高速铁路黄土隧道洞口段高边坡动力响应特征研究

发布时间：2020-05-21 04:07

【摘要】：自21世纪以来,我国的道路交通发展取得了举世瞩目的成就,同时也伴随着许多的道路交通安全问题,我国西部多山,以黄土山岭居多,因此很多高速铁路都要通过隧道来克服这种地形和高程的障碍,从而达到缩短里程、保持道路顺直等要求。由于我国地震频发,隧道的抗震问题一直是研究的重点,但是对于黄土隧道的地震动力响应研究实例较少,因此对于黄土坡-隧结构体系的动力问题需要进一步的研究,黄土边坡本身存在自身的边坡静力场,而边坡的动力放大效应和隧道洞口段本身的动力响应又会相互影响产生更加复杂的应力场,从而不同的仰坡坡度、坡高以及进洞高程都会在地震作用下产生不同的动力响应,所以对黄土边坡隧道洞口段在地震作用下的变形破坏规律和形式以及动力响应的了解具有重要意义。本文采用数值模拟和大型振动台模型试验两种方法进行了高边坡黄土隧道地震动力响应的相关研究,重点进行了仰坡坡度45°和60°下不同进洞高程来研究黄土隧道洞口段及边坡的失稳破坏规律和受力特性。主要研究的内容和结论如下:(1)查阅国内外关于地震作用隧道洞口段的动力响应的相关文献,经过分类汇总,总结了隧道震害的类型、破坏机理以及相关的研究方法,并且通过国内外研究进展确定了本文的研究内容。(2)隧道的存在对它周围坡面的峰值加速度有一定的抑制作用,当仰坡坡度一定时,峰值加速度与边坡高度具有很好的正相关性,随着坡高的增大,坡面的峰值加速度也在增大,但是这种增大并不是持续增大的,当接近坡顶面时,坡面峰值加速度会趋于稳定,呈现出一定的加速度放大效应饱和的现象。(3)随着仰坡坡度的增大,衬砌的位移也在增大,最大位移位置一般出现在距离洞口0~50m之间,随着进洞高程的增大,会有向洞口移动的趋势,在确定隧道的抗震设防长度时应充分考虑临空面放大效应的影响范围,就衬砌位移的变化来看,隧道的抗震设防长度应确定为距离洞口70m的范围,也就是5.4倍的隧道洞径。(4)坡面位移随坡高的增大而增大,仰坡坡度增大时坡面位移的变化量也会增大,在隧道周围,坡面位移的变化率较低,在隧道仰拱位置位移减小,隧道影响的范围为以隧道为中心20m范围以内,也就是1.54倍的隧道洞径,随着进洞高程的增大,这种影响愈加明显。(5)在模型试验中当地震基本烈度达到9度的时,坡顶面首先出现沿隧道轴向的裂缝,坡脚由于应力集中产生剪切挤出破坏,随着地震强度的增大,坡顶面会出现明显的外鼓现象,整个坡面的破坏首先是从坡顶面发生的,说明坡顶面是地震加速度放大效应最为明显的位置;坡面最终的破坏是因为在坡面两侧距离坡面25~35cm的位置出现由于坡面外鼓引起的张拉弧形裂缝,最终贯通形成滑坡面发生滑塌破坏,坡顶平面会形成龟裂裂缝和震陷。(6)随着台面峰值加速度的增加,土体的卓越频率整体向左移,土体的地震波成分越来越丰富。说明随着地震加载次数的递增,土体的内部结构发生了改变,剪切刚度减小,土体的波阻抗ρcs在不断减小,从而土体的自震频率也在不断减小,土体的破坏程度会增加。
【图文】：

图 1.1 隧道口处概况（孙有为，2010）[12]图 1.2 隧道环向裂缝（孙有为，，2010）[12]酒家垭隧道全长 2282m，是剑阁至青川公路的控制性工程，隧道公路等级为二址区处于龙门山构造带北段后龙门山滑脱-逆冲推覆构造带内，区域地质构造较复]。在 2008 年的汶川地震中隧道还未完全贯通，据调查，酒家垭隧道主要发生的震：二衬施工缝错动以及开裂渗水，二衬表面掉块、错台和网状的开裂，在洞口段出面积的垮塌，如图 1.3、1.4 所示；仰拱回填位置具有不同程度的隆起和开裂，部分撑扭曲变形[22]。分析其破坏原因可能是由于本身的地质条件，如断层在地震作用下变化，加重了隧道的破坏，其次是由于地震等级高，能量大，对隧道洞口段的仰拱二衬的破坏更大，因此也可以看出隧道洞口段是隧道抗震的薄弱地段。

图 1.1 隧道口处概况（孙有为，2010）[12]图 1.2 隧道环向裂缝（孙有为，2010）[12]酒家垭隧道全长 2282m，是剑阁至青川公路的控制性工程，隧道公路等级为二址区处于龙门山构造带北段后龙门山滑脱-逆冲推覆构造带内，区域地质构造较复]。在 2008 年的汶川地震中隧道还未完全贯通，据调查，酒家垭隧道主要发生的震：二衬施工缝错动以及开裂渗水，二衬表面掉块、错台和网状的开裂，在洞口段出面积的垮塌，如图 1.3、1.4 所示；仰拱回填位置具有不同程度的隆起和开裂，部分撑扭曲变形[22]。分析其破坏原因可能是由于本身的地质条件，如断层在地震作用下变化，加重了隧道的破坏，其次是由于地震等级高，能量大，对隧道洞口段的仰拱二衬的破坏更大，因此也可以看出隧道洞口段是隧道抗震的薄弱地段。
【学位授予单位】：兰州交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U452.12

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本文编号：2673709