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高烈度地震区特长隧道浅埋段地震动力响应及减免震措施研究

作　者: 高文立
导　师: 赵伯明
学　校: 北京交通大学
专　业: 地下工程
关键词: 山岭隧道震害分析场地动力特性地脉动动力响应减震层抗震缝断面优化
分类号: U452.28
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

国家西部重大建设项目的实施,需要大量修建长大隧道。长大隧道具有断面大长度长的特点,涉及穿越复杂不良地质区段,接近或跨越地震活动断裂带,同时浅埋段具有抗震不利的因素。因此,对高烈度震区山岭隧道地震动力响应及减免震措施进行研究具有重大的现实意义。本文结合成兰铁路抗震减灾研究课题,对高烈度地震区隧道浅埋段进行地震动力响应分析及减免震措施研究,其主要内容包括：1.通过汶川地震对隧道及地下结构震害调查研究分析,总结出山岭隧道在地震动力作用下的破坏形式,震害影响因素及破坏机理的宏观规律。2.研究山岭隧道场地的动力特性,开展了地脉动现场观测,通过地脉动数据的频谱分析,得到相关的工程场地动力参数,为动力计算提供依据。3.对浅埋段隧道洞身进行地震响应的三维数值模拟计算,通过对比分析隧道衬砌结构关键部位的加速度时程,速度时程,位移时程以及应力时程等数据,得到相关动力响应的规律。4.提出设置减震层的减震措施,并通过数值模拟进行验证。然后通过不同减震层材料属性(刚度和厚度)及围岩条件的模拟计算分析,总结出减震层材料属性及围岩条件对浅埋段隧道洞身地震动力响应影响规律,最后,在本文假定下,提出了减震层的厚度设计值及不同围岩条件下的减免震措施。5.开展抗震缝减震效果的研究,结果表明：设置抗震缝对隧道结构受力状态有明显的改善,尤其是仰拱处。然后通过不同抗震缝间距的模拟计算分析,得出一个合理的抗震缝间距设计值。6.开展断面优化对隧道减震效果的研究,提出了在不同围岩条件下采取不同的断面形式来提高隧道的抗震能力。

全文目录

致谢  5-6
中文摘要  6-7
ABSTRACT  7-12
1.绪论  12-26
  1.1 研究背景和研究意义  12-13
  1.2 地震对隧道地下结构的危害  13-15
  1.3 山岭隧道抗震设计研究的现状  15-17
    1.3.1 国外研究现状  15-16
    1.3.2 国内研究现状  16-17
  1.4 隧道地震动力响应分析概况  17-21
  1.5 抗震减震结构模式研究现状  21-23
    1.5.1 抗震结构模式  22
    1.5.2 减震结构模式  22-23
  1.6 本文主要研究内容及技术路线  23-26
    1.6.1 研究内容  23-24
    1.6.2 技术路线  24-26
2.汶川震后隧道震害调查研究  26-38
  2.1 引言  26
  2.2 隧道破坏形式研究  26-29
  2.3 隧道震害影响因素分析  29-33
    2.3.1 宏观场地特征  29-30
    2.3.2 微观地质条件  30-31
    2.3.3 地震参数  31-32
    2.3.4 地震作用方向  32
    2.3.5 埋深的影响  32-33
  2.4 隧道震害机理分析  33-36
  2.5 降低地震震害程度对策与建议  36-37
  2.6 本章小结  37-38
3.隧道场地动力特性分析  38-50
  3.1 引言  38
  3.2 太平隧道地脉动现场观测  38-41
  3.3 太平隧道地脉动解析  41-47
  3.4 本章小结  47-50
4.隧道地震动力响应三维数值模拟  50-78
  4.1 工程概况  50-52
    4.1.1 地形地貌  50-51
    4.1.2 地质构造  51-52
  4.2 山岭隧道地震响应三维模型建立及计算参数确定  52-61
    4.2.1 FLAC3D地震非线性动力分析的基本假定  52-53
    4.2.2 几何模型  53-54
    4.2.3 模型材料参数  54-56
    4.2.4 边界条件处理  56
    4.2.5 地震波的选取  56-58
    4.2.6 地震波波谱分析  58-60
    4.2.7 动力计算分析步骤  60-61
  4.3 初始应力状态分析  61
  4.4 地震动力响应分析  61-75
    4.4.1 加速度分析  62-68
    4.4.2 速度分析  68-69
    4.4.3 位移分析  69-72
    4.4.4 应力分析  72-74
    4.4.5 塑性区分析  74-75
  4.5 本章小结  75-78
5.隧道减免震措施研究  78-122
  5.1 隧道结构减震的一般措施  78-82
    5.1.1 加固围岩  78-79
    5.1.2 改变山岭隧道结构的自身性能  79-80
    5.1.3 设置减免震装置  80-82
  5.2 减震层对隧道减震效果的研究  82-99
    5.2.1 计算模型的建立  82-83
    5.2.2 应力分析  83-86
    5.2.3 位移分析  86-91
    5.2.4 减震层刚度对隧道减震效果的影响  91-93
    5.2.5 减震层厚度的确定  93-96
    5.2.6 不同围岩条件对减震层减震效果的影响  96-99
  5.3 抗震缝的减震效果  99-110
    5.3.1 计算模型的建立  99-100
    5.3.2 应力分析  100-103
    5.3.3 位移分析  103-108
    5.3.4 抗震缝间距的确定  108-110
  5.4 隧道断面优化  110-120
    5.4.1 计算模型的建立  111
    5.4.2 应力分析  111-114
    5.4.3 位移分析  114-118
    5.4.4 经对比分析后衬砌轮廓拟定  118-120
  5.5 本章小结  120-122
6.结论与展望  122-126
  6.1 结论  122-123
  6.2 展望  123-126
参考文献  126-130
作者简历  130-134
学位论文数据集  134

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