地震作用下隧道衬砌的破坏特征研究结果

振动台试验过后的现实图片可以直观地反映出隧道结构在地震作用下的破坏情况，据此研究造成破坏的原因，探讨破坏的内在机理。

现将试验过后部分图片列出，来进一步说明隧道结构在地震中的受力和变形情况，如图5-35～图5-37所示。

图5-34（一）　隧道上方竖向土压力随埋深变化图

图5-34（二）　隧道上方竖向土压力随埋深变化图

图5-34（三）　隧道上方竖向土压力随埋深变化图

图5-35　试验过后浅埋15m隧道周围土体变形及衬砌开裂破坏情况

由图5-35可知，对于浅埋隧道：①经过地震波振动以后，隧道周围土体发生了不均匀变形，隧道上部土体的变形较大，存在较为明显的破裂面，破裂面呈向地面发散放射状，未形成压力拱；②隧道底部未形成明显的裂缝，说明浅埋隧道衬砌底部受到压力不大；③在衬砌两个侧面分布有裂缝，并且衬砌两侧的土体发生挤密变形。(www.xing528.com)

从浅埋隧道结构在地震中的破坏和变形情况可以看出，浅埋隧道所受的竖向力较小（顶、底部未开裂），水平地震力（动土压力）在两侧墙上生成裂缝和两侧土体发生挤密变形，这与第4章的地震系数法和数值计算结果一致，验证了本书所提衬砌地震力计算方法的正确性。

图5-36　试验过后深埋60m隧道周围土体变形及衬砌开裂破坏情况

由图5-36可知：①经过地震波振动以后，隧道周围土体发生了不均匀变形，隧道周围土体的变形较大，存在较为明显的破裂面，破裂面围绕衬砌呈弧形，说明存在压力拱；②隧道底部存在明显的裂缝，说明深埋隧道衬砌底部受到压力较大；③衬砌两侧墙上没有明显的裂缝，隧道两侧土体没有形成明显的挤密变形区，这说明深埋隧道所受的水平地震力较小。

图5-37　试验过后埋深82m隧道衬砌开裂破坏情况

由图5-37可知：①经过地震波振动以后，在隧道衬砌的底部仰拱中间位置、两侧墙顶、中部和墙底均出现了裂缝；②形成的裂缝以纵向为主，在侧墙中部也有少量竖向裂缝；③在隧道衬砌的底部仰拱中间位置处的裂缝长度和宽度均为最大，两侧墙顶和墙底处次之，侧墙中部的裂缝最小。

上述破坏情况表明在地震作用下隧道衬砌的转角处（侧墙顶、底部）和初始应力较大处（仰拱中部）都出现了较大的裂缝，说明地震作用力和原有初始应力（静力）的共同作用可以产生较大的合力，对原有的薄弱环节（侧墙顶、底部）产生毁灭性的破坏，并且可以产生新的破坏（底拱隆起开裂），在进行隧道抗震设计时应充分考虑地震波的动力特性。

综合图5-35～图5-37所示的不同深埋隧道结构在地震中的破坏和变形情况可知：①随着隧道埋深的增加，其所受的水平地震力先有所减小后又增大；竖向地震力逐渐增大后趋于一定值，较深（70m）时又增大；这与试验中测得的衬砌周围水平向和竖向的土压力值变化规律一致，也与第4章的地震系数法和数值计算结果一致；②隧道浅埋时周围土体未形成压力拱，深埋时形成了压力拱，这与第3章的压力拱理论一致。