沉管隧道出口段地震响应分析 ——以港珠澳沉管隧道为例
发布时间：2021-01-15 14:04
随着我国经济、人文、旅游的发展以及城市化进程的加速,国家和人民对出行的交通和运输需求越来越高,因此符合时代发展需要的跨江（海）隧道得到了广泛的应用。许多在建或建成的大型海底隧道工程,如琼州海峡跨海工程、南昌红谷隧道、港珠澳沉管隧道,都处于复杂的水环境中,且我国处于环太平洋地震带上,水下工程受到地震作用的风险大,一旦发生灾害,不仅可能产生重大事故,同时还可能对周围区域的经济带来巨大的损失,因此对其抗震性能的研究必须受到重视。本文对均质海床土中的沉管隧道在地震作用下的响应进行了研究,基于波动理论并考虑了海床土与海水的流固耦合作用,建立了三维有限元模型,分析了隧道接头刚度、出口段纵坡坡度以及海水深度等因素对沉管隧道的动力响应的影响,主要的研究内容如下:（1）介绍本文的研究背景,地下结构的震害以及动力反应分析方法,以及目前沉管隧道的研究成果。（2）基于一维弹性波的波动方程建立了三维粘弹性人工边界,结合限元分析方法,利用自由波场所求得的位移和速度推导了三维地震动垂直入射的人工边界节点等效荷载的计算方法,编制Matlab辅助程序并借助有限元软件ADINA,实现地震波垂直入射的三维数值模拟,数值算例...
【文章来源】：广州大学广东省
【文章页数】：115 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 隧道与地下结构的震害
1.3 地下结构地震反应分析方法
1.3.1 原型观测
1.3.2 实验研究
1.3.3 理论分析
1.4 地震作用下水-土-地下结构的动力分析
1.5 本文研究内容
第二章 基于一维弹性波的时域人工边界
2.1 引言
2.2 波动分析定解问题
2.2.1 柱面波
2.2.2 球面波
2.3 基于柱面波的二维人工边界
2.3.1 二维平面内法向人工边界
2.3.2 二维平面内切向人工边界
2.4 基于球面波的三维人工边界
2.4.1 球面P波和径向边界
2.4.2 球面SV波和环向边界
2.4.3 球面SH波和经向边界
2.5 粘弹性人工边界的实现
2.6 地震动输入
2.6.1 P波垂直入射
2.6.2 SV波垂直入射
2.6.3 粘弹性人工边界算例验证
2.7 本章小结
第三章 流固耦合的边界条件
3.1 引言
3.2 流固耦合理论基础
3.2.1 流体介质动力分析
3.2.2 流体与固体介质交界面的运动学和动力学条件
3.3 流固耦合分析在ADINA中的实现
3.4 本章小结
第四章 P波垂直入射下三维沉管隧道的动力响应
4.1 引言
4.2 沉管隧道三维模型
4.2.1 材料选取以及建模
4.2.2 初始应力的模拟
4.2.3 设置粘弹性人工边界
4.2.4 地震动输入
4.3 P波垂直入射下沉管隧道的动力响应分析
4.3.1 关键节点选取
4.3.2 模型管节分析
4.3.3 模型接头分析
4.3.4 隧道加速度分析
4.4 管节接头刚度对隧道地震响应的影响
4.4.1 模型管节分析
4.4.2 模型接头分析
4.4.3 模型加速度分析
4.5 本章小结
第五章 P波垂直入射下纵坡坡度对隧道地震响应的影响
5.1 引言
5.2 纵坡坡度对隧道地震响应的影响
5.2.1 模型建立
5.2.2 模型管节分析
5.2.3 模型接头分析
5.2.4 模型加速度分析
5.3 本章小结
第六章 P波垂直入射下海水深度对隧道地震响应的影响
6.1 引言
6.2 海水深度对隧道地震响应的影响
6.2.1 模型建立
6.2.2 模型孔隙水压力分析
6.2.3 模型管节分析
6.2.4 模型接头分析
6.2.5 模型加速度分析
6.3 本章小结
第七章 结论与展望
7.1 论文主要成果与结论
7.2 研究展望
参考文献
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]土-结构相互作用分析中几类地震输入方式的比较[J]. 赵密,王利涛,高志懂,杜修力,黄景琦. 震灾防御技术. 2017(03)
[2]双向水平地震作用下复杂地铁车站振动台模型试验的方案研究[J]. 李霞,杜修力,路德春,田春雨. 防灾减灾工程学报. 2015(03)
[3]有限一维弹性波动问题的公理化求解及其在自由场中的应用[J]. 赵福垚,宋二祥. 工程力学. 2015(04)
[4]汶川地震隧道震害影响因素的统计和分析[J]. 陶双江,蒋雅君. 现代隧道技术. 2014(03)
[5]水下公路隧道最大纵坡取值研究[J]. 张志刚,胡金平,刘洪洲,徐国平. 现代隧道技术. 2013(04)
[6]地下结构地震破坏机制试验研究[J]. 孙海峰,景立平,王树伟,孟宪春. 岩石力学与工程学报. 2013(S2)
[7]复杂大型地铁地下车站结构非线性地震反应分析[J]. 庄海洋,龙慧,陈国兴. 地震工程与工程振动. 2013(02)
[8]SV波斜入射下局部地形对隧道地震响应的影响[J]. 傅方,赵成刚,李伟华,张卫华. 北京交通大学学报. 2012(06)
[9]三拱立柱式地铁地下车站结构三维精细化非线性地震反应分析[J]. 陈磊,陈国兴,陈苏,龙慧. 铁道学报. 2012(11)
[10]地下结构地震破坏静-动力耦合模拟研究[J]. 王苏,路德春,杜修力. 岩土力学. 2012(11)
博士论文
[1]山岭隧道衬砌结构震害机理研究[D]. 于媛媛.中国地震局工程力学研究所 2013
[2]大型水下隧道与附属竖井的地震响应研究[D]. 陈向红.北京交通大学 2013
[3]地下建筑结构实用抗震分析方法研究[D]. 王璐.重庆大学 2011
[4]地铁地下结构抗震性能及分析方法研究[D]. 孙超.中国地震局工程力学研究所 2009
[5]近场波动有限元模拟的应力型时域人工边界条件及其应用[D]. 赵密.北京工业大学 2009
[6]软土地铁车站结构三维地震响应计算理论与方法的研究[D]. 王国波.同济大学 2007
[7]地铁地下结构抗震理论分析与应用研究[D]. 李彬.清华大学 2005
硕士论文
[1]地震动斜入射下海底沉管隧道的动力响应分析[D]. 周鹏.广州大学 2017
[2]采用纵向等效连续化模型的盾构隧道纵向抗震分析[D]. 苏彦.北京交通大学 2009
[3]地铁车站地震反应和破坏机理分析[D]. 邬玉斌.中国地震局工程力学研究所 2008
[4]广州洲头咀沉管隧道接头影响的动力分析[D]. 李丹.暨南大学 2006
[5]粘弹性人工边界及其与透射人工边界的比较研究[D]. 赵密.北京工业大学 2004
[6]沉管隧道抗震数值分析[D]. 陈贵红.西南交通大学 2002
本文编号：2979000
【文章来源】：广州大学广东省
【文章页数】：115 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 隧道与地下结构的震害
1.3 地下结构地震反应分析方法
1.3.1 原型观测
1.3.2 实验研究
1.3.3 理论分析
1.4 地震作用下水-土-地下结构的动力分析
1.5 本文研究内容
第二章 基于一维弹性波的时域人工边界
2.1 引言
2.2 波动分析定解问题
2.2.1 柱面波
2.2.2 球面波
2.3 基于柱面波的二维人工边界
2.3.1 二维平面内法向人工边界
2.3.2 二维平面内切向人工边界
2.4 基于球面波的三维人工边界
2.4.1 球面P波和径向边界
2.4.2 球面SV波和环向边界
2.4.3 球面SH波和经向边界
2.5 粘弹性人工边界的实现
2.6 地震动输入
2.6.1 P波垂直入射
2.6.2 SV波垂直入射
2.6.3 粘弹性人工边界算例验证
2.7 本章小结
第三章 流固耦合的边界条件
3.1 引言
3.2 流固耦合理论基础
3.2.1 流体介质动力分析
3.2.2 流体与固体介质交界面的运动学和动力学条件
3.3 流固耦合分析在ADINA中的实现
3.4 本章小结
第四章 P波垂直入射下三维沉管隧道的动力响应
4.1 引言
4.2 沉管隧道三维模型
4.2.1 材料选取以及建模
4.2.2 初始应力的模拟
4.2.3 设置粘弹性人工边界
4.2.4 地震动输入
4.3 P波垂直入射下沉管隧道的动力响应分析
4.3.1 关键节点选取
4.3.2 模型管节分析
4.3.3 模型接头分析
4.3.4 隧道加速度分析
4.4 管节接头刚度对隧道地震响应的影响
4.4.1 模型管节分析
4.4.2 模型接头分析
4.4.3 模型加速度分析
4.5 本章小结
第五章 P波垂直入射下纵坡坡度对隧道地震响应的影响
5.1 引言
5.2 纵坡坡度对隧道地震响应的影响
5.2.1 模型建立
5.2.2 模型管节分析
5.2.3 模型接头分析
5.2.4 模型加速度分析
5.3 本章小结
第六章 P波垂直入射下海水深度对隧道地震响应的影响
6.1 引言
6.2 海水深度对隧道地震响应的影响
6.2.1 模型建立
6.2.2 模型孔隙水压力分析
6.2.3 模型管节分析
6.2.4 模型接头分析
6.2.5 模型加速度分析
6.3 本章小结
第七章 结论与展望
7.1 论文主要成果与结论
7.2 研究展望
参考文献
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]土-结构相互作用分析中几类地震输入方式的比较[J]. 赵密,王利涛,高志懂,杜修力,黄景琦. 震灾防御技术. 2017(03)
[2]双向水平地震作用下复杂地铁车站振动台模型试验的方案研究[J]. 李霞,杜修力,路德春,田春雨. 防灾减灾工程学报. 2015(03)
[3]有限一维弹性波动问题的公理化求解及其在自由场中的应用[J]. 赵福垚,宋二祥. 工程力学. 2015(04)
[4]汶川地震隧道震害影响因素的统计和分析[J]. 陶双江,蒋雅君. 现代隧道技术. 2014(03)
[5]水下公路隧道最大纵坡取值研究[J]. 张志刚,胡金平,刘洪洲,徐国平. 现代隧道技术. 2013(04)
[6]地下结构地震破坏机制试验研究[J]. 孙海峰,景立平,王树伟,孟宪春. 岩石力学与工程学报. 2013(S2)
[7]复杂大型地铁地下车站结构非线性地震反应分析[J]. 庄海洋,龙慧,陈国兴. 地震工程与工程振动. 2013(02)
[8]SV波斜入射下局部地形对隧道地震响应的影响[J]. 傅方,赵成刚,李伟华,张卫华. 北京交通大学学报. 2012(06)
[9]三拱立柱式地铁地下车站结构三维精细化非线性地震反应分析[J]. 陈磊,陈国兴,陈苏,龙慧. 铁道学报. 2012(11)
[10]地下结构地震破坏静-动力耦合模拟研究[J]. 王苏,路德春,杜修力. 岩土力学. 2012(11)
博士论文
[1]山岭隧道衬砌结构震害机理研究[D]. 于媛媛.中国地震局工程力学研究所 2013
[2]大型水下隧道与附属竖井的地震响应研究[D]. 陈向红.北京交通大学 2013
[3]地下建筑结构实用抗震分析方法研究[D]. 王璐.重庆大学 2011
[4]地铁地下结构抗震性能及分析方法研究[D]. 孙超.中国地震局工程力学研究所 2009
[5]近场波动有限元模拟的应力型时域人工边界条件及其应用[D]. 赵密.北京工业大学 2009
[6]软土地铁车站结构三维地震响应计算理论与方法的研究[D]. 王国波.同济大学 2007
[7]地铁地下结构抗震理论分析与应用研究[D]. 李彬.清华大学 2005
硕士论文
[1]地震动斜入射下海底沉管隧道的动力响应分析[D]. 周鹏.广州大学 2017
[2]采用纵向等效连续化模型的盾构隧道纵向抗震分析[D]. 苏彦.北京交通大学 2009
[3]地铁车站地震反应和破坏机理分析[D]. 邬玉斌.中国地震局工程力学研究所 2008
[4]广州洲头咀沉管隧道接头影响的动力分析[D]. 李丹.暨南大学 2006
[5]粘弹性人工边界及其与透射人工边界的比较研究[D]. 赵密.北京工业大学 2004
[6]沉管隧道抗震数值分析[D]. 陈贵红.西南交通大学 2002
本文编号：2979000
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