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地铁隧道地震反应分析及土—结接触面问题初探

作　者: 张孝波
导　师: 景立平
学　校: 中国地震局工程力学研究所
专　业: 工程力学
关键词: 地铁隧道 FLAC软件接触面单元人工边界地震反应
分类号: U451
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

随着我国经济的飞速发展,城市规模的不断扩大,开发地下空间已经成为了解决城市交通问题的主要手段。正确的认识地铁隧道的地震响应,合理的给出地铁隧道结构的抗震设计方法和安全性评价则成为一个非常重要的问题。本文简要评述了地下结构抗震分析现状及土与结构接触面问题的研究进展,利用有限差分程序FLAC软件模拟地铁隧道的地震反应,并对土与结构的接触面问题进行初步研究。具体内容如下:1.有限差分方法的原理与应用学习了FLAC软件的计算原理,对摩尔—库仑模型在程序中的实现进行了详细介绍;在边界处理上,通过具体算例研究了人工边界的选取方法,对比分析了不同人工边界的选取对数值模拟结果的影响,确定了散射场地震反应分析输入边界的地震动输入方法。2.圆形隧道的地震反应在未考虑土与隧道衬砌之间的脱离和滑移情况下,对圆形隧道进行了线性和非线性的地震反应分析,模拟结果表明:隧道衬砌动轴力最大值位于隧道下部,动弯矩极值在隧道与竖向对称轴成45°角附近较大,动剪力极值在隧道竖向对称轴左右两侧较大。3.土—结接触面单元原理及对圆形隧道动力反应的影响研究了FLAC程序中接触面单元的原理与应用方法,并对土与隧道衬砌之间施加接触面单元的情况与未施加接触面单元的情况进行了地震反应对比分析,给出了隧道衬砌在施加接触面单元与未施加接触面单元两种情况下的动内力极值的对比分布图,以及在考虑滑移情况下土与隧道衬砌相对位移极值沿圆周的分布规律。4.场地条件、隧道形状对隧道动力反应的影响研究了在同一地震动作用下不同土质、不同埋深条件对圆形隧道洞顶与洞底相对位移的影响,同时,在相同场地条件下对不同形状的隧道(矩形、马蹄形)进行了地震反应的对比分析,给出了矩形和马蹄形隧道的动内力极值分布规律,并与圆形隧道作对比,讨论了不同形状隧道地震反应的差别。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-11
第一章绪论  11-21
  1.1 研究背景  11-12
  1.2 地下结构抗震研究现状  12-15
    1.2.1 理论分析方法  12-13
    1.2.2 原型观测方法  13-14
    1.2.3 模型试验方法  14-15
  1.3 土与结构接触面力学特性研究现状  15-19
    1.3.1 接触面力学特性的试验研究  15-16
    1.3.2 接触面的本构模型  16-17
    1.3.3 接触面的数值计算  17-19
  1.4 本文研究内容  19-20
  1.5 本文工作安排  20-21
第二章 FLAC 软件基础理论简介  21-33
  2.1 引言  21
  2.2 本构模型  21-27
    2.2.1 弹性模型  22
    2.2.2 摩尔—库仑模型  22-24
    2.2.3 屈服准则与流动法则  24-27
  2.3 算例验证  27-32
    2.3.1 边界条件  27-29
    2.3.2 频率与网格尺寸的关系  29-32
  2.4 本章小结  32-33
第三章圆形隧道地震反应分析  33-50
  3.1 引言  33
  3.2 计算模型及参数选取  33-37
  3.3 不考虑土与隧道之间的脱离及滑移计算结果分析  37-44
    3.3.1 静力计算结果分析  37-38
    3.3.2 圆形隧道的动力响应  38-44
  3.4 考虑土与隧道之间的脱离及滑移计算结果分析  44-49
  3.5 本章小结  49-50
第四章场地条件对隧道动力反应的影响  50-61
  4.1 引言  50
  4.2 土质和埋深条件对隧道动力反应的影响  50-53
  4.3 不同形状隧道的内力对比  53-59
    4.3.1 静力计算结果分析  54-57
    4.3.2 动力计算结果分析  57-59
  4.4 本章小结  59-61
第五章结语  61-63
  5.1 本文工作总结  61
  5.2 下一步工作展望  61-63
参考文献  63-66
致谢  66-67
作者简介  67

地铁隧道地震反应分析及土—结接触面问题初探

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