強震作用下大型地下廠房洞室群災變仿真研究.pdf

1、隨著大批大型地下廠房洞室群的興建及地下工程震害實例的不斷出現(xiàn),地震作用下地下洞室群的工程安全問題越來越受到重視,特別是近年來我國地下廠房洞室群工程數(shù)量眾多、體型復雜,建設規(guī)模史無前例,面臨的地震安全挑戰(zhàn)十分嚴峻。地震作用是影響大型地下廠房洞室群長期安全運行的重要因素,一旦發(fā)生地震,地下洞室結構將有可能發(fā)生破壞,乃至誘發(fā)災變。因此研究強震作用下大型地下廠房洞室群的災變破壞,對地下洞室的長期安全運行及防止重大工程事故發(fā)生有重大意義。本文針對

2、強震作用下大型地下廠房洞室群災變分析中存在的關鍵科學問題,融合三維地質(zhì)建模技術、數(shù)值分析方法等多個交叉學科的先進理論與技術,開展了強震作用下大型地下廠房洞室群災變仿真的研究工作。本文主要工作與研究成果如下:
　　1.提出基于三維地質(zhì)模型的強震作用下地下廠房洞室群災變仿真建模理論與分析方法。綜合考慮空間曲面斷層、起伏地層、節(jié)理裂隙以及這些曲面網(wǎng)絡切割形成的局部塊體等復雜地質(zhì)因素,建立了大型地下廠房洞室群三維地質(zhì)精細模型,引入隨機概率

3、模型,分析了不同斷層節(jié)理組合形成的曲面塊體生成概率,有針對性的對其進行建模分析。在此基礎上,建立了耦合地質(zhì)模型、地下廠房結構、地震動輸入的災變仿真有限元模型。地震災變仿真模型的建立為揭示地下洞室地震災變的內(nèi)在規(guī)律提供了理論基礎。
　　2.研究了地震波動輸入的處理及合理的輸入方式。根據(jù)廖振鵬所提出的成層巖土體在頻域內(nèi)的暫態(tài)地震反應分析理論,利用matlab編程實現(xiàn)地表地震波記錄向基巖深處的反演,通過均方加速度法對地震動加速度時程曲線

4、進行基線校正;通過巴特沃斯濾波法濾去地震波記錄中的高頻分量,從而提高了地震波數(shù)值模擬的有效性和合理性。利用無限元作為地震災變分析靜動力邊界條件,建立了有限元-無限元耦合計算模型,同時還探討了地震災變分析中涉及到的動阻尼的選擇及網(wǎng)格尺寸的確定。
　　3.研究提出了局部與整體相結合的地下廠房洞室群地震災變的動態(tài)仿真計算分析理論與方法。基于所建立的地震災變有限元模型,將洞室整體分析與局部曲面塊體分析相結合,形成從局部到整體的地震響應與災

5、變的數(shù)值模擬方法。考慮圍巖與塊體間的節(jié)理裂隙由粘結到破裂滑動的過程,開發(fā)了能夠反映塊體節(jié)理面粘結作用的非線性動接觸本構模型,仿真模擬了局部曲面塊體在強震作用下的破壞過程。
　　4.結合實際水利水電工程地下廠房洞室群穩(wěn)定性研究,提出了大型地下廠房洞室群地震災變分析與評價方法。運用改進的Newmark法—Hilber-Hughes-Tayor法對地下洞室整體及所識別出的局部曲面塊體地震響應進行了分析研究,通過分析地震作用下洞室整體及各