高烈度区行波效应下盾构隧道动力响应分析

发布时间：2017-07-15 06:50

  本文关键词：高烈度区行波效应下盾构隧道动力响应分析

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【摘要】：盾构隧道的常用衬砌是由若干弧形预制管片通过螺栓连接拼装而成,由于螺栓的存在,它的动力响应特性不同于整体现浇式隧道结构,柔弱性是其最大的特点。近年来,诸多大城市都在使用盾构法修建地铁,其中位于高烈度区的城市不在少数。因此,盾构隧道的抗震性能引起了学者们的广泛关注。本论文依托一盾构隧道工程实例——昆明市市体育馆到梁家河区间——开展研究,主要包括盾构隧道地震灾害形式分析、地震波选取及校正、盾构隧道等效模型建立、行波激励下与一致激励下的盾构隧道动力响应特征对比分析、行波激励下盾构隧道响应的影响因素分析等内容。论文具体研究内容为：(1)查阅了国内外文献质料,收集了国内外部分地铁盾构隧道在地震中的破坏事故,统计并分析了盾构法隧道的主要震害形式以及致灾机理。(2)根据昆明市地铁三号线市体育馆站到梁家河区间地质勘察资料,基于FLAC3D软件中的自由场边界、粘滞边界、波场分离技术、阻尼系统施加方法及地震波分析软件Seismosignal的傅里叶变换、功率谱和最小二乘法等一系列理论,开展了关于地震波的筛选、频谱分析、滤波、基线校正等工作以及盾构地铁区间截段模型的建立、计算参数和边界条件确定等工作。(3)采用时域法,借助FLAC3D,进行了地震波一致激励和地震波行波激励时不同响应的对比分析,并从影响盾构隧道响应的四个因素即波形、结构强度和形式、不同周边土体强度、视波速因素分析了盾构隧道在行波激励下的响应特点。(4)提出了关于盾构隧道行波效应下的抗震措施和建议。论文研究结果表明：(1)盾构隧道在地震中易出现螺栓松弛、洞肩洞脚开裂破坏、蛇形弯曲等灾害形式,其中,蛇形弯曲这一特征较明显的体现了地震动的行波效应。(2)一致激励和行波激励下盾构隧道动力响应对比分析结果表明,行波效应下的位移响应时程较一致激励有所滞后,且行波效应下结构的横向位移峰值、横向相对位移峰值、最大(小)主应力绝对值峰值和螺栓张开量最大值均要大于一致激励。行波效应下的盾构隧道响应更符合地震灾害特征,行波激励可模拟出蛇形弯曲,而一致激励很难体现此特点。所以对于大跨度浅埋盾构隧道进行抗震研究时,要采用行波激励进行分析。(3)地震波形、结构强度和形式、盾构隧道周边土体强度、视波速均是影响行波效应下结构响应的主要因素。计算结果显示：地震波的加速度越大,结构的位移响应有增大趋势；盾构隧道管片和螺栓强度的变化,对结构位移响应没有太大影响；但管片强度增加,会增加管片在地震响应中的内力,螺栓强度增加,会减小管片的内力；周边土体强度变化会对盾构隧道的响应产生较大影响,随着土体强度增加,结构横向位移呈减小趋势,结构内力呈增大趋势,另在结构断面形式变化的地方,也是应力较集中的部位；视波速也是影响结构响应的关键因素,视波速越大,结构的位移和内力则会越小。论文的创新性工作主要包括：(1)采用有限差分时程分析法开展了盾构隧道地震响应分析与研究,结合工程实例建立模型,采用了更符合实际的行波激励法；(2)采用壳-弹簧模型以及土结构耦合模型并将其运用到长盾构区间大型数值模型的抗震分析中,既反映了地震作用下管片与螺栓之间的相互作用,也反映了土体与结构之间的相互作用。(3)基于有限差分理论,采用完全非线性时程分析方法和大变形计算分析模式研究行波激励下盾构隧道动力响应,研究结果可反映出地震中土体与盾构隧道衬砌结构的永久变形。
【关键词】：行波效应 盾构隧道 管片 动力响应
【学位授予单位】：云南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U451;U455.43
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 绪论11-19
• 1.1 选题依据及意义11-13
• 1.2 国内外研究现状13-16
• 1.3 国内外研究现状及发展动态的分析16-17
• 1.4 论文主要研究内容17
• 1.5 论文章节安排17-19
• 第二章 盾构隧道震害分析及地震行波效应基础理论19-27
• 2.1 盾构隧道震害19-21
• 2.2 盾构隧道震害原因分析21-22
• 2.3 地震行波效应基础理论22-27
• 2.3.1 行波效应分析方法22-24
• 2.3.2 论文采用的分析方法24-27
• 第三章 盾构隧道三维数值模型27-53
• 3.1 工程实例概况27-29
• 3.1.1 区间盾构隧道的地形地貌27-28
• 3.1.2 区间盾构隧道的地质构造28
• 3.1.3 区间盾构隧道的地层岩性28
• 3.1.4 区间盾构隧道的地震烈度28
• 3.1.5 盾构隧道断面尺寸及形状28-29
• 3.2 盾构隧道三维有限差分模型29-36
• 3.2.1 建模工具-FLAC3D29-30
• 3.2.2 建模选用的等效模型30-36
• 3.2.2.1 盾构隧道结构模型30-33
• 3.2.2.2 盾构隧道地基模型33-36
• 3.3 计算参数36-38
• 3.4 阻尼选取38
• 3.5 边界条件38-41
• 3.6 行波激励41-43
• 3.7 地震波选取、滤波及基线校正43-53
• 3.7.1 天然地震波选取43-45
• 3.7.2 人工地震波生成45-46
• 3.7.3 滤波及基线校正46-53
• 第四章 行波效应下盾构隧道的动力响应53-87
• 4.1 盾构隧道初始应力及沉降分析53-55
• 4.2 行波激励和一致激励下盾构隧道的响应55-75
• 4.3 行波效应下盾构隧道动力响应影响因素分析75-85
• 4.3.1 地震波形的影响75-77
• 4.3.2 盾构结构强度和形式的影响77-81
• 4.3.2.1 不同管片强度77-79
• 4.3.2.2 不同螺栓强度79-80
• 4.3.2.3 特殊结构形式80-81
• 4.3.3 周边土体强度的影响81-83
• 4.3.4 视波速的影响83-85
• 4.4 行波效应下盾构隧道抗震设防措施85-87
• 第五章 结论与展望87-89
• 5.1 结论87
• 5.2 展望87-89
• 参考文献89-95
• 致谢95

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本文编号：542733