黄土场地条件下地铁隧道地震响应研究

发布时间：2020-10-21 13:26

　　 近年来地震多发的中西部黄土地区地铁工程建设逐年增多。由于黄土具有柱状节理、弱胶结和震陷的特殊性,增加了黄土地区地铁地下结构的地震灾害。因此,研究黄土地区地铁隧道地震响应规律十分必要,且具有非常重要的学术意义和工程应用价值。本文通过黄土-地铁隧道动力接触摩擦特性试验,系统研究了黄土与结构接触摩擦系数的变化规律,为黄土地区地铁隧道动力相互作用地震反应分析模型参数的取值提供依据;基于轨道-列车体系的动力分析,得到列车荷载时程曲线,采用ABAQUS非线性有限元分析软件建立地震与列车荷载耦合作用下地铁隧道结构地震反应分析模型,研究了不同类型地震动、不同土层覆盖厚度和不同结构埋深等工况下地铁隧道结构的地震响应规律。论文主要研究内容和成果如下:(1)设计黄土-地铁隧道动力接触摩擦特性试验,分别在不同法向压力、不同竖向加速度、不同含水率和不同构造深度等条件下开展室内试验研究,得到各因素对土-结构接触摩擦系数的影响规律,优化了黄土场地与地铁隧道动力相互作用模型中接触摩擦参数的取值方法。(2)将轨道系统简化为弹簧之上的无限长梁,基于赫兹接触理论建立车轮与轨道相互作用过程的动力学方程,并采用西安地铁列车参数和轨道参数进行轨道-列车体系的动力分析,得到列车荷载的时程曲线,建立黄土场地条件下地铁隧道在地震与列车荷载耦合作用下的数值分析模型,为开展黄土地区地铁隧道地震反应分析提供科学方法。(3)基于建立的数值模型,研究了不同类型地震动、不同土层覆盖厚度、不同结构埋深等工况下地铁隧道结构地震反应特性,得到了地震与列车荷载耦合作用下地铁隧道结构的峰值加速度、最大水平位移和最大竖向位移等地震响应规律,指出了地铁隧道结构在地震与列车荷载耦合作用下的抗震薄弱的部位,为黄土地区地铁地下结构抗震设计和抗震理论研究提供参考。
【学位单位】：长安大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：U231;U452.28
【部分图文】：

1.1.1 研究背景近些年，随着经济和社会的快速发展，我国城市化发展步伐加快、人口快速增长城市人口数量和汽车保有量逐年增加，导致城市交通拥堵与环境污染等严重问题，城健康发展受到限制。城市地下空间的开发和有效利用是解决城市交通问题与缓解环境力的重要措施[1-2]。我国大部分城市都处于抗震设防区，地下结构抗震是开发利用地空间必须面对的问题。一般认为地下结构在周围土体的保护下，地震安全性较高。然历史地震灾害表明，地下结构在强震作用下会发生破坏，例如在 1995 年日本阪神发Ms7.2 级地震中神户市大开地铁车站受到了很严重的损坏,造成神户市 5 个地铁车站3km 左右地铁区间隧道结构破坏。车站的破坏大多集中在中柱的位置，柱子被压碎，成地铁车站顶板坍塌以及地面下沉，最大沉降达 2.5m[3]，如图 1.1 所示。地下结构发地震破坏将造成重大的经济损失，这极大的提高了学术界和工程界对城市地下结构地响应规律和地震安全的关注。

10（e）加载装置实物图2 滑道； 2-1 阶梯台； 3-1 4 滑块； 4-1 凸沿； 5 待 7 加载垫块； 8-1 第一压力传感器； 8-2 10 锁紧螺母； 11 支撑盘； 11-112 连接件。图 2.1 黄土-隧道结构接触面摩擦参数测试装置

拉毛见图 2.2。在标准条件下养护 28 天，按照《普通混凝土力学性能试验]（GB50081-2002）规定对 100m m 100mm 100mm尺寸的 6 个混凝土试块上进行抗压强度测定见图 2.3，实测混凝土抗压强度为 34.5 MPa 见表 2.1（a）混凝土刻痕位置 （b）混凝土试块刻痕图 2.2 混凝土试块
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本文编号：2850172