SV/P波斜入射下岩溶盾构隧道的地震响应和损伤研究
Study on Seismic Response and Damage Characteristics of Karst Shield Tunnels under Oblique Incidence of SV/P Waves
- 防灾减灾工程学报 2025年45卷第4期 页码：796-806
- 作者机构：
1.长春工程学院吉林应急管理学院，吉林 长春 130012
2.大连理工大学海岸与近海工程国家重点实验室，辽宁 大连 116024
3.长春工程学院水利工程学院，吉林 长春 130012
4.西华大学建筑与土木工程学院，四川 成都 610039
- 作者简介：
李明达（1992—），男，讲师，博士。主要从事地下结构防灾减灾研究。E‑mail：837407645@qq.com
- 基金信息：吉林省教育厅科学研究项目(JJKH20251163KJ)
DOI：10.13409/j.cnki.jdpme.20240221001
中图分类号： TU354收稿：2024-02-21，
修回：2024-06-28，
纸质出版：2025-08-28
- 稿件说明：
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李明达,郎秋玲,李艳朋等.SV/P波斜入射下岩溶盾构隧道的地震响应和损伤研究[J].防灾减灾工程学报,2025,45(04):796-806.
LI Mingda,LANG Qiuling,LI Yanpeng,et al.Study on Seismic Response and Damage Characteristics of Karst Shield Tunnels under Oblique Incidence of SV/P Waves[J].Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering,2025,45(04):796-806.
李明达,郎秋玲,李艳朋等.SV/P波斜入射下岩溶盾构隧道的地震响应和损伤研究[J].防灾减灾工程学报,2025,45(04):796-806. DOI： 10.13409/j.cnki.jdpme.20240221001.
LI Mingda,LANG Qiuling,LI Yanpeng,et al.Study on Seismic Response and Damage Characteristics of Karst Shield Tunnels under Oblique Incidence of SV/P Waves[J].Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering,2025,45(04):796-806. DOI： 10.13409/j.cnki.jdpme.20240221001.
摘要
为研究侧部岩溶空洞位于地震波传播路径隧道后方时，SV波、P波斜入射对隧道结构动力响应及损伤特征的影响。基于有限元软件实现了黏弹性人工边界和任意角度地震动的波动输入，并验证其准确性。分析了SV波、P波不同角度地震波入射下，隧道结构的变形和应力分布特征，基于拉伸损伤因子与混凝土裂缝宽度的对应关系，提出了3种损伤状态，并比较了结构损伤演化过程和损伤特征。结果表明：随着入射角度的增大，结构变形和应力均增大，应力空间分布差异明显，且侧部岩溶空洞对近洞侧结构拉应力具有减弱效应。当SV波30°入射时，拱顶和拱底的拉应力是P波的1.96倍和3.07倍。当SV波30°，P波60°入射时，拱顶和拱底外表面均出现宽度大于0.2 mm的轴向裂缝。随着地震动持续作用，隧道损伤逐渐加重，最终在拱底出现局部损伤集中。侧部溶洞在一定程度上起到了消能减振的作用，但也加剧了结构的局部破坏。
Abstract
This study aims to investigate the influence of oblique incidence of SV and P waves on the dynamic response and damage characteristics of tunnel structures when a lateral karst cave is located behind the tunnel along the seismic wave propagation path. The viscous-spring artificial boundary and seismic wave input at arbitrary angles were implemented using finite element software
and their accuracy was verified. The deformation and stress distribution characteristics of the tunnel structure at different incidence angles of SV and P waves were analyzed. Based on the relationship between the tensile damage factor and concrete crack width
three damage states were proposed
and the structural damage evolution process and damage characteristics were compared. The results showed that as the incidence angle increased
both the structural deformation and stress increased
with significant spatial differences in stress distribution. Additionally
the lateral karst cave had a mitigating effect on the tensile stress of the structure near the cave. When the incidence angle of the SV wave was 30°
the tensile stress at the vault and bottom was 1.96 times and 3.07 times that of the P wave
respectively. When the incidence angle of the SV wave was at 30° and the P wave 60°
axial cracks with a width greater than 0.2 mm appeared on the outer surfaces of the vault and bottom. As the seismic waves continued
the tunnel's damage gradually worsened
with localized damage eventually concentrated at the bottom. The lateral karst cave contributes to energy dissipation and vibration reduction to some extent
but it also exacerbates localized structural damage.
关键词
Keywords
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