吳紅剛， 牌立芳， 龐偉軍， 何長(zhǎng)江， 張雄偉， 李德柱

（1.中鐵西北科學(xué)研究院有限公司，蘭州 730000；2.中國(guó)中鐵滑坡工程實(shí)驗(yàn)室，蘭州 730000；3.西部環(huán)境巖土及場(chǎng)地修復(fù)技術(shù)工程實(shí)驗(yàn)室，蘭州 730000；4.中國(guó)鐵道科學(xué)研究院，北京 100081；5.中鐵九局集團(tuán)有限公司 大連分公司，遼寧 大連 116000）

立體交叉隧道相比與單孔及水平平行隧道在理論和技術(shù)還不成熟，它是一個(gè)多連通體，具有近距離穿越風(fēng)險(xiǎn)大、多效應(yīng)耦合突出、環(huán)境效應(yīng)往復(fù)疊加、變形和穩(wěn)定性控制難度大等顯著特點(diǎn)[1-3]。立體交叉隧道受地震作用下，交叉段隧道結(jié)構(gòu)相互間往往存在地震波的入射、反射和繞射等多種影響[4-5]，從而成為線(xiàn)路的抗震薄弱區(qū)，一旦發(fā)生問(wèn)題，其后果將不可估量[6]。

為此國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)此開(kāi)展了大量的研究工作，并取得了很多相關(guān)的研究成果。Liu等[7-9]通過(guò)不同的假設(shè)和迭代，從理論計(jì)算方面對(duì)圓形隧道、矩形隧道、拱形隧道、橢圓形隧道、梯形隧道和半圓形隧道中的地震波傳播特性和截面法向計(jì)算深度進(jìn)行研究，并取得了相關(guān)成果；劉聰?shù)萚10-13]通過(guò)振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)對(duì)不同埋深的山嶺隧道相互作用規(guī)律開(kāi)展部分研究工作；Li等[14-20]通過(guò)FLAC、ABAQUS等大型數(shù)值計(jì)算軟件對(duì)立體交叉隧道動(dòng)力響應(yīng)和變形機(jī)制開(kāi)展了大量的研究工作，并得到了較多成果。

目前對(duì)交叉隧道的研究主要通過(guò)理論分析和數(shù)值計(jì)算的分析方法，還缺少深入的振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)研究，鑒于不同介質(zhì)相互作用的復(fù)雜性，理論分析和數(shù)值計(jì)算難免還存在一定的局限性，因此很有必要開(kāi)展相關(guān)的試驗(yàn)研究。本文以草莓溝1#和盤(pán)道嶺立體交叉隧道為例，選取草莓溝1#隧道（上跨隧道）為研究對(duì)象，完成了多遇地震動(dòng)、基本地震動(dòng)和罕遇地震動(dòng)3種地震情形、7種加載工況的振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)，重點(diǎn)分析受下穿隧道影響，超小凈間距小角度立體交叉上跨隧道拱頂和仰拱斷面峰值加速度動(dòng)力響應(yīng)特征，以峰值比和頻譜對(duì)振動(dòng)能量分布特征進(jìn)行評(píng)價(jià)，并進(jìn)一步研討以基本地震動(dòng)（0.15g）加載情形時(shí)的隧道地震動(dòng)響應(yīng)，根據(jù)有效頻率加速度計(jì)的范圍和輸入的功率譜振幅，利用SPECTR計(jì)算程序?qū)ι峡缢淼啦煌恢玫膭?dòng)力反應(yīng)譜的分布規(guī)律進(jìn)行了對(duì)比分析和研究。

1 立體交叉隧道工程概況

草莓溝1#隧道位于遼寧省丹東市草莓溝村，進(jìn)口里程DK248+775；出口位于丹東市錦江山公園內(nèi)，出口里程DK251+980，全長(zhǎng)3 205 m，為單洞雙線(xiàn)隧道，洞身最大埋深約105.33 m，其中DK248+775～DK249+055，DK249+875～DK250+212，DK251+576～DK251+960屬于淺埋段。

草莓溝1#隧道在DK250+891.1處上跨盤(pán)道嶺隧道（改JDLDK1+413.95）相交處軌面高差14.19 m，結(jié)構(gòu)凈距4.24 m，隧道三維空間位置關(guān)系如圖1所示。DK250+885～DK250+915交叉影響段為Ⅳ級(jí)圍巖，該段隧道埋深約65 m，參照J(rèn)TG 3370.1—2018《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》[21]、TB 10003—2016《鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》[22]可知兩交叉隧道近接距離都在限制范圍，屬于超小凈間距交叉隧道，原型隧道結(jié)構(gòu)尺寸參照上述規(guī)范折中選取為跨度12.45 m，高10.27 m。隧道圍巖主要為混合花崗巖，巖體較破碎并存在少量節(jié)理裂隙，巖體內(nèi)含有少量裂隙水，未發(fā)現(xiàn)大型不良地質(zhì)構(gòu)造[23]，交叉段地質(zhì)探測(cè)層析如圖2所示。

圖1 隧道群三維空間位置關(guān)系Fig.1 Three-dimensional spatial position relation of tunnel group

圖2 草莓溝1#隧道交叉段層析反射圖Fig.2 Tomographic reflection diagram of cross section of the 1#Caomeigou Tunnel

2 立體交叉隧道振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2.1 振動(dòng)臺(tái)概況

本次試驗(yàn)采用中國(guó)地震局蘭州地震研究所伺服驅(qū)動(dòng)式地震模擬振動(dòng)臺(tái)開(kāi)展，自帶64通道動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，振動(dòng)臺(tái)臺(tái)面尺寸長(zhǎng)×寬為6 m×4 m，系統(tǒng)頻率范圍0.1～50 Hz，最大位移±250 mm，最大加速度1.7g，滿(mǎn)載最大載質(zhì)量25 t，振動(dòng)臺(tái)上配備剛性模型箱尺寸長(zhǎng)×寬×高為2.85 m×1.40 m×1.80 m，臺(tái)面及模型箱如圖3所示。

圖3 振動(dòng)臺(tái)及模型箱Fig.3 Shaking table and model box

2.2 模型試驗(yàn)制作

2.2.1 試驗(yàn)相似關(guān)系

根據(jù)以往研究成果，結(jié)構(gòu)動(dòng)力振動(dòng)臺(tái)模型試驗(yàn)主要有彈性相似律、重力相似律及彈性-重力相似律3種相似準(zhǔn)則[24]，根據(jù)不同的試驗(yàn)?zāi)康目刹捎貌煌南嗨票却_定方法，但是在研究隧道的地震反應(yīng)規(guī)律時(shí)，其附加配質(zhì)量較為困難，往往采用重力失真模型，故而本文在全面、綜合考慮各種因素的基礎(chǔ)上，忽略重力加速度的相似，以長(zhǎng)度、彈性模量和密度作為基本物理量，基于Bockinghamπ定理導(dǎo)出其他物理量相似比，如表1所示。

表1 振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)相似比Tab.1 Similarity ratio of shaking table test

2.2.2 模型相似材料制作

草莓溝、盤(pán)道嶺立體交叉段隧道圍巖相似材料采用水泥、砂、土和水為主要材料，按照一定的配合比，根據(jù)JTG 3370.1—2018《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》、TB 10003—2016《鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》Ⅳ級(jí)圍巖參數(shù)折中取值配制。其中容質(zhì)量、黏聚力、內(nèi)摩擦角、彈性模量、泊松比等物理力學(xué)參數(shù)對(duì)結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)影響較大，對(duì)不同配合比混合材料進(jìn)行直剪試驗(yàn)和三軸試驗(yàn)，如圖4所示。測(cè)定上述參數(shù)，如表2所示，從而確定了一種Ⅳ級(jí)圍巖相似配合料，如表3所示。

表2 原型和模型材料的主要物理力學(xué)參數(shù)值Tab.2 Main physical and mechanical parameters of prototype and model materials

表3 模型相似材料配比Tab.3 Model similar material ratio %

圖4 不同材料標(biāo)準(zhǔn)試件剪切試驗(yàn)Fig.4 Shear test of standard specimens of different materials

為了避免由于隧道形狀所引起的地震響應(yīng)分析結(jié)果的不同[25]，同時(shí)考慮經(jīng)濟(jì)性和時(shí)效性，試驗(yàn)中都采用圓形隧道來(lái)代替蹄形隧道[26-27]。隧道的襯砌結(jié)構(gòu)采用厚度2～3 mm、直徑200 mm的硬質(zhì)PVC材料，并外置5 mm厚的石膏∶石英砂∶水=1∶1.5∶2的配合材料來(lái)模擬隧道襯砌，為進(jìn)一步增強(qiáng)配合材料與PVC管材的黏接，先對(duì)PVC管材外表面進(jìn)行拉毛處理，然后刷一層，晾干放置24 h后即可在外表面刷一層清漆做防水處理，制作完成的模型如圖5所示。

圖5 隧道結(jié)構(gòu)模型Fig.5 Tunnel structure model

2.2.3試驗(yàn)?zāi)Ｐ?/p>

考慮到剛性模型箱邊界效應(yīng)的影響，垂直于水平激振方向的模型箱邊界可形成激震反射，使波動(dòng)傳遞存在較大差異，在內(nèi)側(cè)壁粘貼5 cm厚的聚苯乙烯泡沫塑料板，將垂直于水平激振方向的模型箱邊界處理為柔性邊界。

地震波由模型箱底部輸入，因此模型土與土箱底板之間不應(yīng)有相對(duì)的滑動(dòng)，為了保證它們之間較好地黏結(jié)，模型箱底板鋪設(shè)一層5 cm厚的碎石土以增大摩擦力，碎石粒徑2 cm左右，底板處理成摩擦邊界。

平行于水平激振方向的模型箱兩側(cè)壁與隧道結(jié)構(gòu)之間粘貼3 cm厚的聚苯乙烯泡沫塑料板的基礎(chǔ)上再刷一層黃油，用以消除箱體側(cè)壁的摩擦約束，處理為滑動(dòng)邊界，同時(shí)減小振動(dòng)波的反射，防止隧道受箱體影響而產(chǎn)生振動(dòng)，如圖6所示。

圖6 模型邊界處理方法Fig.6 Model boundary processing method

2.3 試驗(yàn)加載方案

根據(jù)GB 18306—2017《中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》[28]，該場(chǎng)區(qū)處于地震基本烈度Ⅶ度區(qū)，沿線(xiàn)地震動(dòng)峰值加速度為0.15g，地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期為0.35 s。

將上述場(chǎng)區(qū)地震動(dòng)參數(shù)作為基本地震動(dòng)，參考地震動(dòng)區(qū)劃參數(shù)計(jì)算依據(jù)，按照100年超越概率為63%，10%和2%工程場(chǎng)地基巖峰值加速度分別換算為模型中的0.094 5g，0.15g，0.385g。 參照以上取值，本次振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)選取輸入汶川波，試驗(yàn)加載制度按照先小震后大震，先單向后雙向的設(shè)置原則，每次在改變輸入地震波幅值大小時(shí)，均輸入白噪聲以測(cè)試系統(tǒng)的動(dòng)力特性，研究系統(tǒng)的損傷程度隨輸入地震波的變化。由于本試驗(yàn)著重就土-結(jié)構(gòu)之間的動(dòng)力響應(yīng)相互作用開(kāi)展研究工作，結(jié)合前人相關(guān)方面的研究基礎(chǔ)，使用采集到的原始波形輸入對(duì)本試驗(yàn)的研究目的影響較小，因此未對(duì)地震波的輸入做相似比處理[29]。但是應(yīng)當(dāng)指出，受制于振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)本身的限制，如較難模擬地震中橫、縱波先后到達(dá)地下結(jié)構(gòu)的時(shí)間差異試驗(yàn)?zāi)M地震波同真實(shí)情況尚存在一定差異，其加載制度如表4所示，地震波的加速度時(shí)程曲線(xiàn)和傅氏譜，如圖7所示。

表4 振動(dòng)臺(tái)模型試驗(yàn)加載制度Tab.4 Loading system of shaking table model test

圖7 汶川波加速度時(shí)程曲線(xiàn)及傅氏譜Fig.7 Time history curve and Fourier spectrum of Wenchuan wave acceleration

2.4 試驗(yàn)測(cè)試儀器安裝及測(cè)試方案

此次試驗(yàn)著重獲取受下穿隧道影響下的超小凈間距小角度立體交叉上跨隧道加速度動(dòng)力響應(yīng)特征，以草莓溝1#隧道（上跨隧道）為研究對(duì)象，在隧道結(jié)構(gòu)物拱頂和仰拱沿?cái)嗝娣謩e布設(shè)加速度傳感器，利用加速度傳感器捕捉試驗(yàn)全過(guò)程的地震波動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，傳感器布設(shè)如圖8所示。

圖8 試驗(yàn)?zāi)Ｐ图皞鞲衅魑恢茫╟m）Fig.8 Test model and sensor location（cm）

3 振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)結(jié)果分析

以上跨草莓溝1#隧道為研究對(duì)象，以多遇地震動(dòng)（0.1g）、基本地震動(dòng)（0.15g）和罕遇地震動(dòng)（0.4g）加速度振動(dòng)臺(tái)加載測(cè)試數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，著重分析受下穿隧道影響下的超小凈間距小角度立體交叉上跨隧道拱頂和仰拱斷面峰值加速度動(dòng)力響應(yīng)特征，以峰值比和頻譜對(duì)振動(dòng)能量分布特征進(jìn)行評(píng)價(jià)，并進(jìn)一步研討以基本地震動(dòng)（0.15g）加載情形時(shí)的隧道地震動(dòng)響應(yīng)，根據(jù)有效頻率加速度計(jì)的范圍和輸入的功率譜振幅，利用SPECTR計(jì)算程序?qū)ι峡缢淼啦煌恢玫膭?dòng)力反應(yīng)譜的分布規(guī)律進(jìn)行了對(duì)比分析和研究。

3.1 加速度動(dòng)力時(shí)程曲線(xiàn)分析

本次在振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)加載工況2、工況4和工況6對(duì)應(yīng)條件下的上跨隧道各特征點(diǎn)處的水平向加速度峰值統(tǒng)計(jì)，如表5所示，加速度時(shí)程曲線(xiàn)以基本地震動(dòng)0.15g為例給出，如圖9所示。

表5 各特征點(diǎn)加速度峰值Tab.5 Acceleration peaks at each characteristic point

圖9 上跨隧道加速度時(shí)程曲線(xiàn)Fig.9 Time-history curve of acceleration of the upper tunnel

由圖9試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析可知，隨著輸入地震動(dòng)越強(qiáng)烈，上跨隧道加速度響應(yīng)受地震影響越明顯，且受下穿隧道影響，上跨隧道仰拱整體加速度響應(yīng)較拱頂更猛烈。其中小里程端邊緣區(qū)域和交叉中心處仰拱特征點(diǎn)的加速度響應(yīng)較拱頂差異尤為明顯，仰拱特征點(diǎn)受震有效持續(xù)時(shí)間更長(zhǎng)。一般認(rèn)為，受下穿隧道影響，超小凈間距小角度立體交叉上跨隧道在地震荷載作用下，垂直從箱體底部入射的地震波傳播到交叉部位時(shí)，受交叉段結(jié)構(gòu)物的空間影響將產(chǎn)生波場(chǎng)分裂現(xiàn)象，從而在交叉段形成復(fù)雜的地震波場(chǎng)，仰拱受相鄰隧道干擾產(chǎn)生的波場(chǎng)效應(yīng)影響更劇烈。

為進(jìn)一步對(duì)多遇地震動(dòng)、基本地震動(dòng)和罕遇地震動(dòng)的加載條件下，上跨隧道的峰值加速度做深入分析，將表5繪制成光譜變化圖，如圖10所示。

圖10 峰值加速度光譜變化圖Fig.10 Spectral changes of peak acceleration

由峰值加速度光譜變化圖分析可知，上跨隧道其峰值加速度的改變主要受特征點(diǎn)的位置控制，其中拱頂各特征點(diǎn)處加速度峰值大小依次為:交叉中心＞小里程端＞大里程端區(qū)域邊緣；仰拱各特征點(diǎn)處加速度峰值大小依次為:小里程端＞交叉中心＞大里程端區(qū)域邊緣；根據(jù)波動(dòng)理論，峰值加速度的分布反映了振動(dòng)能量在上跨隧道的作用，小里程端邊緣區(qū)域?yàn)榻徊娑蔚谋∪鯀^(qū)，在地震作用下隧道結(jié)構(gòu)極易破壞，應(yīng)強(qiáng)化該區(qū)段隧道的設(shè)計(jì)。

3.2 加速度峰值比及頻譜分析

為了檢驗(yàn)振動(dòng)能量在巖質(zhì)邊坡立體交叉隧道體系內(nèi)的分布對(duì)加速度響應(yīng)的差異，我們比較了響應(yīng)加速度的變化率，分析地震作用對(duì)上跨隧道的破壞。定義加速度峰值比Ra為在不同加載條件下，隧道拱頂和仰拱特征點(diǎn)位置對(duì)應(yīng)的加速度峰值之間的比率（以下簡(jiǎn)稱(chēng)峰值比（Ra）），從而得以評(píng)價(jià)加速度的變化，峰值比可以寫(xiě)成[30]

式中:i為拱頂X01，X02，X03和仰拱X04，X05，X06的特征點(diǎn)位置；j為對(duì)應(yīng)特征點(diǎn)位置加速度峰值大??；（fa，fb）為j的取值限于0.1～0.4g。

提取表5中各測(cè)點(diǎn)的加速度峰值，并計(jì)算得到其峰值變化率，如圖11所示。

圖11 峰值加速度變化率光譜圖Fig.11 Spectrum of change rate of peak acceleration

由圖11分析可知，隨著輸入地震波的不斷增大，峰值加速度變化率逐漸增大，受下穿隧道影響，超小凈間距小角度立體交叉上跨隧道拱頂軸向峰值比表現(xiàn)出更為明顯的非線(xiàn)性、非平穩(wěn)性增大的特點(diǎn)。當(dāng)輸入地震波從多遇地震動(dòng)（0.1g）增加到基本地震動(dòng)（0.15g）時(shí)，仰拱峰值比增強(qiáng)趨勢(shì)較拱頂強(qiáng)烈，當(dāng)輸入地震波從基本地震動(dòng)（0.15g）增加到罕遇地震動(dòng)（0.4g）時(shí)，拱頂峰值比增強(qiáng)趨勢(shì)較仰拱明顯。

試驗(yàn)結(jié)果表明:隨著輸入地震波的不斷增大，上跨隧道拱頂峰值加速度響應(yīng)存在疊加效應(yīng)，特別是在交叉中心拱頂處表現(xiàn)尤為明顯；受下穿隧道影響，超小凈間距小角度立體交叉上跨隧道加速度響應(yīng)表現(xiàn)沿軸向?yàn)閺男±锍潭诉吘?交叉段-大里程端邊緣的動(dòng)態(tài)傳遞模式，這是因?yàn)槭艿匦斡绊懀±锍潭颂幱谶吰屡R空側(cè)，邊坡對(duì)水平向地震波產(chǎn)生放大作用。

加速度頻譜曲線(xiàn)以基本地震動(dòng)0.15g為例給出，如圖12所示，為激振加速度峰值為0.15g時(shí)，上跨隧道在X單向激振下的實(shí)測(cè)加速度傅氏譜，受下穿隧道影響，超小凈間距小角度立體交叉上跨隧道的卓越頻率集中在2～8 Hz和12～20 Hz兩個(gè)頻段。說(shuō)明臺(tái)面輸入的地震波經(jīng)圍巖和交叉隧道結(jié)構(gòu)耦合作用后，上跨隧道其頻譜成分發(fā)生了明顯的改變，因巖體自身材料阻尼的作用吸收了一部分地震波能量，隧道襯砌也可以吸收和反射一部分波的能量，圍巖對(duì)地震波的高頻段存在濾波作用，隧道結(jié)構(gòu)相對(duì)較為安全，低頻段地震波對(duì)隧道結(jié)構(gòu)影響較大。

圖12 上跨隧道加速度頻譜曲線(xiàn)Fig.12 Acceleration spectrum curve of the upper tunnel

3.3 動(dòng)力反應(yīng)譜分析

為深入了解在基本地震動(dòng)條件下，超小凈間距小角度立體交叉上跨隧道在頻域內(nèi)對(duì)結(jié)構(gòu)模型不同阻尼比加速度動(dòng)態(tài)的變化規(guī)律，本次在上述分析的基礎(chǔ)上，根據(jù)有效頻率加速度計(jì)的范圍和輸入的功率譜振幅，利用SPECTR計(jì)算程序?qū)υ摴r上跨隧道拱頂和仰拱特征點(diǎn)沿軸向在5%，10%，20%和40%不同阻尼比下的反應(yīng)譜變化作進(jìn)一步分析，其加速度時(shí)反應(yīng)譜如圖13所示。

圖13 不同阻尼比加速度反應(yīng)譜Fig.13 Response spectra of acceleration with different damping ratios

從試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理分析來(lái)看，隨著阻尼比的增大，各特征點(diǎn)的加速度值逐漸衰減，阻尼比取值介于5%～20%時(shí)，衰減變化最為顯著，阻尼比取值介于20%～40%時(shí)，反應(yīng)譜曲線(xiàn)發(fā)生明顯分異，且小里程端邊緣區(qū)域在不同頻率下的加速度響應(yīng)均較為強(qiáng)烈，這與前邊的分析結(jié)果不謀而合，除此之外，交叉中心位置的加速度響應(yīng)更突出。在不同阻尼比情況下，主頻段卓越頻率的取值為5.95 Hz，16.32 Hz，說(shuō)明當(dāng)遇到卓越頻率值附近的地震波時(shí)，其攜帶的能量對(duì)隧道的破壞作用更大，對(duì)隧道作用過(guò)程中加速度響應(yīng)激烈。

在上述加速度反應(yīng)譜變化分析基礎(chǔ)上，又進(jìn)一步對(duì)地震波引起的上跨隧道的結(jié)構(gòu)變形進(jìn)行了深入分析，其位移時(shí)程曲線(xiàn)如圖14所示，反應(yīng)譜曲線(xiàn)如圖15所示。

圖14 位移時(shí)程曲線(xiàn)Fig.14 Time-history curve of displacement

圖15 不同特征點(diǎn)位移反應(yīng)譜Fig.15 Displacement response spectra of different characteristic points

從位移時(shí)程曲線(xiàn)數(shù)據(jù)處理分析來(lái)看，在基本地震動(dòng)0.15g加載工作條件時(shí)，受下穿隧道影響，超小凈間距小角度立體交叉上跨隧道拱頂和仰拱位移時(shí)程曲線(xiàn)不盡相同，增減變化有較為明顯的差異，小里程邊緣區(qū)域和交叉中心位置處的拱頂和仰拱位移時(shí)程曲線(xiàn)近似呈“余弦”型，大里程邊緣區(qū)域的拱頂位移時(shí)程曲線(xiàn)近似呈“正弦”型，仰拱位移時(shí)程曲線(xiàn)近似呈“余弦”型，且該處拱頂和仰拱產(chǎn)生不同方向的位移變化，極易造成隧道結(jié)構(gòu)的扭曲破壞，且拱頂和仰拱的位移峰值時(shí)間相比有顯著的時(shí)間效應(yīng)，拱頂比仰拱峰值到來(lái)的時(shí)刻更早。

從位移反應(yīng)譜曲線(xiàn)分析可知，位移響應(yīng)最大值的卓越頻率為10 Hz，這與前述加速度響應(yīng)的卓越頻率有差異，其主要是受地震波基頻和阻尼的影響因素，在地震波基頻范圍內(nèi)，阻尼的質(zhì)量和剛度比例部分均會(huì)導(dǎo)致加速度和位移變形間的時(shí)間和空間上的差異變化，且各特征點(diǎn)在阻尼比取值介于5%～20%時(shí)，衰減變化最為顯著，說(shuō)明該段阻尼取值能起到地震波對(duì)隧道作用過(guò)程中能量耗散，很好的保護(hù)了隧道結(jié)構(gòu)物，宜鼓勵(lì)設(shè)計(jì)過(guò)程中提高該隧道的阻尼結(jié)構(gòu)性能，從經(jīng)濟(jì)和安全性等方面綜合考慮，阻尼比建議值取為20%。

4 結(jié) 論

本文以立體交叉草莓溝1#隧道和盤(pán)道嶺隧道為例，著重選取草莓溝1#隧道（上跨隧道）為研究對(duì)象完成了多遇地震動(dòng)、基本地震動(dòng)和罕遇地震動(dòng)3種地震情形、7種加載工況的振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)，重點(diǎn)分析受下穿隧道影響，超小凈間距小角度立體交叉上跨隧道拱頂和仰拱斷面峰值加速度動(dòng)力響應(yīng)特征，以峰值比和頻譜對(duì)振動(dòng)能量分布特征進(jìn)行評(píng)價(jià)，并進(jìn)一步以基本地震動(dòng)0.15g加載情形，根據(jù)有效頻率加速度計(jì)的范圍和輸入的功率譜振幅，利用SPECTR計(jì)算程序?qū)ι峡缢淼赖膭?dòng)力反應(yīng)譜的分布規(guī)律進(jìn)行了對(duì)比分析和研究，得到以下結(jié)論:

（1）隨著輸入地震動(dòng)越強(qiáng)烈，上跨隧道加速度響應(yīng)受地震影響越明顯，受下穿隧道影響，上跨隧道仰拱受相鄰隧道干擾產(chǎn)生的波場(chǎng)效應(yīng)影響更劇烈，受震有效持續(xù)時(shí)間更長(zhǎng)。

一般認(rèn)為，受下穿隧道影響，超小凈間距小角度立體交叉上跨隧道在地震荷載作用下，垂直從箱體底部入射的地震波傳播到交叉部位時(shí)，受交叉部位結(jié)構(gòu)物的空間影響將產(chǎn)生波場(chǎng)分裂現(xiàn)象，交叉隧道結(jié)構(gòu)同一時(shí)刻往往受到入射、反射、繞射等多種地震波的激振，從而在交叉段形成復(fù)雜的地震波場(chǎng)，仰拱受相鄰隧道干擾產(chǎn)生的波場(chǎng)效應(yīng)影響更劇烈。

（2）上跨隧道其峰值加速度的改變主要受特征點(diǎn)的位置控制，且存在疊加效應(yīng)，其攜帶的能量對(duì)隧道的破壞其表現(xiàn)為沿軸向從小里程端邊緣-交叉段-大里程端邊緣的動(dòng)態(tài)傳遞模式。

根據(jù)波動(dòng)理論，峰值加速度的分布反映了振動(dòng)能量在上跨隧道的作用，小里程端邊緣區(qū)域?yàn)榻徊娑蔚谋∪鯀^(qū)，在地震作用下隧道結(jié)構(gòu)極易破壞，應(yīng)強(qiáng)化該區(qū)段隧道的設(shè)計(jì)。

（3）隨著輸入地震波的不斷增大，峰值加速度變化率逐漸增大，受下穿隧道影響，超小凈間距小角度立體交叉上跨隧道拱頂軸向峰值比表現(xiàn)出更為明顯的非線(xiàn)性、非平穩(wěn)性增大的特點(diǎn)。

（4）隧道圍巖對(duì)地震波的高頻段存在濾波作用，對(duì)隧道結(jié)構(gòu)影響較大卓越主頻段集中在2～8 Hz和12～20 Hz兩個(gè)低頻段，主頻段卓越頻率的取值為5.95 Hz，16.32 Hz。

（5）位移響應(yīng)的卓越頻率與加速度響應(yīng)有差異，二者之間受基頻和阻尼產(chǎn)生的時(shí)間和空間等的差異變化，極易造成隧道結(jié)構(gòu)的扭曲破壞，宜鼓勵(lì)設(shè)計(jì)過(guò)程中提高該隧道的阻尼結(jié)構(gòu)性能，阻尼比建議值取為20%。

位移響應(yīng)最大值的卓越頻率為10 Hz，這與前述加速度響應(yīng)的卓越頻率有差異，其主要是受地震波基頻和阻尼的影響因素，在地震波基頻范圍內(nèi)，阻尼的質(zhì)量和剛度比例部分均會(huì)導(dǎo)致加速度和位移變形間的時(shí)間和空間上的差異變化，且各特征點(diǎn)在阻尼比取值介于5%～20%時(shí)，衰減變化最為顯著，阻尼比取值介于20%～40%時(shí)，反應(yīng)譜曲線(xiàn)發(fā)生明顯分異。