穿越活动断层的多种隧道结构动力响应比较分析

摘要

随着我国铁路隧道建设进程进入攻坚时期，需要穿越断层薄弱带或在高烈度地震区建设隧道的情况显著增加。由于断层薄弱带的地层参数突变，加之潜在地震灾害的威胁使得隧道结构安全性面临更大的挑战。因此，进行隧道穿越断层薄弱带情况下的抗减震措施研究具有重要的意义。　　本文依托国家自然科学基金重点项目，综合运用文献调研、数值模拟等方法，采取离散元与有限差分软件耦合建立穿越断层的隧道结构计算模型，研究了在发生断层错动时隧道结构的受力变形机理，针对部分影响因素进行进一步探究；对传统的抗减震措施(减震缝、减震层)和新提出的新型减震结构进行研究。主要结论与成果如下：　　(1)通过分析隧道穿越硬岩段和断层薄弱带的受力情况，发现断层错动是导致隧道结构损伤的主要原因，并对断层倾角、断层错动量、断层错动方式等相关因素的影响情况进行探究，得出错动量的变化是影响结构受力程度的主要因素，断层倾角对结构受力影响有限，仅有断层错动方式的改变会导致结构应力分布发生改变。　　(2)针对隧道穿越倾角为45°的活动断层薄弱带发生断层错动的情况，采取传统的减震缝与减震层措施，通过数值模拟方法进行不同错动量下的抗减震效果分析。发现设置减震缝与减震层措施均可改善隧道结构的受力情况，但仍会出现侵限现象。在一定范围内，当减震缝间距较小、减震层厚度较大时隧道结构的安全性更高。　　(3)针对穿越活动断层的新型隧道结构，并对其在不同断层错动作用下的破坏机理和抗减震效果进行研究，发现采用新型隧道结构并预留与断层相对应的错动量时，既可以保证结构安全，又可以保证行车限界，做到震后免维修或少维修，提升了隧道结构的抗震性与安全性。

目录

声明

第一章绪论

1.1 选题背景及研究意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 活动断层地震动特性及效应研究现状

1.2.2 活动断层地震对隧道结构影响的研究现状

1.2.3 穿越断层隧道抗减震技术研究现状

1.3 穿越活动断层隧道震害情况综述

1.4 本文研究内容及研究路线

1.4.1 研究内容

1.4.2 研究路线

第二章穿越活动断层隧道受力变形规律研究

2.1 隧道动力响应计算基础研究概述

2.1.1 计算模型概述

2.1.2 地震波输入选取

2.1.3 边界条件模拟

2.1.4 地震动与破裂带长度及错动量关系研究

2.2 地震波作用下隧道动力响应分析

2.2.1 计算工况

2.2.2 无断层薄弱带隧道动力响应分析

2.2.3 穿越断层薄弱带隧道动力响应分析

2.3 断层不同倾角对隧道结构的影响研究

2.4 断层错动量对隧道结构影响研究

2.5 断层错动方式对隧道结构影响研究

2.5.1 正断层错动时隧道受力变形规律

2.5.2 逆断层错动时隧道受力变形规律

2.5.3 走滑断层错动时隧道受力变形规律

第三章 穿越活动断层隧道传统抗减震结构研究

3.1隧道抗减震思路综述

3.2减震缝方式抗减震效果分析

3.2.1减震缝结构计算模型

3.2.2正断层作用下增设减震缝结构力学响应分析

3.2.3逆断层作用下增设减震缝结构力学响应分析

3.2.4走滑断层作用下增设减震缝结构力学响应分析

3.3减震层方式抗减震效果分析

3.3.1减震层结构计算模型及力学参数

3.3.2正断层作用下增设减震层措施结构力学响应分析

3.3.3逆断层作用下增设减震层措施结构力学响应分析

3.3.4走滑断层作用下增设减震层措施结构力学响应分析

3.4本章小结

第四章穿越活动断层隧道抗减震对策研究

4.1新型隧道结构概述

4.2新型隧道结构力学响应分析

4.2.1新型隧道结构计算模型

4.2.2正断层错动时新型隧道结构破坏方式

4.2.3逆断层错动时新型隧道结构破坏方式

4.2.4走滑断层错动时新型隧道结构破坏方式

4.3本章小结

结论与展望

主要结论

研究展望

致 谢

参考文献

攻读硕士期间发表的论文及参加的科研项目