隧道衬砌地震作用力及变化特征分析

本试验中，在4层隧道的隧顶中央（水平放置，测量隧道上方竖向应力）和侧墙中部（竖直放置，测量隧道侧面的水平土压力）各放置1个动土压力传感器，用以测量在地震中隧道周围土压力的变化。

1.不同地震波强度作用下隧道周围土压力的一般变化特征

（1）隧道侧墙处水平向土压力，其随埋深变化图如图5-29所示。

图5-29　地震中隧道侧墙水平土压力随埋深变化图

（2）隧道上方竖向土压力，其随埋深变化图如图5-30所示。

由图5-29和图5-30可知：①隧道侧墙处水平向土压力随着隧道埋深的增大逐渐减小，逐渐趋近于一个定值；②隧道上方竖向土压力随着隧道埋深的增大先增大后减小，逐渐趋近于一个定值；③隧道侧墙处水平向土压力和隧道上方竖向土压力随埋深的变化过程中均存在明显的拐点。

图5-30　地震中隧道上方竖向土压力随埋深变化图

2.不同种类地震波作用下加速度的变化特征

（1）隧道侧墙处水平向土压力，其随埋深变化图如图5-31所示。

图5-31（一）　隧道侧墙水平土压力随埋深变化图

图5-31（二）　隧道侧墙水平土压力随埋深变化图

图5-31（三）　隧道侧墙水平土压力随埋深变化图

由图5-31可知，对于不同地震波作用下的隧道侧墙处水平向土压力：①汶川波和阪神波引起的土压力稍大，水平纵向地震波引起的土压力比水平横向地震波要大；②在汶川和阪神波作用下，土压力受地震波强度的影响不明显。

（2）隧道上方竖向土压力，其随埋深变化图如图5-32所示。(www.xing528.com)

图5-32（一）　隧道上方竖向土压力随埋深变化图

图5-32（二）　隧道上方竖向土压力随埋深变化图

图5-32（三）　隧道上方竖向土压力随埋深变化图

由图5-32可知，对于不同地震波作用下的隧道上方竖向土压力：①不同地震波引起的土压力相差不大，水平纵向地震波引起土压力随埋深的变化略有差异；②在埋深70m以上时，土压力受地震波强度的影响稍大，70m以下时影响较小（特别是汶川波和阪神波）。

3.不同地震波强度作用下隧道周围动土压力的变化特征

（1）隧道侧墙处水平向土压力，其随埋深变化图如图5-33所示。

由图5-33可知，对于不同地震波强度作用下的隧道侧墙处水平向土压力：①当地震波加速度峰值较小（0.05g、0.1g）时，阪神波引起的土压力值较大，汶川波次之，EL波较小，当地震波加速度峰值为（0.2g、0.3g、0.4g）时，汶川波引起的土压力值较大，阪神波次之，EL波较小；②水平纵向地震波引起的地震波比水平横向地震波要大。

图5-33（一）　隧道侧墙水平土压力随埋深变化图

图5-33（二）　隧道侧墙水平土压力随埋深变化图

图5-33（三）　隧道侧墙水平土压力随埋深变化图

（2）隧道上方竖向土压力，其随埋深的变化图如图5-34所示。

由图5-34可知，对于不同地震波强度作用下的隧道隧道上方竖向土压力：①相对于统一地震波强度，汶川波引起的土压力值较大，阪神波次之，EL波较小；②水平纵向地震波引起的地震波比水平横向地震波要大。