強(qiáng)震作用下山嶺隧道洞口段地震響應(yīng)分析及減震措施研究.pdf

1、隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會(huì)快速發(fā)展的需要,隧道建設(shè)已進(jìn)入地震頻發(fā)的高烈度地震區(qū)。受高山峽谷等復(fù)雜地形的限制,眾多的山嶺隧道在我國高烈度地震山區(qū)大量修建且有廣泛的應(yīng)用前景。而我國的公路、鐵路隧道規(guī)范一直沿用不完全合理的靜力法進(jìn)行抗、減震計(jì)算,遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足對(duì)隧道洞口段、淺埋、偏壓等抗、減震重點(diǎn)地段的設(shè)計(jì)要求。本文以交通部西部交通建設(shè)科技項(xiàng)目(武-罐高速公路抗震優(yōu)化設(shè)計(jì)及災(zāi)害防治技術(shù)研究)為依托,以武-罐高速公路在建麻崖子隧道為工程背景,從地下結(jié)

2、構(gòu)動(dòng)力分析的基本原理出發(fā),運(yùn)用有限元軟件,計(jì)算并分析了淺埋和偏壓隧道的地震動(dòng)力響應(yīng)特點(diǎn),確定了適用于隧道洞口段(淺埋和偏壓)的減震措施。主要進(jìn)行了以下方面的工作:
　　1)基于地層的彈塑性特點(diǎn),從動(dòng)力有限元分析原理出發(fā),用增量形式推導(dǎo)了以地面加速度時(shí)程反算基巖地震動(dòng)加速度時(shí)程的Wilson-θ法計(jì)算公式,由地面記錄的加速度時(shí)程反算基巖地震動(dòng)加速度。從計(jì)算結(jié)果可以看出,地層對(duì)地震動(dòng)有放大作用,所以在對(duì)隧道及地下結(jié)構(gòu)的抗震計(jì)算中,應(yīng)該

3、以基巖地震加速度作為輸入,可以使計(jì)算結(jié)果更加合理。
　　2)考慮圍巖的彈塑性特點(diǎn),用Newmark-β法推導(dǎo)了非線性方程的計(jì)算公式。建立了山嶺隧道洞口段(淺埋及偏壓淺埋)的實(shí)體模型,計(jì)算并分析了該山嶺隧道洞口段在強(qiáng)震(超越概率2％)作用下的地震響應(yīng),確定了對(duì)隧道最不利的地震波傳播方向。同時(shí)分析了淺埋及偏壓淺埋隧道襯砌在強(qiáng)震作用下的位移、內(nèi)力及應(yīng)力響應(yīng)隨埋深的變化規(guī)律,以及偏壓側(cè)襯砌的位移、內(nèi)力及應(yīng)力的分布規(guī)律與非偏壓時(shí)的不同。確定

4、了在該圍巖條件下淺埋及偏壓淺埋隧道抗震設(shè)防的重點(diǎn)部位。
　　3)針對(duì)淺埋及偏壓淺埋隧道洞口段分別對(duì)圍巖進(jìn)行了注漿加固和對(duì)隧道洞口段襯砌采取抗震設(shè)防的數(shù)值模擬計(jì)算,分析了不同的注漿加固范圍和不同的抗震設(shè)防長度對(duì)隧道襯砌抗震減震的效果。分別確定了該圍巖級(jí)別下淺埋及偏壓淺埋隧道的注漿加固范圍和抗震設(shè)防長度。
　　4)通過建立偏壓隧道洞口段橫向平面模型,對(duì)處于偏壓狀態(tài)的隧道襯砌在不同厚度時(shí)進(jìn)行了計(jì)算分析,得出厚度的增加可以有效減小襯

5、砌的軸向應(yīng)力,但是襯砌的彎曲應(yīng)力則隨厚度的增加而增加,組合應(yīng)力則隨襯砌厚度的增加而平緩減小。由此確定了偏壓淺埋隧道洞口段應(yīng)采取擴(kuò)大注漿加固范圍、高于標(biāo)準(zhǔn)要求的抗震設(shè)防長度、同時(shí)增加配筋來提高強(qiáng)度以及采用平滑過渡的斷面形狀以減小應(yīng)力集中的綜合抗震措施來保證偏壓側(cè)襯砌在地震動(dòng)作用下的安全性。
　　5)運(yùn)用振動(dòng)理論,針對(duì)初襯-減震層-二襯體系簡化后的力學(xué)模型,建立了振動(dòng)方程。并結(jié)合麻崖子隧道實(shí)例給出相應(yīng)的參數(shù)并用解析法進(jìn)行了計(jì)算分析,從