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《同济大学》 2006年
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山岭隧道地震动力响应及减震措施研究

李育枢  
【摘要】:随着西部大开发战略的实施,大量公路、铁路和水电建设中的隧道工程将修建在活断层附近和高烈度地震区。山岭隧道在强烈地震作用下的动力响应有何规律?在高烈度地震区或活断层附近修建隧道是否安全?如何进行抗减震设计?这些都是工程设计人员关心的问题。目前,我国对隧道及地下工程的抗震研究才刚起步。因此,研究高烈度地震区山岭隧道地震动力响应及减震措施具有重大现实意义。 首先,对国内外有关隧道及地下结构的震害资料进行分类、整理和研究,总结出山岭隧道的震害破坏模式、震害影响因素及震害破坏机理。然后,概略介绍隧道及地下结构动力响应计算理论,并针对浅埋山岭隧道的横向动力计算,采用大圆弧假定,用波函数展开法推导出P波和SV波作用下半空间和圆形隧道衬砌中散射波的级数表达式,利用边界条件,将该问题归结为一组无穷代数方程组进行求解。最终,结合算例对垂直入射P波作用下浅埋圆形衬砌隧道的动力响应进行了分析。 接着,在对地震积分位移时程漂移、模型边界条件、模型横向计算范围几个数值动力计算的基本问题进行研究的基础上,用FLAC3D软件详细分析了山岭隧道洞身段在不同埋深、地震强度、激振方向、围岩和衬砌刚度条件下的地震响应。结果表明,通常情况下山岭隧道洞身段在地震时具有较高安全度。然后,重点针对山岭隧道常规洞口和偏压洞口的坡面放大效应和纵、横向响应规律进行了详细分析。在此基础上,以黄草坪2号隧道偏压洞口横向边坡为原型进行动力有限元计算,并引入加卸载响应比理论,通过建立洞口边坡的地震加卸载响应模型,从系统非线性失稳角度研究其动力响应规律。同时,采用平均动力安全系数和地震永久性位移对该洞口横向边坡的动力稳定性进行分析和评价,最终建立了山岭隧道洞口边坡地震动力响应分析和稳定性评价的新模型。 最后,对山岭隧道可能使用到的一般减震方法和措施进行分析和总结;然后,针对山岭隧道洞口,用数值模拟方法研究各种措施的减震效果,并对最优减震方案进行探讨。
【学位授予单位】:同济大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2006
【分类号】:U451

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