雨水入渗与车辆作用下黄土隧道的地震动响应

发布时间：2017-10-12 22:42

  本文关键词：雨水入渗与车辆作用下黄土隧道的地震动响应

  更多相关文章： 黄土 隧道 车辆荷载 雨水渗流 地震 动力响应

【摘要】：随着国家西部大开发、交通运输“十二五”规划等重大战略的进一步推进与实施,公路隧道的建设进入了一个高速发展时期,西部交通网不断向崇山峻岭、离岸深水延伸,快速发展成为大力发展西部经济的平台,成为连接经济发达地区沿海城市的纽带,对加强西部地区与外界经济文化交流有着重要意义。公路隧道的重要性日益凸显,其总量和建设规模还会增大,但是对于黄土覆盖面积较大的西部地区的隧道修建和维护具有一定的困难。其原因主要基于黄土的不良特性,西部地区特殊的地形地貌,水文地质、气候环境等复杂条件,造成黄土隧道塌方、衬砌开裂和渗漏水等工程病害,危及行车和人身安全。本文针对曲墙式断面黄土隧道在自重、地震、车辆、雨水入渗等因素的影响下,利用有限元软件ADINA分别建立车辆动力模型、结构场模型、入渗场模型,分别考虑黄土隧道结构在近场有脉冲、近场无脉冲、远场地震作用下与车辆、雨水入渗共同作用,定量分析黄土隧道结构在不同埋深、不同降雨量的雨水入渗等因素下的应力、应变、位移、孔隙水压等变化规律,具体如下:(1)研究黄土隧道结构车辆荷载、地震动力荷载作用,利用有限元软件ADINA,建立了粘弹性边界条件下的二维有限元车辆动力计算模型,并利用MATLAB软件计算出车辆荷载,分别计算黄土隧道结构在近场有脉冲、近场无脉冲、远场作用下车辆荷载作用、不同埋深下黄土隧道结构的近场有脉冲车辆荷载作用,得到黄土隧道结构位移、应力等变化规律。(2)利用有限元软件ADINA,分别建立了粘弹性边界条件下的二维有限元雨水入渗和结构场计算模型,通过FSI对两个模型进行耦合求解。研究不同降雨量、不同地震动作用下,埋深30m的黄土隧道结构应力、应变等变化规律;研究降雨量为140mm、不同埋深下黄土隧道结构在近场有脉冲作用下,得到黄土隧道结构在复杂荷载共同作用下的衬砌变形规律。(3)研究黄土隧道结构雨水入渗、车辆荷载和地震动共同作用,利用ADINA建立了粘弹性边界条件下的二维有限元车辆动力结构计算模型、雨水入渗模型,通过FSI对两个模型进行耦合求解。研究近场有脉冲地震动、不同降雨量、不同埋深作用下黄土隧道结构应力、应变、位移、孔隙水压等变化规律,得到黄土隧道结构在复杂荷载共同作用下的衬砌变形规律。结果表明:不同地震动同时考虑车辆荷载作用,对埋深30m黄土隧道应力、应变、位移分析,得到近场脉冲地震动对结构影响最大。不同埋深的黄土隧道结构在车辆荷载、近场有脉冲共同作用下,随着埋深的增大,黄土隧道断面应力、应变、位移、加速度均呈增大趋势。在不同地震动、雨水入渗作用下,埋深30m隧道结构,随着降雨量的增加应力、孔隙水压力等呈增大趋势。曲墙式断面黄土隧道结构在不同埋深、降雨量为140mm、近场有脉冲的作用下,黄土隧道断面周围节点孔隙水压力呈递增趋势。埋深30m的黄土隧道结构,在不同降雨量、车辆荷载及近场有脉冲作用下,随着降雨量的增加隧道断面应力、位移、孔隙水压力呈增大趋势。
【关键词】：黄土 隧道 车辆荷载 雨水渗流 地震 动力响应
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U452.28
【目录】：

• 摘要8-10
• Abstract10-12
• 第1章 绪论12-20
• 1.1 研究背景和意义12-13
• 1.2 国内外研究现状13-18
• 1.2.1 黄土隧道地震动及其震害研究14-17
• 1.2.2 隧道渗流和车辆动力响应研究现状17-18
• 1.3 本文研究主要内容18-20
• 1.3.1 地震-车辆作用下黄土隧道结构的动力响应18
• 1.3.2 地震-降雨作用下黄土隧道结构的动力响应18-19
• 1.3.3 地震-车辆-降雨作用下黄土隧道结构的动力响应19-20
• 第2章 基本理论20-29
• 2.1 概述20
• 2.2 本构模型20-22
• 2.2.1 土体本构关系20-21
• 2.2.2 混凝土本构关系21-22
• 2.3 强度理论及屈服准则22-24
• 2.3.1 莫尔-库伦强度理论23
• 2.3.2 莫尔-库伦屈服准则23-24
• 2.4 多孔介质的渗流规律24-25
• 2.4.1 达西定律24
• 2.4.2 三维渗流定律24-25
• 2.5 计算方法25-29
• 2.5.1 土体弹塑性分析25-26
• 2.5.2 固结理论26-28
• 2.5.3 地震作用下的动力有限元分析28-29
• 第3章 车辆荷载作用下黄土隧道结构的地震动响应29-60
• 3.1 边界条件及耦合机理29-32
• 3.1.1 边界条件29-30
• 3.1.2 黄土隧道车辆与道路耦合机理30-32
• 3.2 数值计算32-37
• 3.2.1 计算参数32
• 3.2.2 分析模型的建立32-36
• 3.2.3 单元选择与网格划分36-37
• 3.3 地震波37-39
• 3.4 车辆作用下黄土隧道地震动响应39-53
• 3.4.1 近场有脉冲情况39-44
• 3.4.2 近场无脉冲情况44-48
• 3.4.3 远场情况48-53
• 3.5 不同埋深黄土隧道在车辆作用下的地震动力响应53-58
• 3.5.1 应力53-55
• 3.5.2 应变55-56
• 3.5.3 位移56-57
• 3.5.4 加速度57-58
• 3.6 本章小结58-60
• 第4章 降雨作用下黄土隧道结构的地震动响应60-84
• 4.1 概述60
• 4.2 计算参数和分析模型60-61
• 4.2.1 计算参数60
• 4.2.2 分析模型60-61
• 4.3 降雨作用下黄土隧道地震动力响应61-75
• 4.3.1 近场有脉冲情况61-65
• 4.3.2 近场无脉冲情况65-70
• 4.3.3 远场情况70-75
• 4.4 不同埋深黄土隧道在雨水入渗作用下的地震动响应75-81
• 4.4.1 应力75-77
• 4.4.2 应变77-78
• 4.4.3 位移78-79
• 4.4.4 加速度79-80
• 4.4.5 孔隙水压力80-81
• 4.5 本章小结81-84
• 第5章 雨水入渗-车辆作用下黄土隧道结构地震动响应84-98
• 5.1 概述84
• 5.2 车辆-地震-不同降雨量情况下黄土隧道结构的动力响应84-90
• 5.2.1 应力84-86
• 5.2.2 应变86-87
• 5.2.3 位移87-88
• 5.2.4 加速度88-89
• 5.2.5 孔隙水压力89-90
• 5.3 不同埋深黄土隧道在车辆-地震-降雨作用下的动力响应90-95
• 5.3.1 应力90-92
• 5.3.2 位移92-93
• 5.3.3 加速度93-94
• 5.3.4 孔隙水压力94-95
• 5.4 本章小结95-98
• 结论与展望98-100
• 参考文献100-104
• 致谢104-105
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录105-106
• 附录B 攻读学位期间参与的项目106

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 张佳华;杨小礼;张标;;地震作用下浅埋隧道动态稳定性的拟静力上限分析[J];中南大学学报(自然科学版);2015年01期

2 程选生;DOWDING Charles H;田瑞瑞;;New methods of safety evaluation for rock/soil mass surrounding tunnel under earthquake[J];Journal of Central South University;2014年07期

3 王强;邵生俊;陆斯;郑建国;;西安地铁明挖黄土隧道湿陷变形工程特性分析[J];地下空间与工程学报;2014年S1期

4 王新刚;胡斌;赵治海;连宝琴;;渗流作用下节理型黄土开挖边坡塌滑破坏分析[J];自然灾害学报;2014年02期

5 程选生;王建华;杜修力;;渗流作用下海底隧道的流-固耦合地震响应分析[J];现代隧道技术;2013年06期

6 汪树华;高波;王英学;杨现;滕振楠;;高烈度地震区山岭隧道动力响应规律及抗震措施分析研究[J];现代隧道技术;2013年05期

7 安鹏;张爱军;刘宏泰;王婷;;重塑饱和黄土长期渗流劣化机制及其渗透性分析[J];岩土力学;2013年07期

8 程选生;王建华;苏佳轩;;曲墙式土体隧道围岩结构的爆炸动力响应[J];重庆大学学报;2013年04期

9 杨志华;兰恒星;张永双;李郎平;熊探宇;;强震作用下穿越断层隧道围岩力学响应研究[J];工程地质学报;2013年02期

10 黄娟;彭立敏;雷明锋;施成华;赵丹;;浅埋小净距偏压隧道地震响应特性与承载力安全分析[J];铁道科学与工程学报;2012年04期

中国重要会议论文全文数据库 前1条

1 何川;耿萍;晏启祥;;汶川大地震隧道工程震害初步分析[A];汶川大地震工程震害调查分析与研究[C];2009年

中国硕士学位论文全文数据库 前9条

1 徐伟伟;跨海减震隧道工程结构的地震动稳定分析[D];兰州理工大学;2014年

2 任毅;渗流和温度作用下海底隧道结构的地震动稳定分析[D];兰州理工大学;2014年

3 王建华;渗流作用下海底隧道结构流—固耦合地震动响应研究[D];兰州理工大学;2013年

4 刘瑞山;大跨度斜拉桥地震反应分析[D];长沙理工大学;2009年

5 张晓峰;带加强层的框架—核心筒结构抗震性能分析[D];西南交通大学;2007年

6 吕淑杰;隧道地震反应若干影响因素研究[D];大连理工大学;2007年

7 张伟;大断面黄土隧道稳定性参数指标研究[D];铁道部科学研究院;2007年

8 尤晋闽;车辆对路面作用的动载荷研究[D];长安大学;2006年

9 史良;黄土隧道抗震设计研究[D];长安大学;2005年

，

本文编号：1021375