含隧道层状岩质边坡地震动力响应特性研究

发布时间：2017-09-24 13:19

  本文关键词：含隧道层状岩质边坡地震动力响应特性研究

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【摘要】：2008年发生的“5.12”汶川大地震导致震区大量房屋倒塌、隧道崩塌、边坡破坏,并诱发了大量的滑坡、泥石流和崩塌等次生地质灾害,造成了大量的人员伤亡和巨大的经济损失。地震灾害的突出特点表现为突发性强、破坏性大、次生灾害多。我国幅员辽阔,山地众多,地质环境独特,构造异常活跃,在中西部地区地震灾害频发。近年来,国民经济快速发展,一大批水利水电枢纽、山区高速公路、铁路客运专线等大型工程正在或将要建设实施。由于地形、环境或工程成本等因素制约,这些工程在实施过程中可能会出现边坡下伏有隧道、隧洞或地下采空区等情况。因此,含洞室边坡的地震动力响应及地震稳定性问题显得尤为突出。本文依托于国家自然科学基金项目“含地下洞室(群)岩石边坡地震灾变行为与抗震性能评价”(编号：51204125),开展了含隧道层状岩质边坡大型振动台试验,研究了其地震作用下的动力响应规律,并利用有限元软件MIDAS GTS/NX进行数值模拟与振动台试验结果相互验证。主要研究工作如下：(1)振动台模型设计方案基于相似理论设计并完成了相似比为1：10的下伏隧道层状岩质边坡大型振动台试验。介绍了模型试验相似关系设计原则,确定了主要物理相似常数、根据相似关系选择相似材料以及模型箱的边界处理方法和监测点的布置方案。将大瑞波、汶川波和Kobe波三种地震波作为输入波,并制定试验加载方案。(2)含隧道层状岩质边坡动力响应规律分析对振动台试验数据进行整理和分析,重点分析了边坡岩体在不同地震波形、加载方向以及不同加速度峰值激振下的水平向、竖向加速度动力响应以及动位移响应特性等。对边坡模型的水平向、竖向加速度响应特性进行了研究,得到了水平和竖向加速度放大系数沿坡体高程的分布特性,并分析了测点位置、地震波类型、加载方向以及地震动强度等因素对水平和竖向加速度响应规律的影响；分析了边坡岩体地震动位移响应特性,探讨了地震波类型、地震动强度、测点位置等因素对岩体动位移响应规律的影响。(3)含隧道层状岩质边坡动力响应数值模拟根据振动台试验设计方案,利用有限元软件MIDAS GTS/NX对下伏隧道层状岩质边坡进行了三维建模,以输入不同激振强度的汶川波(WC-XZ双向)和输入激振强度为0.2g时各加载工况(WC-X, WC-Z,WC-XZ,DR-XZ,K-XZ)为例,将下伏隧道层状岩质边坡的动力有限元数值模拟结果与振动台试验结果进行比较分析,发现两者的变化趋势基本一致,完成了模型试验与数值模拟的相互验证,并在此基础上建立了无隧道层状岩质边坡数值模型。通过有无隧道层状岩质边坡地震动力响应的对比分析,探讨了隧道对边坡动力响应规律的影响。
【关键词】：含隧道岩质边坡 地震动力特性 振动台试验 动力响应 数值模拟
【学位授予单位】：中南林业科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U452.11
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-10
• 1 绪论10-20
• 1.1 选题依据及研究意义10-11
• 1.2 岩质边坡地震稳定性研究现状11-16
• 1.2.1 动荷载作用下岩体力学特性研究11-12
• 1.2.2 地震作用下岩质边坡动力响应及安全评价研究12-15
• 1.2.3 地震作用下岩体锚固性能分析研究15-16
• 1.3 含地下洞室岩石边坡的地震稳定性研究现状16-17
• 1.4 主要研究内容和技术路线17-20
• 1.4.1 主要研究内容17-18
• 1.4.2 技术路线18-20
• 2 含隧道层状岩质边坡振动台试验设计20-34
• 2.1 试验设备与测试元件20-23
• 2.1.1 振动台系统20-21
• 2.1.2 测试元件21-23
• 2.2 研究目的和内容23-24
• 2.2.1 研究目的23
• 2.2.2 研究内容23-24
• 2.3 模型试验相似关系推导24-26
• 2.3.1 相似理论24-25
• 2.3.2 模型相似关系设计25-26
• 2.4 振动台模型试验的设计与制作26-29
• 2.4.1 模型箱设计与边界处理26-28
• 2.4.2 模型设计与传感器布置28-29
• 2.5 地震波加载方案29-32
• 2.6 本章小结32-34
• 3 含隧道层状岩质边坡地震响应特性的振动台试验研究34-58
• 3.1 概述34
• 3.2 对边坡竖直向加速度动力响应规律的影响34-41
• 3.3 地震波类型和加载方式对边坡加速度动力响应规律的影响41-48
• 3.3.1 对边坡水平向加速度动力响应规律的影响41-45
• 3.3.2 对边坡竖向加速度动力响应规律的影响45-48
• 3.4 激振强度对含隧道层状岩质边坡加速度动力响应规律的影响48-54
• 3.4.1 对边坡水平向加速度动力响应规律的影响48-51
• 3.4.2 对边坡竖向加速度动力响应规律的影响51-54
• 3.5 含隧道层状岩质边坡动位移响应特性54-56
• 3.6 本章小结56-58
• 4 隧道对层状岩质边坡地震动力响应特性的影响研究58-80
• 4.1 概述58
• 4.2 有限元动力分析基本原理58-62
• 4.2.1 动力反应分析方法58-59
• 4.2.2 有限元强度折减法59-61
• 4.2.3 动力反应模型边界条件处理61-62
• 4.3 下伏隧道层状岩质边坡地震动力数值模拟62-65
• 4.3.1 边坡概况62
• 4.3.2 计算模型62-63
• 4.3.3 监测点布置和地震波的选取63-65
• 4.4 下伏隧道对层状岩质边坡地震动力响应的影响分析65-78
• 4.4.1 数值分析与振动台试验结果比较65-71
• 4.4.2 有无隧道的层状岩质边坡地震动力响应的数值模拟比较71-78
• 4.5 本章小结78-80
• 5 结论与展望80-84
• 5.1 试验主要工作与结论80-82
• 5.2 展望82-84
• 参考文献84-92
• 附录A (攻读学位期间取得的学术成果)92-94
• 致谢94

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本文编号：911648