水工地下厂房岩体隧洞地震反应的初步分析

摘要

本文为了对水工地下厂房岩体隧洞进行地震反应数值分析，简述了该类工程在我国的发展现状，总结了该类工程的结构特点和震害特点；并基于云南澜沧江小湾水电站地下厂房岩体隧洞的基本资料，利用ANSYS软件中瞬态动力学分析方法，在对地基辐射阻尼的影响、地基横向计算范围的确定以及围岩场地的放大滤波效应等几个基本问题进行研究的基础上，初步分析了地震荷载作用下隧洞埋深、隧洞断面形状、衬砌弹性模量、围岩级别以及地震荷载频率对隧洞衬砌结构位移和应力响应的影响，总结了水工地下厂房岩体隧洞结构地震反应的一些规律。 在此基础上，以小湾水电站地下厂房岩体隧洞为例，建立某一机组段隧洞三维有限元模型，进行了三维抗震稳定性分析。主要讨论分析了水平地震、竖向地震以及水平竖向耦合地震作用下隧洞结构的反应情况，模拟得到考虑竖向地震作用改变了薄弱环节的位置，增大了最大反应的值，说明了忽略竖向地震作用是偏于危险的。本文的具体工作安排如下： 1、综述了水工地下厂房隧洞工程的发展现状、震害特点、数值分析方法的现状与发展并提出了论文所采用的数值模拟方法； 2、对动力有限元分析基本理论进行总结； 3、对地基辐射阻尼的影响、地基横向计算范围的确定以及围岩场地的放大滤波效应等几个基本问题进行了研究分析，为后续的研究做好准备； 4、通过大量的数值模拟分析，对地震荷载作用下隧洞埋深、洞型、衬砌弹性模量、围岩级别以及地震荷载频率对隧洞衬砌结构位移和应力响应的影响进行了规律性研究； 5、重点对某一水电站地下厂房岩体隧洞进行了三维抗震稳定性分析； 6、总结论文，探讨了论文的不足和需要改进的地方，并对后续工作中需要进一步研究的内容提出了建议。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1引言

1.2水工地下厂房洞室工程发展现状与工程特点

1.3地下洞室的震害特点

1.4国内外地下结构抗震研究发展状况

1.5地下洞室地震反应数值分析方法

1.6本文主要分析方法与研究内容

1.6.1本文主要分析方法

1.6.2本文的研究内容

2动力有限元分析理论

2.1动力有限元分析的基本理论

2.2动力时程分析中的基本问题

2.2.1时程分析方法的主要步骤

2.2.2时程分析中的阻尼理论

2.2.3单元网格划分

2.2.4积分时间步长

2.3地震波的选取和调整

2.4人工边界设置

2.4.1粘性人工边界

2.4.2粘-弹性人工边界

2.5本文动力有限元模型的基本假定

2.6本章小结

3 水工地下厂房岩体隧洞地震分析的基本问题

3.1地基辐射阻尼的影响

3.1.1模型计算参数

3.1.2模型动荷载的确定

3.1.3 计算结果

3.2模型横向计算范围的确定

3.2.1模型动荷载的确定

3.2.2计算结果

3.3 围岩场地对地震动的放大效应与滤波效应

3.3.1模型计算参数

3.3.2模型动荷载的确定

3.3.3围岩场地的放大效应

3.3.4围岩场地的滤波效应

3.4本章小结

4水工地下厂房岩体隧洞地震动特征分析

4.1 计算模型与材料物理力学指标选取

4.1.1计算模型的确定

4.1.2模型计算参数选取

4.2模型动荷载的确定

4.3埋深和断面形式对隧洞位移和应力的影响分析

4.3.1断面形式和埋深的确定

4.3.2断面形式和埋深对隧洞位移的影响分析

4.3.3断面形式和埋深对隧洞应力的影响分析

4.4衬砌弹模对隧洞位移和应力的影响分析

4.5不同级别围岩对隧洞位移和应力的影响分析

4.6地震波频率对隧洞衬砌位移和应力的影响分析

4.6.1动荷载的输入

4.6.2计算结果分析

4.6.3本节附图

4.7本章小结

5 水工地下厂房岩体隧洞地震动三维数值分析

5.1引言

5.2计算模型建立

5.3地震波的输入

5.4隧洞衬砌地震动响应分析

5.4.1隧洞衬砌位移场分析

5.4.2隧洞衬砌应力场分析

5.4.3隧洞衬砌内力分析

5.5本章小结

6结论与展望

6.1本文工作总结

6.2本文工作展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢