地震荷载作用下海底隧道动力响应及围岩损伤演化规律研究

摘要

开发地下空间，是21世纪结构工程发展的重要趋势，是解决越来越严重的土地紧缺、环境污染、交通拥挤等问题的重要战略方向，也是衡量城市现代化的重要标志。随着社会的发展和进步，我国已建或在建的地下结构越来越多，青岛胶州湾海底隧道就是一个大型的地下结构工程。
　　本文以青岛胶州湾海底隧道为工程背景，运用有限差分软件FLAC3D，对地震荷载作用下海底隧道动力响应及围岩损伤演化规律进行了研究，取得了一些有益的结论。主要包括：
　　（1）从胶州湾海底隧道围岩中取岩样对其微观结构进行了分析研究，岩样共分为三种：闪长岩、角砾岩和凝灰岩，通过室内电镜扫描试验对三种岩石试件的微细观结构特征进行了分析研究，并结合物理力学实验对三种岩样进行了变形及强度特性研究，为隧道开挖及稳定阶段静力、动力条件下围岩动力响应特性的研究奠定了基础。
　　（2）建立了简化的海底隧道工程地质模型，按照实际支护方案和施工条件对海底隧道进行开挖和支护，确定了动力边界条件、阻尼设置，模型中单元最大尺寸为10m，阻尼比为5％，局部阻尼系数αL=.01571，合成的人工地震动初步模拟结果表明：监测记录结果和Hosokura台阵实际记录结果总体变化趋势基本相同，可以用合成的地震动对海底隧道进行地震响应分析。
　　（3）对海底隧道进行了动力响应和围岩损伤演化规律数值模拟，研究结果表明：海底隧道围岩对地震动有一定的放大效应；地震波在弹塑性介质中传播会有一定的滞后效应；随地震动强度的增加围岩损伤范围逐渐向深部劣化发展，破坏主要在隧道断面最大跨度处及肩脚位置，因隧道开挖对围岩卸载，且受地震扰动效应影响，破坏形式以拉破坏或拉剪破坏为主，破坏范围与地震动烈度呈正相关。
　　（4）对不同强度地震动作用下，海底隧道动力响应特性及围岩损伤演化规律进行了模拟，随着地震强度逐渐增大，隧道围岩各监测点峰值加速度逐渐增大，围岩收敛变形缩量增加，塑性破坏范围从围岩局部扩展，隧道围岩动力影响破坏具有局部弱化特征，当输入地震动峰值加速度为200cm/s2时，隧道群间岩柱完全破坏失稳。

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1 绪 论

1.1 选题背景

1.2 国内外研究现状

1.3 课题研究目的及意义

1.4 研究内容、方法及技术路线

2 胶州湾区域构造分析及岩石力学试验研究

2.1 胶州湾区域断裂构造分布特征

2.2 胶州湾区域地震活动性分析

2.3 岩石试样微观结构特征研究

2.4 岩石试样力学性质试验研究

2.5 本章小结

3 地震动相关参数优化及验证

3.1 地震响应分析显式有限差分法

3.2 恢复力模型及屈服准则

3.3 计算模型参数优化

3.4 地震动深度衰减效应分析

3.5 建立数值模型对地震动进行验证

3.6 本章小结

4 基于人工合成地震海底隧道动力响应及围岩损伤演化规律

4.1 工程概况及模型参数选择

4.2 计算模型及开挖稳定性分析

4.3 海底隧道地震动力响应和围岩损伤演化规律分析

4.4 支护结构的动力响应分析

4.5 不同频谱特性地震动作用下的计算结果

4.6 不同强度地震动作用下的计算结果

4.7 本章小结

5 结论与展望

5.1 主要结论

5.2 主要创新点

5.3 不足与展望

致谢

参考文献

攻读硕士期间主要成果