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复杂地层水下盾构隧道地震响应分析

作　者: 李兴龙
导　师: 彭立敏；施成华
学　校: 中南大学
专　业: 桥梁与隧道工程
关键词: 盾构隧道地震响应抗减震有限差分法液化
分类号: U452.28
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 106次
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内容摘要

随着地下工程技术的日臻完善,盾构法施工被越来越多地应用到水下越江隧道的建设中,而我国地处于环太平洋地震带上,地震活动非常频繁,因此对盾构隧道进行抗减震分析研究具有重要的意义。本文依托铁道部科技研究开发计划课题——狮子洋水下隧道结构静动力学特征及关键技术参数试验研究,以广深港客运专线狮子洋隧道为工程背景,采用有限差分法,对各典型计算工况进行了抗减震分析研究,主要完成了以下几方面的工作：1、建立二维数值计算模型,对典型饱和砂层断面及软土层断面在不同地震波作用下结构及周边地层的动力响应进行了分析。结果表明：不同地震波作用下各计算断面结构的内力和位移均满足安全运营要求,位于隧道上方粉细砂层会发生液化现象,但对结构稳定性不构成威胁；2、针对饱和砂层断面,讨论了地震波不同入射方向作用下结构及周边地层的震动特性,并研究了不同地基参数对结构抗减震性能的影响。分析结果表明：横向入射的地震波对结构及土体孔隙水压力影响更大,地基加固范围越大、地基强度参数提高倍数越高,土体抗液化能力越强、衬砌结构内力降低越多、变形越小；3、建立三维数值计算模型,分析了典型联络通道与隧道结构连接处在不同地震波及地震波不同入射方向作用下,结构及周边地层的响应特性。计算表明：不同地震波作用下,结构的变形与应力均满足抗震设防要求,位于隧道上方的粉细砂层会发生液化现象,但不影响结构安全,横向入射的地震波对交叉结构的影响更大；4、采用三维数值计算方法,对进口段工作竖井与隧道结构连接处进行了不同地震波入射方向作用下结构的动力响应分析。研究结果表明：地震作用过程中,竖井与隧道结构连接处个别部位出现了较大拉应力,已超过结构抗拉强度设计值,具有一定的震害风险,横向入射的地震波对结构的危害性更大。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-9
第一章绪论  9-20
  1.1 隧道震害与特点  9-10
  1.2 隧道抗震研究概述  10-14
    1.2.1 抗震研究基本途径  10-11
    1.2.2 隧道抗震分析方法  11-14
  1.3 国内外抗震研究现状  14-18
    1.3.1 地震观测与模型试验  14-15
    1.3.2 理论分析与数值计算  15-17
    1.3.3 隧道减震措施研究现状  17-18
  1.4 论文选题目的与意义  18-19
  1.5 论文主要研究内容  19-20
第二章隧道动力数值计算基本理论和方法  20-37
  2.1 FLAC动力计算理论基础  20-25
    2.1.1 运动方程  20-21
    2.1.2 FLAC内置的孔隙水压力模型  21-22
    2.1.3 阻尼设定  22
    2.1.4 动力边界  22-23
    2.1.5 动荷载输入  23
    2.1.6 动力计算的主要步骤  23-25
  2.2 狮子洋隧道工程概况  25-27
    2.2.1 隧道工程位置  25
    2.2.2 结构设计与施工概况  25-26
    2.2.3 场地地震动参数  26
    2.2.4 地基的地震效应  26-27
  2.3 计算荷载与参数  27-34
    2.3.1 地震荷载  27-30
    2.3.2 材料计算参数  30-31
    2.3.3 计算工况选取  31-34
    2.3.4 基本假定  34
  2.4 地震作用下盾构隧道安全运营标准  34-37
    2.4.1 砂土液化  34-35
    2.4.2 结构收敛变形  35
    2.4.3 结构应力  35-36
    2.4.4 结构内力  36-37
第三章盾构隧道典型横断面地震响应平面分析  37-64
  3.1 饱和砂土层条件下地震响应计算结果与分析  37-44
    3.1.1 计算模型  37-38
    3.1.2 孔隙水压力变化分析  38-40
    3.1.3 衬砌结构内力分析  40-43
    3.1.4 衬砌结构变形结果分析  43-44
  3.2 软土层条件下地震响应计算结果与分析  44-50
    3.2.1 计算模型  44-45
    3.2.2 地层位移变化分析  45-46
    3.2.3 衬砌结构内力分析  46-49
    3.2.4 衬砌结构变形结果分析  49-50
  3.3 地震波入射方向对结构地震响应的影响研究  50-58
    3.3.1 孔隙水压力对比分析  51-52
    3.3.2 衬砌结构内力对比分析  52-57
    3.3.3 衬砌结构变形结果对比分析  57-58
  3.4 地基参数对结构抗震性能的影响分析  58-63
    3.4.1 计算模型和材料参数  59-60
    3.4.2 地基参数对土层液化的影响  60-61
    3.4.3 地基参数对衬砌结构内力的影响  61-62
    3.4.4 地基参数对衬砌结构变形的影响  62-63
  3.5 本章小结  63-64
第四章联络通道与隧道连接处地震响应三维分析  64-80
  4.1 计算模型  64
  4.2 不同地震波作用下交叉结构地震响应分析  64-71
    4.2.1 孔隙水压力变化分析  65-67
    4.2.2 交叉结构变形结果分析  67-69
    4.2.3 交叉结构应力分析  69-71
  4.3 地震波不同入射方向下交叉结构地震响应分析  71-78
    4.3.1 孔隙水压力对比分析  72-74
    4.3.2 交叉结构变形结果对比分析  74-76
    4.3.3 交叉结构应力对比分析  76-78
  4.4 本章小结  78-80
第五章竖井与隧道结构连接处地震响应三维分析  80-98
  5.1 计算模型  80-81
  5.2 横向激励工况计算结果及分析  81-89
    5.2.1 竖井与隧道连接处支护结构位移响应  81-84
    5.2.2 竖井与隧道连接处支护结构应力响应  84-89
  5.3 纵向激励工况计算结果及分析  89-96
    5.3.1 竖井与隧道连接处支护结构位移响应  89-92
    5.3.2 竖井与隧道连接处支护结构应力响应  92-96
  5.4 本章小结  96-98
第六章结论与展望  98-101
  6.1 主要结论  98-99
  6.2 存在的问题及展望  99-101
参考文献  101-108
致谢  108-109
攻读硕士学位期间发表论文及科研情况  109

复杂地层水下盾构隧道地震响应分析

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