Experimental Study of Tunnel‑group Metro Station on Rock Sites under Strong Ground Motions

LI Ruozhou; HE Weiguo; YUAN Yong; LI Qingfei

doi:10.13409/j.cnki.jdpme.20231022001

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

Experimental Study of Tunnel‑group Metro Station on Rock Sites under Strong Ground Motions

更新时间：2025-03-10

- Experimental Study of Tunnel‑group Metro Station on Rock Sites under Strong Ground Motions
- Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering Vol. 45, Issue 1, Pages: 169-178(2025)
- 作者机构：
  
  1.同济大学地下建筑与工程系，上海 200092
  2.中铁第六勘察设计院集团有限公司隧道设计分公司，天津 300308
  3.同济大学土木工程防灾减灾全国重点实验室，上海 200092
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：10.13409/j.cnki.jdpme.20231022001
  CLC： TU443
- Received：22 October 2023，
  
  Revised：2024-01-11，
  
  Published：15 February 2025
- 稿件说明：
移动端阅览
李若舟,贺维国,袁勇等.强震作用下岩石场地群洞地铁车站试验研究[J].防灾减灾工程学报,2025,45(01):169-178.

LI Ruozhou,HE Weiguo,YUAN Yong,et al.Experimental Study of Tunnel‑group Metro Station on Rock Sites under Strong Ground Motions[J].Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering,2025,45(01):169-178.
李若舟,贺维国,袁勇等.强震作用下岩石场地群洞地铁车站试验研究[J].防灾减灾工程学报,2025,45(01):169-178. DOI： 10.13409/j.cnki.jdpme.20231022001.

LI Ruozhou,HE Weiguo,YUAN Yong,et al.Experimental Study of Tunnel‑group Metro Station on Rock Sites under Strong Ground Motions[J].Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering,2025,45(01):169-178. DOI： 10.13409/j.cnki.jdpme.20231022001.

摘要

为探究岩石场地群洞地铁车站在地震作用下的动力特性，设计了一个比尺1∶30的群洞地铁车站结构的大型振动台试验模型，通过采用横向输入峰值加速度0.07

、0.15

、0.21

、0.30

、0.50

、0.70

和1.0

等7个不同强度的人工地震波，研究了群洞地铁车站在强震作用下的加速度响应特征、位移响应特征、结构破坏模式和动应变响应特征。结果表明：阿里亚斯强度（Arias Intensity）的放大系数曲线揭示，模型围岩和站厅衬砌结构在峰值加速度0.5

后进入塑性破坏状态；站台衬砌结构在峰值加速度0.3

后从塑性状态逐步进入破坏状态，同时能量耗散逐渐增加。随着地震动强度的增大，站厅横断面的相对位移增幅显著，开口断面与非开口断面的相对位移峰值差距进一步扩大。结构的裂缝主要分布在纵向，站台直墙中部纵向裂缝宽且长，而站厅直墙中部未产生明显裂缝。结构传递函数的主频随着地震动强度逐渐减小，在弹性阶段和塑性破坏阶段，结构主频分别为22.7、18.5 Hz。当地震动横向激励时，VL断面相同位置的拉应变均大于HR断面，最大拉应变出现在竖向联络通道的下断面拱肩处。

Abstract

To investigate the dynamic characteristics of the tunnel-group metro station on rock sites under ground motions

a large-scale shaking table test model of the structure was designed at a scale of 1∶30. Seven artificial seismic waves with different intensities

having peak accelerations of 0.07

0.15

0.21

0.30

0.50

0.70

and 1.0

were applied horizontally to investigate the acceleration response characteristics

displacement response characteristics

structural failure modes

and dynamic strain response characteristics of the tunnel-group metro station under strong ground motions. The results showed that the amplification factor curve of Arias Intensity revealed that the modeled surrounding rock and the station hall lining structure entered the plastic failure state after a peak acceleration of 0.5

. The platform lining structure gradually transitioned from a plastic state to a failure state after a peak acceleration of 0.3

accompanied by a gradual increase in energy dissipation. As seismic intensity increased

the relative displacement of the station hall cross-section increased significantly

and the difference in peak relative displacement between the open and non-open sections further widened. Cracks in the structure are primarily distributed longitudinally. Wide and long longitudinal cracks were observed in the middle of the vertical walls of the station platform

while no significant cracks appeared in the middle of the vertical walls of the station hall. The fundamental frequency of the structural transfer f

unction decreased with the increase in seismic intensity

with fundamental frequencies of 22.7 Hz in the elastic phase and 18.5 Hz in the plastic failure phase. Under lateral seismic excitation

the tensile strains at the same locations in the VL section were greater than those in the HR section

with the maximum tensile strain occurring at the lower arch shoulder of the vertical connecting passages.

关键词

Keywords

references

Kemal Ö ， Makbule I ， Gizem C ， et al . Preliminary reconnaissance report on February 6， 2023 Kahramanmaraş‑Pazarcık （ M w =7.7） and Elbistan （ M w =7.6） Earthquakes ［R］.［ S.l. ］： Middle East Technical University and Earthquake Engineering Research Center ， 2023 .

PakbazMohammad C. ， YareevandAkbar . 2-D analysis of circular tunnel against earthquake loading ［J］. Tunnelling and Underground Space Technology ， 2005 ， 20 ： 411 ‑ 417 .

于生生，张熙胤，陈兴冲，等 . 场地地震反应分析研究现状及展望［J］. 防灾减灾工程学报， 2021 ， 41 （ 1 ）： 181 - 192 .

Yu S S ， Zhang X Y ， Chen X C ， et al . Present research situation and prospect on analysis of site seismic response ［J］. Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering ， 2021 ， 41 （ 1 ）： 181 - 192 . （in Chinese）

崔光耀，王明年，林国进，等 . 汶川地震区典型公路隧道衬砌震害类型统计分析［J］. 中国地质灾害与防治学报， 2011 ， 22 （ 1 ）： 122 - 127 .

Cui G Y ， Wang M N ， Lin G J ， et al . Statistical analysis of earthquake damage types of typical highway tunnel lining structure in Wenchuan seismic disastrous area ［J］. The Chinese Journal of Geological Hazard and Control ， 2011 ， 22 （ 1 ）： 122 - 127 . （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 ）： 1 - 23 .

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 ）： 1 - 23 . （in Chinese）

梁庆国，陈克霖，熊玉莲，等 . 地震动作用下隧道洞口段破坏特征试验研究［J］. 防灾减灾工程学报， 2023 ， 43 （ 1 ）： 122 - 131 .

Liang ， Q G ， Chen K L ， Xiong Y L ， et al . Experimental study on failure characteristics of tunnel portal under ground motion ［J］. Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering ， 2023 ， 43 （ 1 ）： 122 - 131 . （in Chinese）

吴冬，高波，申玉生，等 . 隧道仰坡地震动力响应特性振动台模型试验研究［J］. 岩土力学， 2014 ， 35 （ 7 ）： 1921 - 1928 .

Wu D ， Gao B ， Shen Y S ， et al . Shaking table test study of seismic dynamic response of tunnel entrance slope ［J］. Rock and Soil Mechanics ， 2014 ， 35 （ 7 ）： 1921 - 1928 . （in Chinese）

申玉生，高波，王峥峥，等 . 高烈度地震区山岭隧道模型试验研究［J］. 现代隧道技术， 2008 ， 45 （ 5 ）： 38 - 43 .

Shen Y S ， Gao B ， Wang Z Z ， et al . Model test for a road tunnel in the region of high seismic intensity ［J］. Modern Tunnelling Technology ， 2008 ， 45 （ 5 ）： 38 - 43 . （in Chinese）

Chen J T ， Yu H T ， Bobet A ， et al . Shaking table tests of transition tunnel connecting TBM and drill-and-blast tunnels ［J］. Tunnelling and Underground Space Technology ， 2020 ， 96 ： 103197 .

Chen J T ， Yuan Y ， Yu H T . Dynamic response of segmental lining tunnel ［J］. Geotechnical Testing Journal ， 2019 ， 43 （ 3 ）： 660 - 682 .

Li S M ， Cudmani R ， Xiao M Q ， et al . Ground motion amplification pattern with TBM tunnels crossing soil-rock interface： Shaking table test ［J］. Underground Space ， 2023 ， 12 ： 202 - 217 .

Yuan Y ， Li S M ， Yu H T ， et al . Local site effect of soil-rock ground： 1-g shaking table test ［J］. Bulletin of Earthquake Engineering ， 2023 ， 21 （ 7 ）： 3251 - 3272 .

刘晓敏，盛谦，陈健，等 . 大型地下洞室群地震模拟振动台试验研究（Ⅰ）：岩体相似材料配比试验［J］. 岩土力学， 2015 ， 36 （ 1 ）： 83 - 88 .

Liu X M ， Sheng Q ， Chen J ， et al . Seismic shaking table test for large-scale underground cavern group （Ⅰ）： Proportioning test on similar materials of surrounding rock ［J］. Rock and Soil Mechanics ， 2015 ， 36 （ 1 ）： 83 - 88 . （in Chinese）

刘晓敏，盛谦，陈健，等 . 大型地下洞室群地震模拟振动台试验研究（Ⅱ）：试验方案设计［J］. 岩土力学， 2015 ， 36 （ 6 ）： 1683 - 1690 .

Liu X M ， Sheng Q ， Chen J ， et al . Seismic shaking table test for large-scale underground cavern group （Ⅱ）： Test scheme ［J］. Rock and Soil Mechanics ， 2015 ， 36 （ 6 ）： 1683 - 1690 . （in Chinese）

崔臻，盛谦，冷先伦，等 . 大型地下洞室群地震动力灾变研究综述［J］. 防灾减灾工程学报， 2013 ， 33 （ 5 ）： 606 - 616 .

Cui Z ， Sheng Q ， Leng X L ， et al . A review of study on seismic catastrophe of large-scale underground cavern group ［J］. Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering ， 2013 ， 33 （ 5 ）： 606 - 616 . （in Chinese）

周朝，尹健民，周春华，等 . 考虑累积微震损伤效应的荒沟电站地下洞室群围岩稳定性分析［J］. 岩石力学与工程学报， 2020 ， 39 （ 5 ）： 1011 - 1022 .

Zhou C ， Yin J M ， Zhou C H ， et al . Stability analysis of surrounding rock mass of underground caverns at Huanggou hydropower station considering cumulative microseismic damage effect ［J］. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering ， 2020 ， 39 （ 5 ）： 1011 - 1022 . （in Chinese）

李文倩，佟大威，王振，等 . 大型地下洞室群相邻块体地震响应［J］. 河海大学学报（自然科学版）， 2016 ， 44 （ 3 ）： 196 - 202 .

Li W Q ， Tong D W ， Wang Z ， et al . Seismic responses of adjacent blocks in large-scale underground cavern group ［J］. Journal of Hohai University Natural Sciences ， 2016 ， 44 （ 3 ）： 196 - 202 . （in Chinese）

李良权，田迎春，郑齐峰，等 . 中东某抽蓄地下厂房洞室群地震动力响应分析［J］. 水利水电技术， 2018 ， 49 （ 8 ）： 55 - 63 .

Li L Q ， Tian Y C ， Zheng Q F ， et al . Seismic response analysis on underground powerhouse cavern group of a pumped storage hydro power station in Middle East ［J］. Water Resources and Hydropower Engineering ， 2018 ， 49 （ 8 ）： 55 - 63 . （in Chinese）

袁勇，李若舟，贺维国，等 . 岩石场地群洞地铁车站联络通道地震响应分析［J］. 城市轨道交通研究， 2022 ， 25 （ 8 ）： 182 - 186 .

Yuan Y ， Li R Z ， He W G ， et al . Seismic response analysis of link passage in rock site tunnel-group metro station ［J］. Urban Mass Transit ， 2022 ， 25 （ 8 ）： 182 - 186 . （in Chinese）

KlineStephen J . Similitude and approximation theory ［M］. New York ： Springer Science & Business Media ， 2012 .

Zhao X ， Li R H ， Yuan Y ， et al . Shaking table tests on fault-crossing tunnels and aseismic effect of grouting ［J］. Tunnelling and Underground Space Technology ， 2022 ， 125 ： 104511 .

Li R Z ， Yuan Y . Seismic experiment of tunnel-group metro station in rock site ［C］∥ Expanding underground- knowledge and passion to make a positive impact on the World . London ： CRC Press ， 2023 ： 3174 - 3181 .

Views

下载量

CSCD

Alert me when the article has been cited

提交

Tools

Publicity Resources

Shaking Table Tests and Finite Element Study of Seismic Performance of Full‑containment LNG Storage Tanks

Study on Dynamic Response of Gongzha Typical Anti⁃dip Rock Slope under Strong Earthquake

Study on Seismic Performance of Dry‑connected Precast Shear Walls with Vertical Seams

Rapid Seismic Performance Assessment and Comparative Selection of FRP Reinforcement Schemes for Earthquake‑damaged RC Frames Based on ETM

Study on Simplified Dynamic Models for Seismic Performance Analysis of High‑voltage Transformers

Related Author

LIU Wei

XIAO Chang

CHEN Xudong

TANG Xuewu

WANG Chen

GUO Mingzhu

LI Pengfei

WANG Zhenyu

Related Institution

State Key Laboratory of Disaster Reduction in Civil Engineering, Tongji University

College of Civil Engineering, Tongji University

Institute of Geophysics, China Earthquake Administration

Hunan Earthquake Agency

Department of Urban Construction, Beijing University of Technology

⁰