王自伟

（重庆交通大学 土木工程学院，重庆400074）

1 概述

当隧道存在既有缺陷时，隧道结构的承载能力受衬砌厚度不足影响较大，在地震作用下此类隧道更容易发生破坏。所以造成隧道衬砌破坏的主要因素往往与隧道衬砌结构的质量缺陷有关。

2 隧道衬砌欠厚缺陷的成因及危害

隧道的施工工艺是造成衬砌厚度不足缺陷的最主要因素。隧道设计时必须考虑衬砌与周围岩体相互接触的受力状态，如果实际情况中的衬砌厚度达不到衬砌设计厚度，衬砌与围岩之间相互作用的受力状态将受到很大影响，可能导致更多的围岩释放的压力作用在衬砌上，同时衬砌结构本身的承载能力也会因衬砌厚度不足而减弱，在叠加效果作用下，更容易导致衬砌结构的破坏。

3 拱顶衬砌欠厚的地震动力响应分析

3.1 有限元计算模型建立。计算模型取64m 为左右边界，隧道拱底离下边界32m，根据不同埋深作为模型上边界，隧道埋深分别设置为8D、10D、12D、14D（D 为隧道跨度6m）四种情况，衬砌正常厚度h 为50cm。设置2m 为模型最大网格尺寸，采用3D实体单元和2D 板单元分别模拟围岩和衬砌，采用Mohr-Coulomb 屈服准则及弹塑性增量本构关系作为围岩介质；后者以弹性本构关系作为支护结构。

材料参数选取。

计算模型的材料参数选取如表1 所示。

表1 模型参数取值

3.2 地震波的输入与合理性验证。选用总时程为10s、时间间隔为0.02s 的El-Centro 波，为了保证有限元模拟的准确性，一般选取在10-6～10-5 秒量级的迭代时步。本次数值模拟对地震设防烈度为7 级时的情况进行研究，根据《铁路工程抗震设计规范》（GB 50111-2006），当抗震设防烈度为7 级时，地震动峰值加速度值为0.1g。……