平行地裂缝的地铁隧道地震响应及安全距离研究

China suffers the most serious ground fissure hazards in the world. The ground fissures are threaten metros which are under large scale construction in our country seriously. The metro tunnel parallels to the ground fissure is one of the new and key phenomenon, but the research of the threaten way and engineering influence is fewer. By the way of shaking table model test and numerical simulation, the projest is taking one part of Xi’an Metro the 3rd line which is parallels to the ground fissure area as research object. Considering the combination of earthquake load and active ground fissure, this project mainly focuses on the dynamical response of the metro tunnel which locates in hanging side or heading side of the ground fissure. The result of the project gives the safety avoiding distance of the metro tunnel which locates in hanging side or heading side of the ground fissure. The achievement of this project not only has important basic theorical value for the prevention of metro tunnel locates in ground fissure hazard of Xi’an, but also has important theoretical and practical significance for disaster design of the metro tunnel in earthquake load.

我国是世界上地裂缝灾害最为严重的国家，地裂缝对我国当前正在大规模建设的地铁工程构成了严重威胁。地铁隧道平行地裂缝的现象是我国地铁建设中最新出现的重要问题之一，然而对其破坏方式及工程影响认识非常薄弱。本项目以建设中的西安地铁三号线平行地裂缝段为研究对象，采用振动台模型试验与数值模拟相结合的方法，重点开展地震荷载与活动地裂缝运动耦合作用下从地裂缝场地上、下盘平行地裂缝带的地铁隧道结构动力响应和土层地震反应特征的研究，提出地铁隧道位于地裂缝带上、下盘时的安全避让距离。项目研究成果将为西安地裂缝发育区的地铁隧道设计及防灾治理提供重要基础理论数据，并将为地震荷载作用时地铁地裂缝灾害防治研究提供理论支撑和实践指导。

以西安地裂缝场地地铁隧道为主要研究对象，采用大型振动台模型试验和FLAC3D动力数值模拟相结合的方法，对邻近地裂缝带地铁隧道的地震响应特征进行了系统研究。主要研究成果如下：. （1）以相似理论为基础，建立振动台试验概化模型，首次开展了邻近地裂缝带地铁隧道的振动台模型试验，结合数值模拟验证，揭示了地震动作用下邻近地裂缝带地铁隧道的地震响应特征，包括地表变形破坏特征、场地和隧道结构加速度响应规律、场地频域变化特征以及隧道结构应变响应特征，得到了地裂缝对地铁隧道及场地地震响应的影响规律。. （2）运用FLAC3D数值软件，建立了基于西安典型地层剖面结构的动力分析计算模型（包括地裂缝场地和有隧道地裂缝场地），对邻近地裂缝带地铁隧道的地震响应进行动力模拟分析，结果表明场地地表的加速度响应在地裂缝附近最强，具有明显放大效应，向两侧上、下盘逐渐减弱，其中地裂缝场地地震影响范围为上盘32m、下盘13m，有隧道地裂缝场地地震影响范围为上盘15m、下盘13m；地裂缝场地上盘PGA放大系数大于下盘，具有明显的上盘放大效应；地裂缝场地的动土压力在地裂缝附近较大，向两侧上、下盘逐渐减小，有隧道地裂缝场地的动土压力变化规律在地裂缝附近与地裂缝场地基本一致，但隧道结构附近的动土压力则显著增大。