隧道洞口段地震动力响应及锚固抗震效应研究

发布时间：2020-07-27 20:15

【摘要】：中国西南部山岭众多,在国家大力发展基础建设的背景下,隧洞的开挖、支护问题成了工程常见问题。西南山岭隧道常处于围岩性质差、仰坡陡、地质运动活跃的不利地质条件地段,易受到高烈度地震灾害影响,因此研究隧道及其支护结构的地震动力响应有社会和学术上的双重意义。为减轻或防止震害影响,优化隧道支护是隧道建设中的重要课题。鉴于此,首先查阅大量关于隧道和其他地下结构受到震害的真实案例,整理出了隧道受震害的影响因素以及抗震手段,然后结合数值模拟技术针对软弱围岩隧道洞口段地震响应以及锚杆支护抗震效果进行研究,最后结合木寨岭隧道工程实例验证锚杆支护的抗震效用。本文主要研究内容如下:1)介绍FLAC3D(有限差分法数值模拟软件)动力分析的关键性原理和特点,根据本文研究内容,拟出相应地震作用下的隧道动力分析流程。2)针对浅埋隧道,分析其开挖过程及初期支护过程中的力学响应,深入研究洞口段围岩性质、仰坡坡度和地震波激振方向对隧道支护结构以及洞周围岩变形的地震动力响应造成的影响,确定围岩受地震荷载扰动区范围以及隧道结构动力影响洞深。3)进一步探讨了软弱围岩洞口段的锚杆支护抗震效果,并进行了锚杆长度和间距的优化分析,获得了最佳支护方案。4)基于论文提出的地震动力响应分析方法及支护机理研究成果,对木寨岭隧道工程进行了深入研究,其结果表明:地震对隧道支护结构具有很强的破坏力,但合理的锚杆支护体系可有效抗震。如上研究成果表明:洞口段地震动力响应受围岩物理特性、地震波激振方向以及仰坡坡度影响,围岩特性越差、地震波激振方向为水平横向、仰坡陡时,对洞口段地震动力响应越不利。在施加合理锚杆支护后,能有效降低洞口段地震响应,起到抗震的作用,合理的锚杆布置要充分考虑围岩扰动区以及锚杆间距。其研究成果可为隧道洞口段地震动力响应分析以及抗震研究提供一定的技术支撑。
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U453.1
【图文】：

有限差分网格

法原理般将微分方程的基本方程组和边界条件都近示，即：由空间离散点处的场变量（应力、位单元内是非确定的，从而把求解微分方程的问理论基础是弹性力学中的差分法。如图 2.1 所距，间距为，网格线平行于坐标轴。设 =，其含义可以是该弹性体的应力函数、温度函轴的某根网格线上，只因横轴坐标而改变。数：( ) +!( ) +!( ) +!( ) +

自由场,边界

边界粘性边界、吸收边界）可吸收边界上的入射波。是 19 提出来的，具体做法是在模型的法向和切向分别设置入射波的目的，阻尼器提供的法向和切向粘性力分别= = 、分别为模型边界上法向和切向的速度分量，为波的波速。边界对于入射角超过 30°的入射波基本能够完全吸收然仍然有一定的吸收能力，但是吸收不完全。场边界通过在模型四周生成一维和二维网格的方法来实现自面边界通过阻尼器与自由场网格进行耦合，自由场网格边界上。由于自由场边界提供了与无限场地相同的上不会发生扭曲。

隧洞,横截面

3 隧道洞口段地震动力响应研究道其变形特征、稳定性均会受到岩性、仰坡坡度以即着重讨论不同工况下，隧道动力对纵深以及隧道是通过研究隧道围岩的变形以及衬砌的内力来对隧型及参数建立立分为三步：在 AutoCAD 中绘制洞口断面；在 A并划分网格；在 FLAC3D 中完善模型并计算。根值模拟模型尺寸应为隧洞直径的 7~8 倍，此时边界 100m，隧道方向延伸 100m，洞口台阶 10m，隧道 37m,隧道断面尺寸如图 3.1 所示。

【参考文献】