基于有限/无限元法的山岭隧道地震响应分析
发布时间：2021-03-07 23:25
随着我国高铁的快速发展,越来越多的山岭隧道被建成,在汶川大地震发生后,震害调查显示多处山岭隧道的受震破坏严重,引起工程界和学术界的关注和研究,研究山岭隧道在地震作用下的受震特征,对山岭隧道的设计具有重要的指导意义。本文首先结合Yang等（1996）提出的2D有限/无限元方法及Zhao和Valliappan（1993）提出的等效地震力输入法,开发了用于研究土-结构相互作用问题的地震响应分析程序;其次,将程序应用于分析半无限空间和带洞穴的半无限空间的波传问题,并与前人理论研究及数值分析结果进行了对比,验证了程序的有效性。最后,扩展此法用于山岭-单、双孔隧道结构地震响应分析,研究了山岭、隧道的几何和材料参数对结构响应的影响规律。研究发现:（1）SV波入射引起的结构响应较P波入射的大。当SV波入射时,单孔山岭隧道在顶部与侧壁之间、侧壁与底部之间发生应力集中现象,双孔山岭隧道与单孔隧道类似,但幅值偏大,在两隧道相邻侧的主应力峰值位置较单孔发生偏移;在P波入射下,隧道在顶部、底部及侧壁处发生应力集中现象,双孔隧道的相邻侧的相互作用明显。（2）山岭隧道衬砌内表面的主应力值远大于外表面的,内外表面的位...
【文章来源】：重庆大学重庆市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：110 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
隧道主应力时程图：（a）最大主应力；（b）最小主应力
4山岭-单孔隧道结构地震响应分析55幅值较高的低频频段相对于SV波入射的更宽。由于应力集中，OP-1、OP-3和OP5的应力幅值相对于其他观测点更高，但两者的差值比SV波入射时更校(a)(b)图4.14各观测点的时域响应(a)竖向位移；（b）竖向加速度Fig.4.14Responsesofobservationpointsintimedomain:(a)verticaldisplacement;(b)verticalaccelerationP波入射下OP-1~OP-5的位移时域响应如图4.14(a)所示，与SV波入射情况一样，各观测点的位移基本重合；图4.14(b)所示OP-1处的竖向加速度时程图和输入的地震波竖向加速度时程曲线形状一致，且幅值差异较SV波入射时相对较小，说明当P波入射时，结构整体作刚体运动。图4.15所示为隧道内表面主应力时程图，由图可知，当P波入射时，由于发生应力集中现象，主应力值在0、0、0出现峰值，与SV波入射情况不同的是，最大主应力和最小主应力的峰值出现时刻并不相关。(a)(b)图4.15隧道主应力时程图（a）最大主应力；（b）最小主应力Fig.4.15PrincipalstresshistoryofthetunnelliningduetoPwaves:(a)maximumprincipalstress;(b)minimumprincipalstress01020304050-0.08-0.06-0.04-0.020.000.020.040.060.08VerticalDisplacement(m)time(s)OP-1(Pwave)OP-2(Pwave)OP-3(Pwave)OP-4(Pwave)OP-5(Pwave)0.05401020304050-2.5-2.0-1.5-1.0-0.50.00.51.01.52.0VerticalAcceleration(m/s2)time(s)ElCentro(UD)OP-1(Pwave)
5山岭-双孔隧道结构地震响应分析71(a)(b)图5.2OP-1~8的频域幅值(a)SV波入射下；()波入射下Fig.5.2FRFofofobservationpointsduetoPwaves:(a)duetoSVwaves;(b)duetoPwaves(a)(b)图5.3SV波入射下隧道附近区域应力云图：(a)最大主应力；(b)最小主应力Fig.5.3stressnephogramoftunnelandsurroundingareaduetoSVwaves:(a)maximumprincipalstress;(b)minimumprincipalstress(a)(b)05101520250.00.51.01.52.02.53.03.5||(MPa)Frequency(Hz)OP-1OP-2OP-3OP-4OP-5OP-6OP-7OP-805101520250.00.51.01.52.0|(MPa)Frequency(Hz)OP-1OP-2OP-3OP-4OP-5OP-6OP-7OP-8图5.4P波入射下隧道附近区域应力云图：(a)最大主应力；()最小主应力
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于有限元的土——结构动力相互作用山岭隧道地震反应[J]. 傅东阳,谷音. 广西大学学报(自然科学版). 2019(01)
[2]含隧道岩石边坡在地震作用下动力响应特性研究[J]. 江学良,祝中林,杨慧,陈江,连鹏远. 自然灾害学报. 2016(02)
[3]汶川地震各地震烈度区公路隧道震害特征研究[J]. 崔光耀,刘维东,倪嵩陟,王明年,林国进. 现代隧道技术. 2014(06)
[4]隧道仰坡地震动力响应特性振动台模型试验研究[J]. 吴冬,高波,申玉生,周佳媚. 岩土力学. 2014(07)
[5]穿越断层破碎带隧道合理抗震设防长度研究[J]. 耿萍,何悦,何川,权乾龙,晏启祥. 岩石力学与工程学报. 2014(02)
[6]不同埋置深度的山岭隧道地震响应分析[J]. 蒋树屏,方林,林志. 岩土力学. 2014(01)
[7]穿越断层破碎带隧道设置减震层的振动台模型试验[J]. 耿萍,唐金良,权乾龙,何川,晏启祥. 中南大学学报(自然科学版). 2013(06)
[8]汶川地震公路隧道洞口结构震害分析及震害机理研究[J]. 崔光耀,王明年,于丽,林国进. 岩土工程学报. 2013(06)
[9]穿越断层破碎带隧道动力响应特性分析[J]. 耿萍,吴川,唐金良,李林. 岩石力学与工程学报. 2012(07)
[10]汶川地震区典型公路隧道衬砌震害类型统计分析[J]. 崔光耀,王明年,林国进,王维嘉,张丹. 中国地质灾害与防治学报. 2011(01)
博士论文
[1]隧道穿越断裂带地震响应特性及抗震措施研究[D]. 李林.西南交通大学 2014
[2]穿越活动断层的隧道减震结构研究[D]. 胡辉.西南交通大学 2013
[3]浅埋双洞隧道地震动力响应研究[D]. 皇民.西南交通大学 2009
[4]双洞错距山岭隧道洞口段地震动力响应及减震措施研究[D]. 孙铁成.西南交通大学 2009
本文编号：3069990
【文章来源】：重庆大学重庆市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：110 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
隧道主应力时程图：（a）最大主应力；（b）最小主应力
4山岭-单孔隧道结构地震响应分析55幅值较高的低频频段相对于SV波入射的更宽。由于应力集中，OP-1、OP-3和OP5的应力幅值相对于其他观测点更高，但两者的差值比SV波入射时更校(a)(b)图4.14各观测点的时域响应(a)竖向位移；（b）竖向加速度Fig.4.14Responsesofobservationpointsintimedomain:(a)verticaldisplacement;(b)verticalaccelerationP波入射下OP-1~OP-5的位移时域响应如图4.14(a)所示，与SV波入射情况一样，各观测点的位移基本重合；图4.14(b)所示OP-1处的竖向加速度时程图和输入的地震波竖向加速度时程曲线形状一致，且幅值差异较SV波入射时相对较小，说明当P波入射时，结构整体作刚体运动。图4.15所示为隧道内表面主应力时程图，由图可知，当P波入射时，由于发生应力集中现象，主应力值在0、0、0出现峰值，与SV波入射情况不同的是，最大主应力和最小主应力的峰值出现时刻并不相关。(a)(b)图4.15隧道主应力时程图（a）最大主应力；（b）最小主应力Fig.4.15PrincipalstresshistoryofthetunnelliningduetoPwaves:(a)maximumprincipalstress;(b)minimumprincipalstress01020304050-0.08-0.06-0.04-0.020.000.020.040.060.08VerticalDisplacement(m)time(s)OP-1(Pwave)OP-2(Pwave)OP-3(Pwave)OP-4(Pwave)OP-5(Pwave)0.05401020304050-2.5-2.0-1.5-1.0-0.50.00.51.01.52.0VerticalAcceleration(m/s2)time(s)ElCentro(UD)OP-1(Pwave)
5山岭-双孔隧道结构地震响应分析71(a)(b)图5.2OP-1~8的频域幅值(a)SV波入射下；()波入射下Fig.5.2FRFofofobservationpointsduetoPwaves:(a)duetoSVwaves;(b)duetoPwaves(a)(b)图5.3SV波入射下隧道附近区域应力云图：(a)最大主应力；(b)最小主应力Fig.5.3stressnephogramoftunnelandsurroundingareaduetoSVwaves:(a)maximumprincipalstress;(b)minimumprincipalstress(a)(b)05101520250.00.51.01.52.02.53.03.5||(MPa)Frequency(Hz)OP-1OP-2OP-3OP-4OP-5OP-6OP-7OP-805101520250.00.51.01.52.0|(MPa)Frequency(Hz)OP-1OP-2OP-3OP-4OP-5OP-6OP-7OP-8图5.4P波入射下隧道附近区域应力云图：(a)最大主应力；()最小主应力
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于有限元的土——结构动力相互作用山岭隧道地震反应[J]. 傅东阳,谷音. 广西大学学报(自然科学版). 2019(01)
[2]含隧道岩石边坡在地震作用下动力响应特性研究[J]. 江学良,祝中林,杨慧,陈江,连鹏远. 自然灾害学报. 2016(02)
[3]汶川地震各地震烈度区公路隧道震害特征研究[J]. 崔光耀,刘维东,倪嵩陟,王明年,林国进. 现代隧道技术. 2014(06)
[4]隧道仰坡地震动力响应特性振动台模型试验研究[J]. 吴冬,高波,申玉生,周佳媚. 岩土力学. 2014(07)
[5]穿越断层破碎带隧道合理抗震设防长度研究[J]. 耿萍,何悦,何川,权乾龙,晏启祥. 岩石力学与工程学报. 2014(02)
[6]不同埋置深度的山岭隧道地震响应分析[J]. 蒋树屏,方林,林志. 岩土力学. 2014(01)
[7]穿越断层破碎带隧道设置减震层的振动台模型试验[J]. 耿萍,唐金良,权乾龙,何川,晏启祥. 中南大学学报(自然科学版). 2013(06)
[8]汶川地震公路隧道洞口结构震害分析及震害机理研究[J]. 崔光耀,王明年,于丽,林国进. 岩土工程学报. 2013(06)
[9]穿越断层破碎带隧道动力响应特性分析[J]. 耿萍,吴川,唐金良,李林. 岩石力学与工程学报. 2012(07)
[10]汶川地震区典型公路隧道衬砌震害类型统计分析[J]. 崔光耀,王明年,林国进,王维嘉,张丹. 中国地质灾害与防治学报. 2011(01)
博士论文
[1]隧道穿越断裂带地震响应特性及抗震措施研究[D]. 李林.西南交通大学 2014
[2]穿越活动断层的隧道减震结构研究[D]. 胡辉.西南交通大学 2013
[3]浅埋双洞隧道地震动力响应研究[D]. 皇民.西南交通大学 2009
[4]双洞错距山岭隧道洞口段地震动力响应及减震措施研究[D]. 孙铁成.西南交通大学 2009
本文编号：3069990
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