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成兰线跨断层隧道的错动破坏机理研究及地震动力响应分析

刘恺  
【摘要】:随着我国铁路事业的快速发展,铁路隧道的建设需求和重要性日益突出,而我国大部分地区,特别是中西部山区,活动断层密布、地震频繁发生。在线路选择时,隧道往往不可避免地需要穿越断裂破碎带,如何保证跨越活动断层隧道工程在断层错动及地震动作用下的安全,深具现实意义。因此,研究跨断层隧道地震动力响应及抗减震措施颇为重要。本文以成兰线新建铁路隧道为研究对象,应用动力有限元法进行跨断层隧道的断层错动及地震动力响应分析。 本文首先简述跨越活动断层隧道的抗震计算发展概况,总结目前国内外地下结构的抗震及抗错断研究方法和计算理论,并对本文所采用的计算方法的基本原理进行理论上的概述。其次,对跨断层隧道在断层发生错动时的响应机理进行数值模拟,对比分析在不同断层倾角、不同的断裂破碎带宽度以及不同围岩条件下,隧道的位移响应、结构变形和衬砌内力变化规律,以及隧道结构的塑性区开展情况。再次,对跨断层隧进行三维地震动力响应数值模拟,对比分析在有无断裂破碎带、不同断层倾角以及不同的断层宽度条件下,跨断层隧道的一般地震动力响应规律,并总结了不同工况下的隧道加速度、位移以及应力响应规律。 最后,本文根据数值模拟的计算分析结果,结合目前关于跨越活动断层隧道结构的抗错设计研究相对较少的实际情况,重点分析比较了对跨断层隧道围岩进行加固、设置变形缝等的几种不同抗错方案的优缺点,并提出了新的优化设计方案。


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