输水隧道的地震响应及减震措施研究

摘要

输水隧道在跨流域调水工程中应用广泛，开展输水隧道的抗震与减震研究具有重要的工程意义。论文运用数值模拟方法，围绕输水隧道地震响应及其减震问题开展了一系列的研究，主要内容包括:
　　(1)数值分析模型的建立。运用ANSYS通用有限元软件，建立了考虑流固耦合的输水隧道地震响应分析模型，模型外边界设置为人工粘弹性边界条件、土体采用了Drucker-Prager本构模型、水-结构边界则采用了直接耦合法解决流固耦合问题。
　　(2)输水隧道在满水工况下的地震响应分析。采用平面有限元方法，对满水工况下的输水隧道模型进行了地震作用下的响应模拟分析，计算结果表明，在水平地震作用下，输水隧道的地震响应左右对称分布，且结构上部位移大于下部位移，墙脚和仰拱部位对地震加速度的放大效应高于其他部位，拱顶、边墙及仰拱部位呈现出完全的两向受力特点，拱腰和墙脚处则呈现单向应力状态的特征，应力最大值出现在拱腰和墙脚处。
　　(3)输水隧道地震响应的影响因素研究。围绕影响输水隧道地震响应的内水含量、围岩类型、衬砌混凝土强度等因素，开展了各因素变化引起的结构地震响应规律研究，研究表明，内水含量的变化对结构位移和加速度影响不大，但结构应力随着内水含量的增大而显著增大;随着围岩粘聚力和内摩擦角的增大，衬砌地震响应逐渐减小;混凝土强度对衬砌位移和加速度影响很小，但衬砌应力随着混凝土强度的提高而增大。
　　(4)输水隧道的减震措施研究。分析了设有泡沫混凝土减震层和注浆减震层两种形式减隔震结构的输水隧道地震响应，对两种减震措施的减震效果进行了评价，研究表明，减震层的设置能有效减小衬砌的应力响应，且注浆层的减震性能优于泡沫混凝土，随着减震层厚度或刚度的增大，输水隧道衬砌的应力均减小，但减震层的存在对衬砌位移和加速度的影响较小。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 隧道及地下结构的抗震研究现状

1．2．2 隧道及地下结构的减震研究现状

1．2．3 隧道及地下结构抗减震研究方法

1．2．4 流体与固体耦合运动研究现状

1．3 本文主要研究内容

2 输水隧道有限元模型的建立

2．1 单元的选取

2．2 人工边界条件的选取

2．3 阻尼的选取

2．4 地震波的选取及输入

2．5 土体本构模型的选取

2．6 流固耦合的设置方式

3 输水隧道地震响应分析

3．1 有限元计算模型

3．2 位移分析

3．3 加速度分析

3．4 主应力分析

3．5 径向应力和环向应力分析

3．6 本章小结

4 影响输水隧道地震响应的因素研究

4．1 隧中内水对输水隧道地震响应的影响

4．1．1 位移分析

4．1．2 加速度分析

4．1．3 主应力分析

4．2 不同围岩条件对输水隧道地震响应的影响

4．2．1 位移分析

4．2．2 加速度分析

4．2．3 主应力分析

4．3 混凝土材料对输水隧道地震响应的影响

4．3．1 位移分析

4．3．2 加速度分析

4．3．3 主应力分析

4．4 本章小结

5 输水隧道减震措施研究

5．1 输水隧道减震措施概述

5．1．1 改变隧道结构的性能

5．1．2 隧道结构的减震

5．2 满水隧道的减震效果研究

5．2．1 满水隧道减震计算模型

5．2．2 位移分析

5．2．3 加速度分析

5．2．4 主应力分析

5．3 空隧的减震效果研究

5．3．1 空隧减震计算模型

5．3．2 位移分析

5．3．3 加速度分析

5．3．4 主应力分析

5．4 影响减震层减震效果的因素研究

5．4．1 减震层厚度的影响

5．4．2 减震层刚度的影响

5．5 本章小结

结论

参考文献

致谢

作者简介及读研期间主要科研成果