D0L:10.13374.issn1001-053x2013.08.017 第35卷第8期 北京科技大学学报 Vol.35 No.8 2013年8月 Journal of University of Science and Technology Beijing Aug.2013 地震力作用下浅埋偏压隧道围岩压力的解析解 白 哲12)☒，吴顺川)，刘波)，万晨晔) 1)北京科技大学土木与环境工程学院，北京1000832)河南城建学院土木工程系，平顶山467044 ☒通信作者，E-mail:bzoey@163.com 摘要以拟静力法为基础，通过地震力偏角的旋转，结合极限平衡条件，推导出地震作用下浅埋偏压隧道围岩压力的 解析解，并探讨了其影响因素.研究发现地震侧压力系数受岩土体力学指标的影响明显.在地震力作用下，竖向地震加 速度系数使拱顶总垂直压力值减少，多数情况下会降低地震侧压力系数：水平向地震加速度系数对总垂直地震压力和地 震侧压力系数的影响规律取决于水平地震力的方向.浅埋侧的地震侧压力系数随着地面倾角的增大而减小，而深埋侧的 地震侧压力系数随着地面倾角的增大而增大. 关键词隧道：地震作用：围岩压力：拟静力法：解析解 分类号TU452 Analytical solution of rock pressure for shallow-buried unsymmetrical- loading tunnels under earthquake loading BAI Zhe 1.2),WU Shun-chuan 1),LIU Bo1),WAN Chen-ye 1) 1)School of Civil and Environmental Engineering,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China 2)Department of Civil Engineering,Henan University of Urban Construction,Pingdingshan 467044,China Corresponding author,E-mail:bzoey@163.com ABSTRACT Based on the pseudo-static method,an analytical solution of rock pressure for shallow-buried unsymme- trical loading tunnels under earthquake loading was derived by rotating the deflection angles of earthquake force and combining the limit equilibrium condition,with discussion on the influencing factors of rock pressure.It is found that the mechanical indexes of rock soil mass have an obvious influence on the lateral pressure coefficient.Under earthquake loading,the vertical earthquake acceleration coefficient always decreases the total vertical pressure on the vault and lowers the lateral pressure coefficient in most cases.The impact of horizontal earthquake acceleration coefficient on the total vertical pressure on the vault and the lateral pressure coefficient depends on the direction of horizontal earthquake force.The lateral pressure coefficient of the shallow-buried side always decreases with increasing ground inclination,but the lateral pressure coefficient of the deep-buried side increases. KEY WORDS tunnels;earthquake effect;rock pressure;pseudo-static method;analytical solutions 随着交通事业的发展，公路和铁路隧道的数量 以往隧道抗震均以水平地震为研究重点，现行 迅速增多，其震害也时常发生，隧道的抗震问题日 规范也只考虑了水平地震作用).然而，近20年来 益受到世界各国的高度重视1-2习.2008年5月12 发生的几次强烈地震中，在近场记录到了较强的竖 日，四川汶川发生了80级特大地震，造成震中附 向地震动，部分场点记录到的竖向峰值远超过水平 近区域许多公路隧道受到不同程度的损害3-.隧 向峰值.如汶川地震中，采集到近场竖向和水平向 道的抗震问题，更引起了工程技术人员和学者的高 加速度峰值比达1.14的记录母.因此，竖向地震作 度关注5-6] 用对隧道结构的影响也是不容忽视的 收稿日期：2012-05-25 基金项目：国家自然科学基金资助项目(51074014)第 35 卷 第 8 期 北 京 科 技 大 学 学 报 Vol. 35 No. 8 2013 年 8 月 Journal of University of Science and Technology Beijing Aug. 2013 地震力作用下浅埋偏压隧道围岩压力的解析解 白 哲1,2) ，吴顺川1)，刘 波1)，万晨晔1) 1) 北京科技大学土木与环境工程学院，北京 100083 2) 河南城建学院土木工程系，平顶山 467044 通信作者，E-mail: bzoey@163.com 摘 要 以拟静力法为基础，通过地震力偏角的旋转，结合极限平衡条件，推导出地震作用下浅埋偏压隧道围岩压力的 解析解，并探讨了其影响因素. 研究发现地震侧压力系数受岩土体力学指标的影响明显. 在地震力作用下，竖向地震加 速度系数使拱顶总垂直压力值减少，多数情况下会降低地震侧压力系数；水平向地震加速度系数对总垂直地震压力和地 震侧压力系数的影响规律取决于水平地震力的方向. 浅埋侧的地震侧压力系数随着地面倾角的增大而减小，而深埋侧的 地震侧压力系数随着地面倾角的增大而增大. 关键词 隧道；地震作用；围岩压力；拟静力法；解析解 分类号 TU452 Analytical solution of rock pressure for shallow-buried unsymmetrical￾loading tunnels under earthquake loading BAI Zhe 1,2) , WU Shun-chuan 1), LIU Bo 1), WAN Chen-ye 1) 1) School of Civil and Environmental Engineering, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China 2) Department of Civil Engineering, Henan University of Urban Construction, Pingdingshan 467044, China Corresponding author, E-mail: bzoey@163.com ABSTRACT Based on the pseudo-static method, an analytical solution of rock pressure for shallow-buried unsymme￾trical loading tunnels under earthquake loading was derived by rotating the deflection angles of earthquake force and combining the limit equilibrium condition, with discussion on the influencing factors of rock pressure. It is found that the mechanical indexes of rock soil mass have an obvious influence on the lateral pressure coefficient. Under earthquake loading, the vertical earthquake acceleration coefficient always decreases the total vertical pressure on the vault and lowers the lateral pressure coefficient in most cases. The impact of horizontal earthquake acceleration coefficient on the total vertical pressure on the vault and the lateral pressure coefficient depends on the direction of horizontal earthquake force. The lateral pressure coefficient of the shallow-buried side always decreases with increasing ground inclination, but the lateral pressure coefficient of the deep-buried side increases. KEY WORDS tunnels; earthquake effect; rock pressure; pseudo-static method; analytical solutions 随着交通事业的发展，公路和铁路隧道的数量 迅速增多，其震害也时常发生，隧道的抗震问题日 益受到世界各国的高度重视[1−2]. 2008 年 5 月 12 日，四川汶川发生了 8.0 级特大地震，造成震中附 近区域许多公路隧道受到不同程度的损害[3−4] . 隧 道的抗震问题，更引起了工程技术人员和学者的高 度关注[5−6] . 以往隧道抗震均以水平地震为研究重点，现行 规范也只考虑了水平地震作用[7] . 然而，近 20 年来 发生的几次强烈地震中，在近场记录到了较强的竖 向地震动，部分场点记录到的竖向峰值远超过水平 向峰值. 如汶川地震中，采集到近场竖向和水平向 加速度峰值比达 1.14 的记录[8] . 因此，竖向地震作 用对隧道结构的影响也是不容忽视的. 收稿日期：2012–05–25 基金项目：国家自然科学基金资助项目 (51074014) DOI:10.13374/j.issn1001-053x.2013.08.017