强震作用下地裂缝的力学响应及其对地铁隧道衬砌结构的影响

摘要

以西安地裂缝地质环境和西安地铁隧道工程为背景,通过大型振动台模型试验研究了地裂缝场地在地震作用下的动力响应规律,通过有限元软件ANSYS对穿越地裂缝段的马蹄形隧道衬砌结构在地震作用下的响应问题开展了研究,振动台模型试验和数值模拟结果表明:
　　1、ElCentro波激励下,模型表面的响应加速度放大系数随着激励加速度峰值的增大而减小,放大系数介于2.13-1.00之间,当激励加速度峰值达到300gal时,放大系数产生突变;Taft波和兰州波激励下,加速度放大系数均随着激励加速度峰值的增大而减小,放大系数分别介于3.21-1.33和1.6-0.23之间,兰州波激励加速度峰值超过300gal时,放大系数开始小于1并且逐渐减小。
　　2、ElCentro波激励下,主、次裂缝两侧的响应加速度峰值均随着激励加速度峰值的增大而增大,主裂缝底层上下盘效应系数在各工况下均大于1;中层上下盘效应系数波动较小,基本维持在1左右;主裂缝顶层上下盘效应系数在各工况下均小于1。次裂缝底层上下盘效应系数均大于1;次裂缝中层上下盘效应系数均大于1;次裂缝顶层上下盘效应系数基本都小于1。
　　3、ElCentro波激励下,主裂缝上下盘效应系数随地层深度增加逐渐增大;次裂缝上下盘效应系数随地层深度增加逐渐增大,但在激励加速度峰值等于200gal和800gal时,上下盘效应规律出现异常。
　　4、隧道衬砌结构拱顶在地裂缝上盘处和下盘处的响应加速度峰值有一定放大效应,但速度响应和位移响应差异不明显;隧道衬砌结构拱腰和拱底在上、下盘处的响应加速度峰值有一定放大效应和差异,但差异也不显著,其速度响应和位移响应差异亦不明显。

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第一章 绪论

1.1问题的提出

1.2国内外研究现状及存在问题

1.3本文研究的目的、意义和内容

1.4研究方法及技术路线

第二章 强震作用下地裂缝力学响应的振动台模型试验

2.1概述

2.2振动台模型试验概述

2.3试验结果分析

2.4本章小结

第三章 穿越地裂缝的马蹄形隧道衬砌结构地震动力响应数值模拟分析

3.1概述

3.2基于ANSYS的有限元模型

3.3有限元模拟结果分析

3.4本章小结

第四章 结论与展望

4.1结论

4.2展望

参考文献

攻读学位期间取得的研究成果

致谢