基于振动台试验的特大断面偏压隧道地震动态响应与动力特性研究

发布时间：2020-06-27 22:14

【摘要】：随着国民经济的迅猛发展,为满足日益增长的交通需求,以四车道公路隧道为代表的特大断面隧道工程实例已屡见不鲜。位于浅埋偏压段的特大断面隧道,覆土厚度较薄、衬砌结构受力不均匀,在高烈度地震地区容易遭受到破坏,但目前对浅埋偏压条件下特大断面隧道的抗震研究仍十分匮乏。因此对浅埋偏压条件下特大断面隧道的地震动态响应与动力特性展开研究,具有重要的科学研究价值与工程实践意义。本文以福州市二环路金鸡山隧道原位扩建工程为背景,基于振动台模型试验,对浅埋偏压条件下特大断面隧道的地震动态响应与动力特性进行研究。得到主要结论如下:1)在各类水平向地震波作用下,坡面各测点的PHA放大系数随高程的增加而非线性增大,表现出较明显的鞭梢效应,坡内(含隧道)各测点PHA放大系数随高程增加近似呈现为对数型增大,说明特大断面隧道的存在显著改变了原场地高程效应的表现形式;由于共振效应,EL波激励所引起的高程效应,明显大于其他3种波;2)基于傅里叶分析,认为在场地偏软且埋深较浅的情况下,特大断面偏压隧道的存在显著改变了-原场地的动力特性,大致认为第一卓越频率(7.7Hz)主要体现了原场地的动力特性,第二卓越频率(24.0Hz)主要体现了隧道衬砌结构的动力特性;基于频响函数分析,认为当地震波传播经过隧道衬砌结构以后,其第二卓越频率附近的频率成分,发生了显著增益,而且最大增益频率接近于第二卓越频率;3)在不同幅值的水平向地震波作用下,隧道衬砌结构靠山侧对地震响应的敏感度远大于临空面侧;中小振幅时,左拱脚为衬砌结构最不利位置,但在大振幅时,衬砌结构最不利位置转移到了左拱腰;4)在水平向地震波作用下,隧道衬砌结构承受着正负弯矩循环作用;隧道扁平率对地震作用下衬砌应力分布有显著影响,对于特大断面隧道而言,其靠山侧的左拱脚和左拱腰应力值最大,且裂缝数量、贯通程度和开裂宽度均较临空面侧明显,这些部位为浅埋偏压条件下特大断面隧道结构抗震设防的关键部位。
【学位授予单位】：福州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U452.28
【图文】：

烈度区划图,特大断面,福建省,公路隧道

逦福州大学硕士学位论文逦逡逑１－１所示。福建省主要以海域地震为主，地震活动强度高、周期长且频度低，属逡逑于一个典型的强震区域，历史上也曾经发生过多次大地震［５］。福建省地形主要以逡逑山岭丘陵为主，山区隧道形式多样，数量众多，总里程数大，遍布全省各地区。逡逑随着福建省２１世纪海上丝绸之路核心区建设的持续进行，省内综合交通运输网逡逑络正在大规模建设和完善，山岭隧道工程数量持续增加，特别是随着交通需求的逡逑日益增长，出现了大量以四车道公路隧道为代表的特大断面隧道工程。同时对于逡逑处于浅埋偏压段的特大断面公路隧道，其覆土厚度较薄、隧道衬砌结构受力不均逡逑匀，导致整体稳定性较差、抗震性能较弱。因此福建省内浅埋偏压条件下的特大逡逑断面公路隧道的地震安全隐患及可能由地震诱发的隧道震害不容忽视，亟需对浅逡逑埋偏压条件下特大断面公路隧道地震动态响应、动力特性和抗震性能加以深入研逡逑宄，并采取合理的抗减震设防措施，从而尽可能减轻地震震害，保障此类隧道的逡逑安全运营。逡逑

地质图,隧道,位置区域,现场调查

图２－１金鸡山隧道所在位置区域地质图逡逑３）隧道围岩特征逡逑由于缺乏隧道区的钻探资料，本次主要根据现场调查和已有地质资料进行围逡逑岩分级。根据相关勘察设计规范，确定了隧道区围岩等级主要为ＩＶ级、Ｖ级，逡逑典型隧道断面的围岩分层从下往上依次为强风化粗粒花岗岩、砂土状全风化花岗逡逑岩和花岗岩残积粉质黏土。逡逑４）场地地基土地震效应逡逑场地目前不存在岩溶、滑坡、危岩及崩塌、泥石流、采空区等不良地质作用。逡逑场地稳定性评价目前属于较稳定场地。隧道场地的抗震设防烈度为７度，设计基逡逑本地震加速摩值为０．１０ｇ，设计地震分组为第二组，场地特征周期为０．３５ｓ。根据逡逑《建筑抗震设计规范》，本场地挑选钻孔ＸＳ８、ＸＳ１０、ＸＳ１１和ＸＳ１２进行现场波逡逑速测试，建筑的场地类别如表２－１所示。逡逑表２－１建筑的场地类别表逡逑Ｖｓｅ逦Ｖｓｅ在规逦覆盖层逦场地逡逑Ｈ逦ｄ0（ｍ）

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