穿越多破裂面隧道节段衬砌地震损伤破坏振动台试验研究

摘要

依托我国西部高烈度地震区穿越大型活动断裂带隧道工程,开展穿越断层带多破裂面隧道振动台试验。根据测点加速度响应、动应变响应、位移响应和震后裂缝形态,研究隧道节段式衬砌结构和围岩在强度递增地震波激励下的能量、损伤变化特征,基于希尔伯特–黄变换(HHT),从Hilbert边际谱和瞬时能量谱角度讨论围岩和隧道结构的地震损伤发展。研究结果表明:(1)强震作用下模型土表面同震位移显著,根据破裂面两侧围岩同位错量可定义断层破碎带内的主、次破裂面。(2)断层下盘主破裂面附近隧道结构的损伤发展滞后于上盘,0.4 g地震作用下主破裂面附近隧道结构主频和边际谱峰值降幅最大达到了29.1%和87.1%,损伤发展程度远大于其他部位。(3)隧道结构以受拉开裂为主,0.2 g地震作用上盘主破裂面附近仰拱出现拉裂破坏,而拱腰在0.4 g地震作用产生拉裂破坏。(4)断层上盘围岩在0.5 g地震动下主频降幅达到34.7%,围岩损伤程度明显超过下盘和断层破碎带中部。(5)根据隧道结构破坏形态,仰拱是隧道抗震薄弱部位,出现了不同程度开裂,需要加强隧道仰拱的抗震与减震耦合设计;断层上盘交界面附近隧道结构地震损伤最为严重,断层破碎带中部隧道结构震害较轻,穿越断层破碎带隧道需分区抗震设防。本文结论可为高烈度地震区隧道工程抗震与减震设计提供一定的参考依据。