巖體隧道橫斷面地震反應(yīng)模擬與影響因素分析.pdf

1、汶川“5.12”地震后，位于某震區(qū)的某巖體隧道遭受了十分嚴重的破壞，如襯砌大面積開裂，邊墻內(nèi)擠，底板隆起，拱頂彎曲變形等。隨著越來越多的山中構(gòu)筑物的建設(shè)和我國目前許多地區(qū)嚴峻的地震風(fēng)險形勢，巖體隧道地震反應(yīng)與破壞的研究對于正確認識和預(yù)防巖體隧道震害有著十分重要的意義。
　　本文利用ABAQUS軟件對巖體隧道二維橫斷面進行地震反應(yīng)模擬與影響因素分析。主要做了如下工作:
　　1)總結(jié)了隧道等地下結(jié)構(gòu)抗震研究歷史及現(xiàn)狀;總結(jié)了隧道

2、等地下結(jié)構(gòu)的抗震研究方法;簡單歸納了巖體隧道的震害機理。描述了某巖體隧道震害現(xiàn)象等。
　　2)介紹了利用有限元軟件對巖體隧道進行地震反應(yīng)分析時需要注意的幾個重要問題;選擇隧道襯砌及襯砌外圍巖薄層作為地震反應(yīng)分析對象。
　　3)利用ABAQUS軟件，模擬巖體隧道的地震反應(yīng)，簡單解釋了巖體隧道的震害現(xiàn)象，對比分析了圍巖應(yīng)力釋放率、圍巖參數(shù)、埋深三個因素對巖體隧道襯砌及襯砌周圍圍巖薄層地震反應(yīng)的影響。
　　通過以上工作，主要

3、得到了以下結(jié)論:
　　1)巖體隧道的震害原因為圍巖擠壓襯砌造成襯砌大變形導(dǎo)致破壞，圍巖到達塑性階段，具有產(chǎn)生大變形的條件，極易產(chǎn)生節(jié)理裂隙擴展導(dǎo)致巖層斷裂滑移造成襯砌破壞。拱腰處襯砌易發(fā)生拉伸破壞，拱肩處襯砌易發(fā)生壓剪破壞。巖體隧道邊墻外巖體最容易發(fā)生剪切破壞，當邊墻外巖體中存在節(jié)理裂隙時，節(jié)理裂隙最容易發(fā)展導(dǎo)致巖體斷裂錯動，對襯砌造成破壞。仰拱兩側(cè)巖體塑性變形不對稱，可能造成巖體隧道底板一側(cè)隆起。
　　2)圍巖應(yīng)力釋放率對

4、巖體隧道襯砌以及襯砌附近圍巖薄層的地震反應(yīng)有明顯影響。圍巖應(yīng)力釋放率到達一定程度時，隧道襯砌邊墻水平方向的變形、拱腰處第一主應(yīng)力、拱肩處第三主應(yīng)力較大，巖體隧道拱頂豎直方向變形較小;圍巖應(yīng)力釋放率中等時，巖體隧道底板豎向錯動變化明顯，邊墻豎直方向變形變化明顯;圍巖應(yīng)力釋放率大或者小時，巖體隧道的地震反應(yīng)區(qū)別不大。圍巖應(yīng)力釋放率中等時，襯砌外圍巖薄層的等效塑性應(yīng)變值變化明顯;圍巖應(yīng)力釋放率大或者小時，襯砌外圍巖薄層的等效塑性應(yīng)變值區(qū)別不大

5、。這應(yīng)與圍巖本身應(yīng)力釋放作用與地震動、圍巖自身強度參數(shù)等共同構(gòu)成了消長作用有關(guān)。在實際工程抗震設(shè)計時，應(yīng)當考慮對應(yīng)力釋放參數(shù)進行謹慎選擇。
　　3)圍巖參數(shù)對巖體隧道襯砌及襯砌附近圍巖薄層的地震反應(yīng)影響復(fù)雜，對隧道水平向振型有明顯影響。對埋深40m的巖體隧道，Ⅲ級圍巖巖體隧道邊墻地震反應(yīng)最大，Ⅳ級圍巖次之，Ⅱ級、Ⅴ級圍巖最小;本地震動輸入條件下，圍巖等級越高，底板的地震反應(yīng)越明顯;對埋深40m的巖體隧道，圍巖等級對襯砌外圍巖薄層的