深部富水岩石拱形隧道地震响应解析解

摘要

基于目前岩石地层隧道常采用拱形断面形式,但现有隧道地震响应解析方法仅适用于圆形或矩形断面等,以均质地层中的深部富水岩石拱形隧道为对象,分别考虑地层不排水、全排水以及地层与结构间不滑移和全滑移等典型条件,推导地震剪切波作用下衬砌与地层的控制方程,运用保角映射方法推导出深部富水岩石拱形隧道地震响应的解析解.将解析解与有限元模拟结果对比分析,验证本文解析解的正确性与适用性.最后应用该解析方法进行多工况参数敏感性分析,揭示地层-结构相对刚度比、地层排水条件、衬砌厚度等因素对深部富水岩石拱形隧道地震响应的影响规律.研究结果表明:随着地层-结构相对刚度比增大,隧道的内力响应降低,位移响应增大,但当地层刚度较大时,相对刚度比对隧道的地震响应影响较小;全排水条件下隧道的内力与位移响应均比地层不排水条件下的响应小;提高衬砌厚度会显著改变隧道的弯矩与轴力响应,但对隧道的最大应力与位移响应影响较小.