穿越斷層隧道結(jié)構(gòu)地震動破壞機理與抗減震措施研究.pdf

1、隧道與地下結(jié)構(gòu)拓展了人類的活動范圍以及對三維空間的合理利用，逐漸成為經(jīng)濟發(fā)展、科技進步和現(xiàn)代文明的重要標志。然而，頻繁發(fā)生的強烈地震與日新月異的隧道與地下結(jié)構(gòu)之間形成了諸多矛盾。合理而巧妙的解決這個矛盾是論文研究的主旨。本文綜合運用現(xiàn)場調(diào)查、理論分析、數(shù)值計算和模型試驗等研究方法，全方位分類與總結(jié)跨斷層隧道與地下結(jié)構(gòu)的震害現(xiàn)象，以震害機理和影響因素為基礎(chǔ)，歸納震后修復(fù)措施的經(jīng)驗研究抗減震措施。從隧道與地下結(jié)構(gòu)的平面抗減震層和三維減震縫出

2、發(fā)，建立基本的抗減震層效果計算模型和減震縫力學(xué)計算模型?；趥鹘y(tǒng)抗減震措施研發(fā)新型跨斷層抗減震措施，通過數(shù)值再現(xiàn)驗證其合理性和先進性，進而開展跨斷層隧道結(jié)構(gòu)震害機理與控制措施的振動臺試驗，驗證和總結(jié)以上研究。主要研究工作、結(jié)論和成果如下:
　　(1)全面搜集世界范圍內(nèi)的隧道與地下結(jié)構(gòu)震害工程實例。按照震害概況、震害形態(tài)、震害分級、震害機理、影響因素和修復(fù)措施6個方面分類歸納。深入分析不同國家隧道與地下結(jié)構(gòu)震害的共性與個性以及研究學(xué)

3、者的認知傾向與科研方向。根據(jù)震害概況和震害形態(tài)參考震害分級分析震害機理與影響因素，指導(dǎo)數(shù)值計算和模型試驗的實施，實現(xiàn)震害現(xiàn)象的數(shù)值再現(xiàn)與試驗再現(xiàn)，結(jié)合修復(fù)措施研究隧道結(jié)構(gòu)的抗減震措施。
　　(2)隧道結(jié)構(gòu)橫向的抗減震措施以抗減震層為基礎(chǔ)進行拓展研究。將數(shù)值計算模型中影響抗減震層效果的因素分為幾何與材料參數(shù)兩類，并確定各參數(shù)的取值范圍。以設(shè)置和未設(shè)抗減震層工況下隧道橫斷面內(nèi)的彎矩極值之比的無量綱數(shù)評估抗減震層的作用效果，逐對研究各參

4、數(shù)同該無量綱數(shù)的關(guān)系。最終建立抗減震層作用效果的計算模型。據(jù)此拓展研發(fā)作用效果與經(jīng)濟效益兼顧的新型抗減震措施，并通過數(shù)值計算驗證。
　　(3)隧道結(jié)構(gòu)縱向的抗減震措施以減震縫為基礎(chǔ)進行拓展研究?？紤]實際情況下減震縫中存在填充物或者采用柔性連接的可能，建立隧道與地下結(jié)構(gòu)減震縫的力學(xué)計算模型。根據(jù)該模型結(jié)合數(shù)值計算確定了單條減震縫沿縱向發(fā)揮極限作用時對應(yīng)的斷層極限寬度。提出根據(jù)斷層寬度設(shè)置減震縫數(shù)量的方法。引入減震層形成復(fù)合抗減震措施

5、，提出將抗減震措施與斷層錯位布置的設(shè)計新理念，抗減震效果得到了數(shù)值計算的驗證。
　　(4)基于以上研究開展隧道結(jié)構(gòu)震害機理與控制措施的地震模擬振動臺試驗。研發(fā)出在單一振動臺上固定單體模型箱情況下實現(xiàn)地震動力驅(qū)動斷層錯動的滑動裝置。以跨斷層的隧道模型不設(shè)置抗減震措施為參照，研究抗減震措施的效果。在隧道結(jié)構(gòu)橫斷面方向與沿軸線的縱向，全面評估實施抗減震措施的效果，建立隧道與圍巖模型損傷形態(tài)與破壞機理等的時程與空間演化規(guī)律，實現(xiàn)對理論分析