强震作用下山岭隧道洞口段典型震害的机理研究

发布时间：2017-06-10 00:07

  本文关键词：强震作用下山岭隧道洞口段典型震害的机理研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：对于高烈度地震区的山岭隧道而言,受到地震影响甚至遭到震坏是不可避免的问题。作为进出隧道的咽喉,山岭隧道洞口段地质条件差,一旦遭受地震破坏,极易造成交通中断,可见,极有必要开展山岭隧道洞口段震害研究,找出洞口段震害严重、震害机率大的关键所在,以提升山岭隧道洞口的抗减震性能。目前,山岭隧道洞口段的震害研究尽管已取得了一定的进展,但针对典型震害的机理分析尚缺系统性的研究。鉴于此,本文以位于高烈度地震区的山岭隧道—龙溪隧道为工程依托,采用数值模拟与振动台试验相结合的方法,系统研究了山岭隧道洞口段典型震害的发生机理。研究成果不仅可以为山岭隧道洞口段震害研究提供理论参考,还能指导山岭隧道洞口段的抗减震设计,具有重要的工程应用价值。论文所做工作及取得的主要成果如下：1.基于对汶川大地震中山岭隧道震害实例既有资料的收集和整理,分析总结了山岭隧道洞口段包括边仰坡开裂、落石、滑塌、崩塌,明洞、洞门破坏,仰拱开裂、隆起,二衬开裂、错台、剥落掉块、坍落在内的几类典型震害的破坏特征、影响因素、发育条件、发生部位、发生机理,为洞口段震害机理的研究奠定基础。2.借助FLAC3D建立龙溪隧道洞口段数值计算模型,输入卧龙波,揭示了山岭隧道洞口段的加速度、位移变形、结构内力的三大动力响应规律,主要成果包括：隧道进洞距离增加,加速度响应表现出逐渐减小的趋势,且受偏压效应影响明显；衬砌位移变形以横、竖向为主,越接近隧道洞口,位移越大。3.通过对振动台模型试验各关键技术性难题的专项研究,顺利完成了振动台模型试验；揭示了山岭隧道洞口段模型的加速度、动土压力、动应变的响应规律,主要成果包括：隧道进洞距离增加,加速度响应逐渐减弱；模型竖向高度增加,加速度响应增强,放大系数增加；衬砌结构内力分布明显受偏压效应影响,且在基覆界面处交界处明显集中4.结合数值模拟试验与振动台模型试验的研究成果,综合分析了山岭隧道洞口段典型震害(包括边仰坡开裂、落石、崩塌、滑移；衬砌开裂；衬砌环向剪张破裂)的发生机理,研究结果表明,边仰坡震害是巨大水平地震惯性力超过坡体本身的极限抗拉、抗剪强度造成的；衬砌震害是地震荷载引起衬砌内部的累积动应变超过了混凝土本身的极限剪、张应变造成的。
【关键词】：山岭隧道 洞口段 典型震害 机理分析 数值模拟 振动台模型试验
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U452.28
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-12
• 第1章 绪论12-31
• 1.1 概述12-13
• 1.2 国内外震害实例及特征13-17
• 1.3 国内外研究现状17-26
• 1.3.1 山岭隧道震害研究方法及成果17-22
• 1.3.2 山岭隧道震害研究基本理论22-25
• 1.3.3 目前研究不足25-26
• 1.4 主要研究内容与技术路线26-31
• 1.4.1 研究内容26-27
• 1.4.2 研究思路27-28
• 1.4.3 技术路线28-31
• 第2章 汶川地震中山岭隧道洞口段典型震害浅析31-40
• 2.1 边仰坡开裂、落石、滑塌、崩塌31-32
• 2.2 明洞、洞门破坏32-33
• 2.3 仰拱开裂、隆起33-34
• 2.4 二次衬砌开裂与错台34-35
• 2.5 衬砌剥落掉块、坍落35-36
• 2.6 塌方36-37
• 2.7 本章小结37-40
• 第3章 FLAC3D地震动力仿真分析介绍40-47
• 3.1 FLAC3D动力响应分析基本理论40-42
• 3.1.1 运动方程40-41
• 3.1.2 单元空间离散及空间差分方程41-42
• 3.2 FLAC3D动力响应分析的几个关键问题42-46
• 3.2.1 动力荷载与边界条件42-44
• 3.2.2 力学阻尼44-45
• 3.2.3 输入地震波的校正45-46
• 3.2.4 应变分析理论46
• 3.3 本章小结46-47
• 第4章 龙溪隧道洞口段典型震害的数值模拟研究47-77
• 4.1 工程概况47-51
• 4.2 计算模型51-54
• 4.2.1 模型建立51-52
• 4.2.2 材料参数52
• 4.2.3 边界条件与力学阻尼52-53
• 4.2.4 地震波校正与加载53-54
• 4.2.5 监测方案54
• 4.3 地震动力响应规律分析54-74
• 4.3.1 加速度响应峰值特征分析54-57
• 4.3.2 位移变形特征分析57-61
• 4.3.3 受力分布特征分析61-74
• 4.4 本章小结74-77
• 第5章 龙溪隧道洞口段典型震害的振动台试验研究77-121
• 5.1 原型结构概况77-78
• 5.2 模型试验设计78-91
• 5.2.1 相似关系推导78-79
• 5.2.2 相似材料的选取79-83
• 5.2.3 模型箱及边界处理83-84
• 5.2.4 模拟范围及模型设计84-85
• 5.2.5 传感器布设设计85-89
• 5.2.6 地震波加载制度89-91
• 5.2.7 试验流程91
• 5.3 试验模型制作91-98
• 5.3.1 围岩制作91-92
• 5.3.2 衬砌制作92-93
• 5.3.3 传感器安装93-95
• 5.3.4 边坡覆盖层制作95
• 5.3.5 模型制作流程95-98
• 5.4 模型破坏特征及动力响应规律分析98-118
• 5.4.1 破坏特征分析98-101
• 5.4.2 模型加速度响应规律分析101-106
• 5.4.3 衬砌结构动土压力响应规律分析106-109
• 5.4.4 衬砌结构动应变响应规律分析109-113
• 5.4.5 坡体水平位移响应分析113-114
• 5.4.6 隧道洞口的偏压效应分析114-118
• 5.5 本章小结118-121
• 第6章 山岭隧道洞口段典型震害的机理综合分析121-133
• 6.1 边仰坡开裂、落石、崩塌、滑移121-124
• 6.2 衬砌开裂124-128
• 6.3 衬砌结构基覆界面处的剪张破裂带128-131
• 6.4 本章小结131-133
• 结论133-136
• 展望136-137
• 致谢137-138
• 攻读硕士学位期间发表的论文及参加的科研项目138-139
• 参考文献139-144

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