地震动峰值特征参数对隧道动力响应的影响研究

发布时间：2020-05-06 10:07

【摘要】：我国地处环太平洋构造带和喜马拉雅构造带汇聚部位,太平洋板块的俯冲和印度板块向北对亚洲板块的碰撞使中国大陆承受了最主要的地球动力作用,地震断裂带十分活跃。随着国民经济的快速发展,长大隧道越来越多并逐步向西部纵深发展。很多在建或拟建在西部的公路、铁路上的长大隧道不可避免地修建在高烈度地区或穿越活断层。地震动是造成长大隧道结构破坏的重要原因,开展地震动特性研究对地下结构抗震发展具有深远影响。基于显式有限元并结合粘弹性人工边界的时域波动分析方法,以混合模拟方法合成四组人工地震动,探讨峰值速度、峰值位移、峰值加速度对长大隧道地震响应的影响,并采用整体式反应位移方法对峰值因素影响机理进行分析。本论文的主要工作和结论如下:(1)根据规范设计反应谱,以混合模拟方法合成峰值加速度、峰值位移相同而峰值速度不同的两组地震动作为输入,探讨地震动峰值速度对长大隧道地震响应的影响。结果表明:在P波、SV波沿轴线断面倾斜入射时,环向拉应变、轴线拉应变及轴线拉力具有明显的地震动峰值速度放大效应;在P波、SV波沿横断面倾斜入射时,环向拉应变及轴线拉力具有明显的地震动峰值速度放大效应。(2)根据规范设计反应谱,以混合模拟方法合成峰值加速度、峰值速度相同而峰值位移不同的两组地震动作为输入,探讨地震动峰值位移对长大隧道地震响应的影响。结果表明:在P波、SV波沿轴线断面倾斜入射时,仅环向拉应变在隧道拱顶和拱底部位具有明显的地震动峰值位移放大效应,其余分量变化不明显;在P波、SV波沿横断面倾斜入射时,轴线力分量及横截面应变分量变化均不明显。(3)根据规范设计反应谱,以混合模拟方法合成峰值速度、峰值位移相同而峰值加速度不同的两组地震动作为输入,探讨地震动峰值加速度对长大隧道地震响应的影响。结果表明:在P波、SV波沿轴线断面及横断面倾斜入射时,各轴线力分量和各横截面应变分量均存在不同程度的地震动峰值加速度放大效应。(4)采用整体式反应位移方法进行计算并与动力时程分析方法计算结果进行对比分析以此来阐释峰值速度作用机理。分析结果表明:地震动P波在轴线断面倾斜入射情况下,轴线拉力F_x、环向拉应变ε_h、轴线拉应变ε_a的地震动峰值速度放大效应主要是由土层变形作用引起的,结构周围剪力作用不会产生明显的地震动峰值速度放大效应。
【图文】：

分布图,分布图,长大隧道,铁路

第 1 章绪论.1 研究背景及意义目前随着国民经济的快速发展，在交通工程领域，公路和铁路路网将拓展，具有“标准高、线路长、规模大、隧道多"的特点。未来 5 年，铁路隧道 500 余座，其中特长隧道 122 座，50%以上修建于西部地区隧道，全长为 28km；正在修建的成兰铁路，共建隧道 33 座(332km长度的 72.0%，14 座隧道长度大于 10km；修建中的滇中引水工程，，隧洞总长 607.4km，其中控制工程“香炉山隧洞”全长 63.426km隧道建设中，特别对于长大隧道而言，将不可避免地穿越断层场地和区域。这些长度达数公里乃至数十公里的长大隧道因地势险要和部交通、铁路等生命线工程的主体结构与咽喉，成为支撑西部发展、服建设的重要基础设施。

示意图,人工边界,示意图,无限域

程中所叠加的增量窄带加速度时程会影响拟合精度，，需要通过不断的迭予以消除。基于上述步骤，即可获得同时拟合目标峰值速度、峰值位移及加速度地震动时程。2.2 近场波动有限元理论2.2.1 无限域数值模拟技术在进行地下结构分析中，需要从半无限介质中截取出来，需在模型的处设置人工边界条件来模拟远场无限域的波动辐射阻尼效应，如粘性边弹性边界[58]、透射边界[59]等。其中，粘弹性人工边界能较好模拟无限性恢复和辐射阻尼效应，具有良好的稳定性和较高的精度，目前得到了用。粘弹性人工边界相当于在有限元模型边界处设置一系列由线性弹簧尼器并联的弹簧-阻尼物理元件。
【学位授予单位】：北京工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U451

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