山岭隧道洞口段地震动力响应及抗减震措施研究

摘要

随着西部大开发战略的实施，大量公路、铁路及水电隧道工程将修建在活断层附近和高烈度地震区；并且由汶川地震及2010年世界地震频发等事件，引起人们对工程震害的更多重视。因此开展对山岭隧道洞口段地震动力响应及减震措施研究就更有时代意义。
　　 首先，本文对国内外有关隧道的震害及抗震资料进行分类、整理和研究，总结了山岭隧道洞口段的地质灾害类型、影响因素及其致灾机理，介绍了地下结构动力有限元的基本方法，动力有限元法求解的基本步骤。
　　 其次，讨论了山岭隧道洞口段动力响应分析模型建立过程中的边界条件及地震波输入等关键因素，总结了隧道洞口段动力有限元分析的原理、人工边界的实现和地震波输入的方法，总结研究了人工边界及地震波输入在有限元软件ANSYS中的实现。在此基础上，本文结合重庆巫山至奉节桃树垭隧道工程实例，利用ANSYS软件研究不同入射方向条件下地震荷载的随机性研究。在研究理论的基础上，从内力特征及加速度两方面进行了讨论，分析了山岭隧道洞口段断层地震动响应及抗震措施，并提出相应的抗减震措施。
　　 最后，以宝腾高速勐连1号为工程实例，通过三维有限元模型，分析了断层带设置抗震缝的优缺点，并通过分析设置不同抗震缝间距对隧道抗减震性能的影响。
　　 本文的创新点为：通过三维有限元模型计算，其一是发现地震波横向入射比纵向入射对隧道结构物影响更大；其二是断层带隧道衬砌在拱脚处最容易破坏；其三是发现抗震缝不同的间距对隧道抗减震影响明显。此三点结论都与实际工程实例吻合较好，可以供山岭隧道洞口段设计及施工参考。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1引言

1.2隧道地震灾害调研

1.2.1隧道地震灾害实例简述

1.2.2隧道地震灾害特点

1.3隧道抗减震研究综述

1.3.1隧道抗震研究动向

1.3.2隧道及地下结构减震技术研究现状

1.3.3隧道抗震研究的方法

1.4本文主要研究的内容及思路

第二章 山岭隧道洞口段灾害研究

2.1山岭隧道洞口段破坏模式

2.2山岭隧道震害的影响因素分析

2.2.1地震参数

2.2.2地震波震动方向

2.2.3覆盖层厚度

2.2.4围岩地质条件

2.2.5地下结构形式

2.3山岭隧道震害作用机理

2.3.1地震荷载

2.3.2震害机理

2.4本章小结

第三章 动力有限元理论

3.1动力有限元法简述

3.2建立动力平衡方程

3.3求解动力平衡方程

3.4本章小结

第四章 山岭隧道洞口段动力响应分析模型

4.1动力分析边界条件研究

4.1.1有限元模型边界条件的处理

4.1.2人工边界在有限元软件中的实现

4.2地震波输入方法及软件中的实现

4.2.1地震波输入方法

4.2.2地震输入在有限元软件中的实现

4.2.3采用的地震波

4.3不同入射方向条件下地震荷载的随机性研究

4.3.1计算模型及计算参数

4.3.2计算结果与分析

4.4本章小节

第五章 山岭隧道洞口段断层地震响应及抗震分析

5.1引言

5.2计算模型及计算参数

5.3计算结果及分析

5.3.1位移比较

5.3.2应力及横向加速度比较

5.2.3针对计算结果提出应对措施

5.4本章小节

第六章 断层带隧道抗震缝的抗减震技术研究

6.1引言

6.2计算模型及计算参数

6.3计算结果及分析

6.3.1断层带设置抗震缝对隧道的抗减震影响

6.3.2断层带抗震缝不同间距对隧道的抗减震影响

6.4本章小节

第七章 结论及建议

7.1结论

7.2建议

致谢

参考文献

在学期间发表的论著及取得的科研成果