柱面SH波作用下圆形衬砌隧洞对附近场地动力响应的影响分析

发布时间：2020-04-29 01:04

【摘要】：随着城市交通的快速发展,以及地上建筑群规划的需求,大规模地开发城市的地下空间,已经成为城市建设的必然趋势。地震波在传播过程中,地下结构的存在不同程度上会影响到地表沿线附近的设计地震动,进而影响到地表沿线附近既有建筑物的地震安全性和使用耐久性。因而在弹性波传播过程中所造成的一系列散射问题,尤其是局部场地条件下的动力响应问题,更应该成为基础性科学研究的重要内容。然而,已有的相关研究成果大部分侧重于结构本身的动力响应问题,以及结构对地表地震动的影响,均没有很好地考虑地下结构对原场地动力响应尤其是地下土层动力响应的影响。因此,本文对夹杂有单圆形衬砌隧洞和双圆形衬砌隧洞的弹性半空间在柱面SH波作用下的散射问题进行了研究,具体分析了不同参数条件下圆形衬砌隧洞周围土体的动力响应沿深度的变化情况。本文首先阐述了半空间介质中弹性波的传播特性与散射问题的研究现状,并对地基中弹性波传播的基本理论,以及针对不同问题的求解方法进行了简要介绍。其次,运用波函数展开法,分析了弹性半空间中单圆形衬砌隧洞和双圆形衬砌隧洞对柱面SH波的散射问题,得到了含圆形衬砌隧洞的弹性半空间介质和衬砌介质的位移解析解,并对解的正确性进行了验证。通过理论分析和ABAQUS有限元分析,研究了材料属性、几何尺寸和荷载特性等对含圆形衬砌隧洞的附近场地动力响应的影响,主要分析了围岩衬砌模量比、隧洞埋深、隧洞半径、隧洞中心间距和入射频率等参数对圆形衬砌隧洞周围土体的位移幅值沿深度的变化规律。最后,通过对数值算例结果的分析,得到了柱面SH波在弹性半空间介质中传播时圆形衬砌隧洞附近场地的动力响应沿深度变化的一些重要结论:(1)单圆形衬砌隧洞周围土体的位移幅值随着衬砌刚度和隧洞埋深的增大而减小,随着隧洞半径的增大而增大。(2)水平平行双圆形衬砌隧洞周围土体的位移幅值随着衬砌刚度和隧洞埋深的增大而减小,随着隧洞中心间距和入射频率的增大而增大。(3)竖向平行双圆形衬砌隧洞周围土体的位移幅值随着衬砌刚度、隧洞埋深和隧洞中心间距的增大而减小,随着入射频率的增大而增大。这不仅为场地介质动力响应问题的研究提供了新思路,扩大了其理论研究范围,还对地表以下衬砌隧洞、管道等地下结构的地震安全性和使用耐久性评估,以及附近拟建工程的抗震设防提供了重要的理论指导意义。
【图文】：

衬砌,径向应力,因子,边界

柱面 SH 波作用下圆形衬砌隧洞对附近场地动力响应的合考虑各种因素的影响，，引入无量纲频率 a给出了无量纲频率η=0.25，衬砌外半径和内半的距离为 d12/a=20，隧洞埋深为 D/a=2，衬砌介速之比为β1/β=5/2，衬砌介质的密度与半空间况下，隧洞内边界和外边界的径向应力集中因果相比较，可以看出计算结果基本一致，解的

变化曲线,衬砌隧洞,场地,位移幅值

不同衬砌刚度时场地位移幅值沿深度的变化曲线
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U451

【参考文献】