【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及软土隧道衬砌支护评价领域，具体涉及一种地震作用下可液化土隧道二衬力学性能数值模拟评估方法。
技术介绍
1、土层液化是指软土在地震或其他外力作用下，失去抗剪强度而变得类似液体的现象。可液化土隧道是指有液化潜力的地下软土层中建设的隧道。在地震作用下，可液化土隧道的运营过程中可能面临地震动和土层液化的风险，前者可能导致地下隧道结构在水平方向的扭转变形，后者可能会引发隧道结构的沉降、倾斜。因此，在受地震影响区域的可液化土隧道设计中，除了开展常规静力条件下隧道结构的设计，还应考虑隧道未来可能遭遇地震及土层液化的情况，评估隧道结构在地震作用下的安全性。
2、目前对于可液化土隧道动力学结构性能评价主要通过建立数值模型并开展地震动力学分析，具体为基于现有的工程地质和地震动输入数据，包括地震响应谱、振幅谱、地震加速度等参数，建立模拟地震动或土层液化现象的数值仿真模型、开展模型动力分析、评估隧道结构在动荷载条件下的力学响应。该方法一般需要较多的震参数(如地震波时间历史、衰减比、频率)作为输入参数，而且这些地震参数的不确定性大、不容易准确获取。同时，该方法在建立数值模型时需要设置模型动力边界条件，输入土层动力学参数，施加地震荷载，开展地震荷载或土层液化条件下隧道结构分析，整个动力分析较为复杂、建模要求高。此外，多数衬砌结构评估只考虑动力学分析，并未考虑动静荷载效应组合，即未将静力和动力荷载效应叠加从而综合评估隧道衬砌力学性能，以确保隧道衬砌的结构稳定性和安全性。
技术实现思路
2、本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案为：地震作用下可液化土隧道二衬力学性能数值模拟评估方法，包括以下步骤；
3、s1.设计可液化土隧道二衬，绘制隧道二衬的弯矩-轴力强度包络线，记为m-t强度包络线；
4、s2.建立隧道开挖与支护数值模型，模拟静力情形，输出静力情形下隧道二衬的m-t数据点，再将静力情形下隧道二衬的m-t数据点与m-t强度包络线对比；
5、若静力情形下隧道二衬的m-t数据点位于m-t强度包络线内，则设计的隧道二衬在静力情形下是稳定的，转至步骤s3；
6、若静力情形下隧道二衬的m-t数据点不位于m-t强度包络线内，则设计的隧道二衬在静力情形下是不稳定的，需重新设计隧道二衬，重复步骤s1～步骤s2，直至设计的隧道二衬在静力情形下是稳定的，转至步骤s3；
7、s3.分两种情形进一步确认设计的隧道二衬的支护效果：
8、a.地震动情形
9、确认设计的隧道二衬在地震动情形下的支护效果，即建立模拟地震动情形的数值模型，模拟地震动情形，输出地震动情形下隧道二衬的m-t数据点，再将地震动情形下隧道二衬的m-t数据点与m-t强度包络线对比；
10、若地震动情形下隧道二衬的m-t数据点位于m-t强度包络线内，则设计的隧道二衬在地震动情形下是稳定的；
11、若地震动情形下隧道二衬的m-t数据点不位于m-t强度包络线内，则设计的隧道二衬在地震动情形下是不稳定的，需重新设计隧道二衬，即重复步骤s1～步骤s3，直至设计的隧道二衬在地震动情形下是稳定的；
12、b.土层液化情形
13、确认设计的隧道二衬在土层液化情形下的支护效果，即建立模拟土层液化情形的数值模型，模拟土层液化情形，输出土层液化情形下隧道二衬的m-t数据点，再将土层液化情形下隧道二衬的m-t数据点与m-t强度包络线对比；
14、若土层液化情形下隧道二衬的m-t数据点位于m-t强度包络线内，则设计的隧道二衬在土层液化情形下是稳定的；
15、若土层液化情形下隧道二衬的m-t数据点不位于m-t强度包络线内，则设计的隧道二衬在土层液化情形下是不稳定的，需重新设计隧道二衬，即重复步骤s1～步骤s3，直至设计的隧道二衬在土层液化情形下是稳定的；
16、若设计的隧道二衬在静力情形、地震动情形和土层液化情形下均是稳定的，则判断设计的隧道二衬是稳定的。
17、作为优选，步骤s1中，绘制m-t强度包络线时采用抵抗力因子；步骤s2中，将静力情形下隧道二衬的m-t数据点对比m-t强度包络线时采用荷载因子，即：在静力情形下，将乘以荷载因子后的静力情形下隧道二衬的m-t数据点与m-t强度包络线对比；
18、步骤s3中，在地震动情形下，将地震动情形下隧道二衬的m-t数据点与静力情形下隧道二衬的m-t数据点叠加后得到的数据点与m-t强度包络线对比；在土层液化情形下，将土层液化情形下隧道二衬的m-t数据点与静力情形下隧道二衬的m-t数据点叠加后得到的数据点与m-t强度包络线对比；
19、所述的抵抗力因子和荷载因子的值根据已知的工程设计规范并结合具体工程地质情况、钢筋混凝土类型与性质确定。
20、作为优选，步骤s3中，在建立的模拟地震动情形的数值模型中，采用准静力分析方法模拟地震动力荷载效应，对数值模型边界施加水平速度vh：
21、
22、式中，vh为加载在模型边界上的水平速度；pgv为地震动峰值速度；h为模型高度或土层厚度；vs为地震波在土层中的剪切波速；t为模型运算时步。
23、作为优选，步骤s3中，在建立的模拟土层液化情形的数值模型中，采用准静力分析方法模拟土层液化作用下的沉降，对数值模型中土层施加竖直速度vl：
24、
25、式中，vl为加载在模型中土层的竖直速度；s为土层在液化作用下的沉降值；t为模型运算时步。
26、作为优选，步骤s3中，在建立的模拟土层液化情形的数值模型中，在隧道周围设置一个隔离区，在隔离区范围外施加竖直速度用于模拟土层液化作用下的沉降，而在隔离区范围内不做任何变化。
27、作为优选，步骤s3中建立的模拟地震动情形的数值模型和模拟土层液化情形的数值模型均不考虑外部荷载的影响，所述的外部荷载包括地应力、重力、地表堆载、地下水。
28、作为优选，步骤s2中建立的隧道开挖与支护数值模型中土层的材料模型设置为弹塑性，步骤s3中建立的模拟地震动情形的数值模型和模拟土层液化情形的数值模型中土层的材料模型设置为弹性。
29、作为优选，步骤s2中建立的隧道开挖与支护数值模型、步骤s3中建立的模拟地震动情形的数值模型和模拟土层液化情形的数值模型中土层的弹性模量值不同，并根据不同情形分别赋值，其中：静力情形下采用土力学试验获取的静弹性模量，地震动情形下采用土力学试验获取的动弹性模量，土层液化情形下的弹性模量赋值为静力情形下弹性模本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.地震作用下可液化土隧道二衬力学性能数值模拟评估方法，其特征在于，包括以下步骤；
2.根据权利要求1所述的地震作用下可液化土隧道二衬力学性能数值模拟评估方法，其特征在于，步骤S1中，绘制M-T强度包络线时采用抵抗力因子；步骤S2中，将静力情形下隧道二衬的M-T数据点对比M-T强度包络线时采用荷载因子，即：在静力情形下，将乘以荷载因子后的静力情形下隧道二衬的M-T数据点与M-T强度包络线对比；
3.根据权利要求1所述的地震作用下可液化土隧道二衬力学性能数值模拟评估方法，其特征在于，步骤S3中，在建立的模拟地震动情形的数值模型中，采用准静力分析方法模拟地震动力荷载效应，对数值模型边界施加水平速度vh：
4.根据权利要求1所述的地震作用下可液化土隧道二衬力学性能数值模拟评估方法，其特征在于，步骤S3中，在建立的模拟土层液化情形的数值模型中，采用准静力分析方法模拟土层液化作用下的沉降，对数值模型中土层施加竖直速度vl：
5.根据权利要求4所述的地震作用下可液化土隧道二衬力学性能数值模拟评估方法，其特征在于，步骤S3中，在建立的模拟土层液化
6.根据权利要求1所述的地震作用下可液化土隧道二衬力学性能数值模拟评估方法，其特征在于，步骤S3中建立的模拟地震动情形的数值模型和模拟土层液化情形的数值模型均不考虑外部荷载的影响，所述的外部荷载包括地应力、重力、地表堆载、地下水。
7.根据权利要求1所述的地震作用下可液化土隧道二衬力学性能数值模拟评估方法，其特征在于，步骤S2中建立的隧道开挖与支护数值模型中土层的材料模型设置为弹塑性，步骤S3中建立的模拟地震动情形的数值模型和模拟土层液化情形的数值模型中土层的材料模型设置为弹性。
8.根据权利要求1所述的地震作用下可液化土隧道二衬力学性能数值模拟评估方法，其特征在于，步骤S2中建立的隧道开挖与支护数值模型、步骤S3中建立的模拟地震动情形的数值模型和模拟土层液化情形的数值模型中土层的弹性模量值不同，并根据不同情形分别赋值，其中：静力情形下采用土力学试验获取的静弹性模量，地震动情形下采用土力学试验获取的动弹性模量，土层液化情形下的弹性模量赋值为静力情形下弹性模量的一半。
9.根据权利要求1所述的地震作用下可液化土隧道二衬力学性能数值模拟评估方法，其特征在于，步骤S2和步骤S3中重新设计隧道二衬时，增加钢筋强度、钢筋数量、混凝土强度与混凝土厚度。
...【技术特征摘要】
1.地震作用下可液化土隧道二衬力学性能数值模拟评估方法，其特征在于，包括以下步骤；
2.根据权利要求1所述的地震作用下可液化土隧道二衬力学性能数值模拟评估方法，其特征在于，步骤s1中，绘制m-t强度包络线时采用抵抗力因子；步骤s2中，将静力情形下隧道二衬的m-t数据点对比m-t强度包络线时采用荷载因子，即：在静力情形下，将乘以荷载因子后的静力情形下隧道二衬的m-t数据点与m-t强度包络线对比；
3.根据权利要求1所述的地震作用下可液化土隧道二衬力学性能数值模拟评估方法，其特征在于，步骤s3中，在建立的模拟地震动情形的数值模型中，采用准静力分析方法模拟地震动力荷载效应，对数值模型边界施加水平速度vh：
4.根据权利要求1所述的地震作用下可液化土隧道二衬力学性能数值模拟评估方法，其特征在于，步骤s3中，在建立的模拟土层液化情形的数值模型中，采用准静力分析方法模拟土层液化作用下的沉降，对数值模型中土层施加竖直速度vl：
5.根据权利要求4所述的地震作用下可液化土隧道二衬力学性能数值模拟评估方法，其特征在于，步骤s3中，在建立的模拟土层液化情形的数值模型中，在隧道周围设置一个隔离区，在隔离区范围外施加竖直速度用于模拟土层液化作用下的沉降，而在隔离区范围内不做任...
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