山岭隧道震害分析及洞口段地震动力响应研究

摘要

随着我国大量基建的投入，西部大开发战略的进一步推动，大量的公路、铁路和水电隧道相继修建。“5.12”汶川大地震后，都汶公路多座隧道受损，给当时的救援和重建工作带来了极大的困难和挑战。这使人们更加意识到对高烈度地区隧道抗震减灾分析研究的重要性，尤其是洞口段的抗减震分析的重要性更是凸显。尽管国内对隧道洞口段地震动力响应进行了较多的研究，并取得了一定的成果，但是还没有用离散单元法对隧道洞口段进行研究和对比分析。
　　 本文以龙溪隧道震后修复为例，分析了隧道震后抢险阶段和修复重建阶段的修复措施；采用离散单元法3DEC以烧火坪隧道出口段震后修复为依托，对烧火坪隧道洞口段的地震动力响应规律进行了研究。本文主要内容如下：
　　 (1)对“5.12”汶川地震后都汶高速路和国道213线等共15座隧道进行了震害调查，并按洞口、洞身和洞门进行了震害归纳总结。以龙溪隧道震后修复为例对隧道震后抢险阶段和修复重建阶段的修复技术措施进行了分析。
　　 (2)介绍了离散单元法3DEC的基本原理，说明了离散单元法块体的接触判别法。根据3DEC模拟计算的流程分别简单介绍了计算所涉及到的各个参数或要素在3DEC中的取值方法、选择类型和实现过程。分别对3DEC的边界条件、阻尼选取、地震波的加载方式、岩体和节理力学参数的选取和岩体破坏准则进行了说明。
　　 (3)基于3DEC直观的模拟了隧道洞口处仰坡的破坏情况，对仰坡的破坏过程和破坏原因进行了简单分析。削竹式洞口较端墙式洞口的的抗震效果好，仰坡最初破坏破坏基本都发生在地震波峰值期间。对含单节理的隧道洞口段动力响应进行了研究，分别研究了节理刚度、坡高、坡角、输入动荷载峰值对动力响应的影响。
　　 (4)对烧火坪隧道出口段震后理想模型进行了地震动力响应研究。通过对比分析洞口是地震动力响应最大的部位，拱脚、拱肩和仰拱是隧道结构抗震的危险部位，在抗震加固时应重点进行处理。在设置减震层后洞口仰坡没有破坏，取得了很好的减震效果，衬砌的内力有所减小，位移增大。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1引言

1.2国内外研究现状

1.2.1隧道震害实例

1.2.2隧道及地下结构抗减震研究发展概况

1.2.3隧道及地下结构抗减震研究基本方法

1.2.4离散单元法研究现状

1.3问题的提出和本文的主要研究内容

1.3.1问题的提出

1.3.2本文主要研究内容

第2章汶川地震隧道震害调查及灾后修复措施

2.1汶川地震都汶路隧道震害调查

2.2隧道震害形式

2.2.1洞口及仰坡震害

2.2.2洞门震害

2.2.3洞身震害

2.3震害调查小结

2.4隧道震后修复技术分析—以龙溪隧道为例

2.4.1工程概况

2.4.2龙溪隧道震害调查分析

2.4.3龙溪隧道震后修复措施

2.5隧道震害处治注意事项及启示

2.6隧道震害破坏机理探讨

2.7本章小结

第3章 3DEC计算原理及分析方法

3.1 3DEC计算原理(简介)

3.1.1 3DEC简介

3.1.2 3DEC求解问题的步骤

3.1.3 3DEC块体判别方式

3.2 3DEC中节理确定及其行为模式

3.3地震波的分析及处理

3.4边界条件

3.5阻尼

3.5.1粘性阻尼(瑞利阻尼)

3.5.1局部阻尼

3.5.1摩擦阻尼

3.6岩体力学参数

3.6.1不连续面法向刚度和切向刚度的选取

3.6.2节理岩体变形模量的选取

3.6.3节理岩体强度准则和破坏准则

3.7本章小结

第4章 单节理隧道洞口段动力响应研究

4.1计算模型及参数

4.2 3DEC动力荷载输入

4.3 3DEC中结构面刚度对动力响应影响

4.4单节理洞口段动力响应研究

4.4.1坡高对洞口段动力响应影响

4.4.2边坡角度对洞口段动力响应影响

4.4.3输入地震波峰值对放大效应影响

4.5隧道洞口段动力破坏模态分析

4.5.1计算模型及参数

4.5.2计算结果

4.6本章小结

第5章 烧火坪隧道洞口段结构动力响应研究

5.1工程介绍

5.1.1工程概况

5.1.2区域地质与地震

5.1.3烧火坪隧道洞口震害

5.2模型建立及参数选取

5.2.1离散元模型的建立

5.2.2测点布置

5.2.3边界条件的确定

5.2.4地震荷载的确定

5.2.5计算方案

5.3隧道仰坡未加固动力响应研究

5.3.1模型及计算参数

5.3.2模型计算结果

5.3.3地震响应分析

5.4隧道仰坡加固动力响应研究

5.4.1模型及计算参数

5.4.2模型计算结果

5.4.3地震响应分析

5.5洞口段隧道结构设减震层动力响应研究

5.5.1模型及计算参数

5.5.2模型计算结果

5.5.3地震响应分析

5.6本章小结

结论

致谢

参考文献

附录1

攻读硕士学位期间参加的科研项目