层状千枚岩隧道地震动力响应不对称性研究

为研究不同层理面倾角的炭质千枚岩对隧道结构地震动力响应特征的影响,依托汶马高速卓克基隧道,对现场采集的炭质千枚岩试件进行了轴向压缩试验,并基于有限差分软件FLAC 3D,建立了单轴压缩试验的数值模型,对层状地层基质岩体和层理面的各项力学参数进行了敏感性分析.结合千枚岩试件的轴向压缩试验结果,对地震模拟计算需要的层状岩体各项力学参数进行了标定.隧道的地震计算在FLAC 3D中进行,采用遍布节理模型.结果表明:层理面倾角θ的大小会显著影响千枚岩的力学特性,对于岩体强度,θ为0°时最大,为90°时次之,为60°时最小;对于岩体弹性模量,θ为90°时最大,为0°和60°时较小且相近;倾角为90°及0°时,千枚岩在单轴压缩试验中发生张拉破坏,倾角为60°时发生剪切破坏;在常规三轴压缩试验中均发生剪切破坏.通过对层状千枚岩各项力学参数的敏感性分析可知,在倾角为90°时,可以标定基质岩体的弹性模量E和泊松比μ;在倾角为0°时,可以标定基质岩体的黏聚力c和内摩擦角ψ;在倾角为60°时,可以标定层理面的黏聚力cj和内摩擦角ψj.层状千枚岩隧道的地震动力响应特征与层理面倾角显著相关;对于层理面倾角为0°和90°的隧道,其地震动力响应有着明显的对称性;对于其他倾角的倾斜地层而言,隧道的地震响应则不对称,不对称的程度与倾角大小有关;该不对称性具有分段特征,分段的倾角角度约在45°～50°之间.