for Tunnel Longitudinal Seismic Analysis[J].Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering,2022,42(04):742-750.
赵密,陈晓晖,黄景琦等.隧道纵向抗震分析的反应加速度方法[J].防灾减灾工程学报,2022,42(04):742-750. DOI： 10.13409/j.cnki.jdpme.20201202003.

ZHAO Mi,CHEN Xiaohui,HUANG Jingqi,et al.Response Acceleration Method for Tunnel Longitudinal Seismic Analysis[J].Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering,2022,42(04):742-750. DOI： 10.13409/j.cnki.jdpme.20201202003.

摘要

为研究隧道纵向地震响应，首先将隧道结构的动力问题简化为地震变形场作用下的土‑隧道拟静力相互作用问题，推导了土‑隧道拟静力相互作用模型的反应加速度方法。针对规范提供的纵向位移模式，给出相应反应加速度方法的等效惯性力公式及模型边界条件，最终建立基于规范位移模式的隧道纵向反应加速度方法。在与整体式反应位移方法对比验证的基础上，开展不同场地条件及不同隧道埋深下的隧道纵向响应规律研究。数值模拟结果表明：（1）当场地条件和埋深相同时，隧道弯矩随场地水平位移的增加而增加，而剪力、扭矩具有相反的变化规律；（2）场地条件对隧道纵向响应的影响较大，场地越软，隧道剪力越小，而弯矩和扭矩越大；（3）在50 m覆盖土层厚度内，随隧道埋深的增加，隧道剪力、弯矩逐渐减小，而扭矩基本保持不变。

Abstract

As one kind of long linear underground structure， the longitudinal response is a very important issue for seismic design of tunnels. In order to study the longitudinal seismic response of the tunnel， the dynamic problem of the tunnel structure under the action of the seismic deformation field is first simplified to pseudo-static interaction between soil and tunnel， and the response acceleration method of the pseudo-static interaction model of the soil-tunnel is derived. Then， based on the longitudinal displacement mode， the response acceleration method for longitudinal seismic analysis of tunnel is built， by offering formulas of the equivalent body forces and the boundary conditions. The developed method is employed to study the tunnel response with different ground conditions and buried depths. The result is compared with that of the integrated seismic displacement method. Through the analysis of the numerical results， some conclusions can be drawn：（1） When the site conditions and buried depth are the same， the bending moment of the tunnel increases with the increase of the horizontal displacement of the site， while the shear force and torque have opposite changes；（2） The ground condition has a significant effect on the tunnel internal forces. The softer the ground condition， the larger the bending moment and torsion the tunnel suffers， but the smaller the shear force of the tunnel；（3） With the tunnel depth increasing， the shear force and bending moment gradually decrease. However， the tunnel depth has a slight effect on the torsion.

关键词

Keywords

references

钱七虎 . 迎接我国城市地下空间开发高潮［J］. 岩土工程学报， 1998 ， 20 （ 1 ）： 112 - 113 .

Qian Q H . The upsurge of urban underground space development in China ［J］. Chinese Journal of Geotechnical Engineering ， 1998 ， 20 （ 1 ）： 112 - 113 . （in Chinese）

Wang W L ， Wang T T ， Su J J ， et al . Assessment of damage in mountain tunnels due to the Taiwan Chi-Chi earthquake ［J］. Tunnelling and Underground Space Technology ， 2001 ， 16 （ 3 ）： 133 - 150 .

Chen Z Y ， Shi C ， Li T B ， el al . Damage characteristics and influence factors of mountain tunnels under strong earthquakes ［J］. Natural Hazards ， 2012 ， 61 （ 2 ）： 387 - 401 .

Wang Z Z ， Zhang Z . Seismic damage classification and risk assessment of mountain tunnels with a validation for the 2008 Wenchuan earthquake ［J］. Soil Dynamic and Earthquake Engineering ， 2013 ， 45 ： 45 - 55 .

Shen Y S ， Gao B ， Yang X M ， et al . Seismic damage mechanism and dynamic deformation characteristic analysis of mountain tunnel after Wenchuan earthquake ［J］. Engineering Geology ， 2014 ， 180 ： 85 - 98 .

刘如山，胡少卿，石宏彬 . 地下结构抗震计算中拟静力法的地震荷载施加方法研究［J］. 岩土工程学报， 2007 ， 29 （ 2 ）： 237 - 242 .

Liu R S ， Hu S Q ， Shi H B . Study on seismic loading of pseudo-static approach used in the seismic design of underground structure ［J］. Chinese Journal of Geotechnical Engineering ， 2007 ， 29 （ 2 ）： 237 - 242 . （in Chinese）

刘祥庆，刘晶波 . 基于纤维模型的拱形断面地铁车站结构弹塑性地震反应时程分析［J］. 工程力学， 2008 ， 25 （ 10 ）： 150 - 157 .

Liu X Q ， Liu J B . Time history analysis of elasto-plastic seismic response of a subway station structure with arched cross section based on fiber model ［J］. Engineering Mechanics ， 2008 ， 25 （ 10 ）： 150 - 157 . （in Chinese）

刘晶波，王东洋，谭辉，等 . 隧道纵向地震反应分析的整体式反应位移法［J］. 工程力学， 2018 ， 35 （ 10 ）： 17 - 26 .

Liu J B ， Wang D Y ， Tan H ， et al . Integral response displacement method for longitudinal seismic response analysis of tunnel structure ［J］. Engineering Mechanics ， 2018 ， 35 （ 10 ）： 17 - 26 . （in Chinese）

禹海涛，张正伟，李攀，等 . 地下结构抗震设计的改进等效反应加速度法［J］. 岩土力学， 2020 ， 41 （ 7 ）： 1 - 10 .

Yu H T ， Zhang Z W ， Li P ， et al . Improved equivalent response acceleration method for seismic design of underground structures ［J］. Rock and Soil Mechanics ， 2020 ， 41 （ 7 ）： 1 - 10 . （in Chinese）

陈国兴，陈苏，杜修力，等 . 城市地下结构抗震研究进展［J］. 防灾减灾工程学报， 2016 ， 36 （ 1 ）： 7 - 29 .

Chen G X ， Chen S ， Du X L ， et al . Review of seismic damage， model test， available design and analysis methods of urban underground structures： retrospect and prospect ［J］. Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering ， 2016 ， 36 （ 1 ）： 7 - 29 . （in Chinese）

Zhao M ， Gao Z D ， Du X L ， et al . Response spectrum method for seismic soil-structure interaction analysis of underground structure ［J］. Bulletin Earthquake Engineering ， 2019 ， 17 （ 9 ）： 5339 - 5363 .

宾佳 . 地下结构地震作用的简化分析方法研究［J］. 国际地震动态， 2017 （ 5 ）： 42 - 43 .

Bin J . Study on the simplified analysis methods of seismic effects of underground structures ［J］. International Earthquake Dynamics ， 2017 （ 5 ）： 42 - 43 . （in Chinese）

铁路工程抗震设计规范： GB5011—2006 ［S］. 北京：中国计划出版社， 2006 .

建筑抗震设计规范： GB50011—2010 ［S］. 北京：中国建筑工业出版社， 2016 .

地下铁道建筑结构抗震设计规范： DG/TJ08-2064—2009 ［S］. 上海：上海市建筑建材业市场管理总站， 2009 .

核电厂抗震设计规范： GB50267—97 ［S］. 北京：中国标准出版社， 1998 .

地下结构抗震设计标准： GB/T51336—2018 ［S］. 北京：中国建筑工业出版社， 2018 .

城市轨道交通结构抗震设计规范： GB50909—2014 ［S］. 北京：中国计划出版社， 2014 .

王东洋 . 隧道纵向地震反应分析方法及抗震性能研究［D］. 北京：清华大学， 2019 .

Wang D Y . Research on longitudinal seismic response analysis method and seismic performance of tunnels . ［D］. Beijing ： Tsinghua University ， 2019 . （in Chinese）

刘晶波，王东洋，谭辉，等 . 隧道纵向地震反应分析的反应位移法对比［J］. 振动与冲击， 2019 ， 38 （ 21 ）： 104 - 111 .

Liu J B ， Wang D Y ， Tan H ， et al . Response displacement methods for longitudinal seismic response analysis of tunnel structures ［J］. Journal of Vibration and Shock ， 2019 ， 38 （ 21 ）： 104 - 111 . （in Chinese）

刘晶波，王东洋，谭辉，等 . 整体式反应位移法的理论推导及一致性证明［J］. 土木工程学报， 2019 ， 52 （ 8 ）： 18 - 23 .

Liu J B ， Wang D Y ， Tan H ， et al . Theorectical derivation and consistency proof of the integral response deformation method ［J］. China Civil Engineering Journal ， 2019 ， 52 （ 8 ）： 18 - 23 . （in Chinese）

Hashash Y M A ， Hook J J ， Schmidt B ， et al . Seismic design and analysis of underground structures ［J］. Tunnelling and Underground Space Technology ， 2001 ， 16 （ 4 ）： 247 - 293 .

Okamoto S ， Tamura C ， Kato K ， et al . Behaviors of submerged tunnels during earthquakes ［C］∥ In Proceedings 5th World Conference on Earthquake Engineering . Rome， Italy ：［s.n.］， 1974 ： 544 - 553 .

Xu Z G ， Du X L ， Xu C S ， et al . Numerical research on seismic response characteristics of shallow buried rectangular underground structure ［J］. Soil Dynamics and Earthquake Engineering ， 2019 ， 116 ： 242 - 252 .

赵密，王利涛，高志懂，等 . 土-结构相互作用分析中几类地震输入方式的比较［J］. 震灾防御技术， 2017 ， 12 （ 3 ）： 589 - 598 .

Zhao M ， Wang L T ， Gao Z D ， et al . Comparison of earthquake input methods in soil-structure interaction analysis ［J］. Technology for Earthquake Disaster Prevention ， 2017 ， 12 （ 3 ）： 589 - 598 . （in Chinese）

Huang J Q ， Du X L ， Jin L ， et al . Impact of incident angles of P waves on the dynamic responses of long lined tunnels ［J］. Earthquake Engineering Structural Dynamics ， 2016 ， 45 ： 2435 - 2454 .

Views

下载量

CSCD

Alert me when the article has been cited

提交

Tools

Publicity Resources

Seismic Design and Numerical Verification of Self‑centering Double‑column Pier Bridges with Replaceable Prestressing Tendons

Exploration on Selection of the Most Unfavorable State for Seismic Stability Calculation of Gravity Retaining Walls

Seismic Design and Performance Evaluation Method for Buckling Restrained Brace Frame based on E-μ Model

Dynamic Characteristics of Mixed Reinforced Earth Retaining Wall under Earthquake Loading

Seismic Design and Performance Evaluation Method for Buckling Restrained Brace Frame based on E-μ Model

Related Author

BIAN Jiachen

ZHU Anjing

JIA Junfeng

PANG Wei

JIANG Hao

ZHANG Hanwen

JIANG Liangwei

DU Meiling

Related Institution

Northwest Municipal Engineering Design & Research Institute Co., Ltd.

National Key Laboratory of Bridge Engineering Safety and Resilience,Beijing University of Technology

School of Civil Engineering,Southwest Jiaotong University

MOE Key Laboratory of High-Speed Railway

China Railway Eryuan Engineering Group Co., Ltd.

⁰