高压缩性混凝土材料在隧道穿越断层带的应用及减震效果研究
仇文革，舒磊，胡 辉，赵斌
(西南交通大学交通隧道工程教育部重点实验室；西南交通大学土木工程学院，成都610031)
摘要 在大量的隧道建设中，特别是长大隧道，不可避免地会在活断层附近和高烈度地震区修建，地震中隧道
穿越活动断层段结构破坏现象严重，衬砌结构的抗减震设计问题尤为突出。为了缓和断层位移对隧道的损伤，提出
使用高压缩性混凝土作为吸收层的减震设计建议，通过数值模拟对比分析使用高压缩性混凝土作为吸收层的地震响
应结果。结果表明，采用高压缩性混凝土作为吸收层具有充分屈服后吸收断层位移的变形特性和抑制列车荷载产生
过大变形的初始刚度。通过改变高压缩性混凝土的球壳种类、充填率和砂浆配比等来改变其刚性。但w／c不应过
高，否则会造成多壳砂浆的单轴抗压强度不能承受列车的荷栽，有可能造成隧道的损伤。
关键词 断层高压缩性混凝土减震作用地震响应数值模拟
中图分类号：TQ352．79 文献标识码：A
Application of High Compression Ratio Concrete on Tunnel Crossing
Fault Zone and Damping Effect Study
QIU Wenge，SHU Lei，HU Hui，ZHAO Bin
(MOE Key Laboratory of Transportation Tunnel Engineering，Southwest Jiaotong University；School of Civil Engineering，
Southwest Jiaotong University，Chengdu 610031)
Abstract In a mass of tunnel construction，especially in long and deep buried tunnels，crossing active faults
and high seismic risk zone is not inevitable．Serious damage of tunnels were suffered in active faults．Seismic design of
tunnel lining structure becomes particularly prominent．In order to reduce the damage on tunnel by fault displacement，
seismic design using high compression ratio concrete was given．Based on analysis of seismic response results of tunnel
structure using high compactness concrete as the absorbing layer，conclusion was made：for the case of using high
compactness concrete as the absorbing layer，the layer possess the ability absorbing fault displacement after full yield
and the stiffness to restrain oversize displacement may happen under the train load．By changing spherical shell type，
filling ratio，mortar proportioning of high compactness concrete，the stiffness can be changed．The water-cement ratio
W／C should not be too high，which can cause compression strength of mortar cannot bear the train load and tunnel
structure damage．
Key words fault，high compression ratio concrete，damping effect，seismic response。numerical simulation
O 引言
修建在地震活动区的山岭隧道需同时考虑其承受静力
荷载和地震荷载的作用口]，由于山岭隧道一般埋深较大，受
周边围岩约束，有利于抵抗地震的破坏_2 。从以往的记录
来看，相对地面建筑，隧道受到的震害较轻 。然而，在近
年来的几次大地震中，许多隧道都受到了较为严重的破坏，
如1999年的台湾集集大地震和2008年的汶川I大地震等。
许多专家和学者对山岭隧道震害进行了研究和分析，并形成
了文件_1 ”]。1984年国际隧道协会在加拉加斯召开会议，
会议的主题为地下工程地震效应。1987年和2001年国际隧
道协会公布了两篇研究报告，分别为“地下工程结构抗减震
设计”和“地下工程结构抗震设计及分析”。w．L．Wang对台
湾中部发生集集地震后的57条隧道进行了震害调查研究，
其中49条受到破坏口 ]。1995年阪神地震则造成灾区内
1O 的山岭隧道受到严重破坏。
根据几次大地震作用下山岭隧道震害调查结果，认为隧
道破坏主要有如下两种形式口。 ：山岭隧道洞口离边坡较近
时，地震过程中由于边坡失稳崩塌而导致洞口破坏；山岭隧
道通过活动断层时，隧道受到断层错动作用发生的剪切破
坏 。 。
在大量的隧道建设中，特别是长大隧道，不可避免地会
在活断层附近和高烈度地震区修建。尤其在我国西部地区，
由于地震活动频繁，断裂构造普遍存在，地形高差大，地震烈

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