穿越河谷地形高速公路隧道衬砌地震动响应特性研究

发布时间：2020-06-19 10:08

【摘要】：本文以四川省境内汶(川)—马(尔康)高速公路赶羊沟隧道为工程背景,选择卧龙波作为地震动输入荷载,利用数值模拟开展研究高速公路双线偏压隧道洞口段动力响应特性,并针对赶羊沟隧道出口位于河谷这一实际情况,进行隧道穿越不同河谷地形时隧道结构动力响应特性研究。具体进行了以下工作并得到了相应的成果:(1)截取原始卧龙波能量最大的5-26s这一时段作为地震动输入荷载,利用地震波处理软件进行滤波以及基线校正,并根据隧道所在地区抗震设防烈度,对截取修正后的卧龙波加速度时程曲线进行调整,最后确定数值模拟动力荷载输入方向。(2)借助数值模拟软件进行赶羊沟双线偏压隧道洞口段动力响应三维数值模拟,得到了双线偏压隧道洞口段的加速度、位移、应力以及内力的动力响应值。以距洞口6m监测断面拱顶位移动力响应位移值为例,高山侧隧道拱顶横向、轴向以及竖向峰值位移分别为-8.90911cm、4.70253cm和8.36907cm,低山侧隧道拱顶横向、轴向以及竖向峰值位移为-8.21675cm、5.47023cm和8.84747cm。对比偏压双线隧道洞口段拱顶的动力响应峰值位移,发现高山侧隧道横向动力响应相较于低山侧隧道更强,显示出明显的偏压效应;同时发现埋深较浅的低山侧隧道轴向以及竖向动力响应峰值位移相较于埋深较深的高山侧隧道更强,揭示了隧道埋深对隧道结构动力响应的影响,即埋深越深,隧道结构动力响应越小。(3)对比双线偏压隧道低山侧隧道内各监测节点的各方向峰值位移,提取距洞口6m监测断面两个拱腰位置动力响应峰值位移为例,高山侧拱腰横向、轴向以及竖向峰值位移分别为-7.31948cm、5.40949cm和8.32736cm;低山侧拱腰横向、轴向以及竖向峰值位移分别为-6.82203cm、5.12716cm和7.56093cm。发现高山侧监测节点(墙脚、拱脚以及拱腰)的动力响应均强于另一侧,偏压效应明显。(4)研究隧道穿越河谷地形一侧山体时,不同谷底宽度对隧道结构动力响应的影响。谷底宽度为15m时,隧道距洞口6m监测断面处拱顶横向、轴向以及竖向动力响应峰值加速度分别为7.2194m/s~2、8.0228m/s~2和9.0229m/s~2;谷底宽度为30m时,拱顶横向、轴向以及竖向动力响应峰值加速度分别为6.9998m/s~2、7.6682m/s~2和8.8147m/s~2;谷底宽度为45m时,拱顶横向、轴向以及竖向动力响应峰值加速度分别为6.6300m/s~2、7.5564m/s~2和8.5593m/s~2。发现隧道动力响应随河谷谷底宽度的减小而逐渐增强。(5)研究隧道穿越河谷地形一侧山体时,穿越侧山体高度对隧道结构动力响应的影响。山体高度为45m时,隧道距洞口6m监测断面处拱顶横向、轴向以及竖向动力响应峰值加速度分别为6.7056m/s~2、10.0583m/s~2和11.0065m/s~2;山体高度为60m时,拱顶横向、轴向以及竖向动力响应峰值加速度分别为6.7998m/s~2、7.6682m/s~2和8.8147m/s~2;山体高度为75m时,拱顶横向、轴向以及竖向动力响应峰值加速度分别为7.6031m/s~2、7.3643m/s~2和7.8725m/s~2。发现隧道结构横向动力响应随着河谷高度的增加而增强,但是由于河谷高度的增加,造成隧道埋深的增加而导致隧道结构轴向以及竖向动力响应随着河谷高度的增加而减弱。(6)研究隧道穿越河谷地形一侧山体时,穿越侧河谷坡脚坡度对隧道结构动力响应的影响。坡脚坡度65°时,隧道距洞口12m监测断面处拱顶横向、轴向以及竖向动力响应峰值加速度分别为5.8377m/s~2、7.3974m/s~2和8.1940m/s~2;坡脚坡度为55°时,拱顶横向、轴向以及竖向动力响应峰值加速度分别为6.9716m/s~2、8.1324m/s~2和8.6126m/s~2;坡脚坡度为45°时,拱顶横向、轴向以及竖向动力响应峰值加速度分别为7.6275m/s~2、8.6126m/s~2和9.9715m/s~2。发现河谷坡脚坡度45°情况下隧道结构动力响应最强,坡度为55°时次之,坡度为65°时最弱。
【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】：U451
【图文】：

3.1 地震波选取2008 年 5 月 12 日汶川 8.0 级地震发生后，造成了震区范围内隧道的强烈破坏，而赶羊沟隧道位于四川省马尔康市，所以本文选择四川汶川地震中所记录的卧龙波为地震动输入荷载，由 165s 的原始资料中截取 5s 至 26s 这一能量最大的区段作为数值模拟的地震动输入荷载。（1）原始东西加速度时程曲线（2）原始南北加速度时程曲线

南北加速度时程曲线（3）原始竖向加速度时程曲线图 3.1 卧龙波原始加速度时程曲线图3.2 滤波及基线校正因为在地震反应分析中，常使用离散的荷载列表，因此在施加之前有必要进行滤波和基线校正。滤波的目的是过滤掉原有波形中的高频分量，因为由式 3.1 可知地震波的最大频率对网格尺寸的影响较大，最大频率越高，满足精度条件下的网格尺寸越小。采用滤波的方式，可以减小地震波的最大频率，从而增大计算所需的最小网格尺寸，减小单元数量，达到节约计算时间的目的。 ≤ (18110) （3.1）式中 λ 为最高频率对应的波长。

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本文编号：2720646