山區(qū)巖體中特種結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)與抗震措施研究.pdf

1、用于軍事上的特種地下工程，基于防護和使用功能的要求，其工程內(nèi)部的建筑布置及口部形式與一般的隧道工程有很大的差別，特別是工程的口部結(jié)構(gòu)因需要考慮武器的打擊要求，不僅口部與主體結(jié)構(gòu)不是同軸的直通形式，而且結(jié)構(gòu)的布置形式比隧道口部要復(fù)雜得多。另一方面，特種工程的主體部分一般處于山體的深部巖層中，需要穿越具有不同巖性和不同構(gòu)造特征的巖體，與處于土層中的一般淺埋地鐵或公路交通隧道有明顯的差別。目前對山區(qū)巖體中的特種結(jié)構(gòu)還沒有進行過系統(tǒng)的抗震研究，

2、不能滿足實際應(yīng)用的緊迫需要。
　　本文針對5.12汶川地震后對受震害的特種工程抗震加固和今后新建工程的抗震設(shè)計需要，調(diào)查研究了特種工程的地震震害情況，采用三維動力有限元方法，研究了具有穿廊口部形式的特種工程的抗震特性，分析了工程主體洞室穿越斷層巖體的地震響應(yīng)，探討了主體洞室穿越斷層的多種抗震措施的作用機理及效果。主要研究工作和成果如下：
　　（一）通過分析整理國內(nèi)外地下結(jié)構(gòu)的地震震害資料，研究了地下結(jié)構(gòu)的震害形式和特點，分析

3、了影響震害的主要因素和規(guī)律?？偨Y(jié)了目前常用的地下結(jié)構(gòu)抗震措施和抗震分析方法。
　?。ǘ┰陉U述地下結(jié)構(gòu)動力有限元分析方法的基礎(chǔ)上，討論了在 ABAQUS中施加粘彈性人工邊界及施加初始地應(yīng)力的模擬技術(shù)問題。通過算例分析，驗證了在有限元分析中設(shè)置粘彈性人工邊界、施加初始地應(yīng)力及采用混凝土損傷塑性模型選取參數(shù)的正確性和效果。
　?。ㄈ┙⒛軌蚩紤]無限地基的輻射阻尼效應(yīng)和彈性恢復(fù)能力以及自重應(yīng)力場的復(fù)雜地下工程有限元分析模型，在模

4、型底部輸入考慮行波效應(yīng)的經(jīng)典 Kobe波，研究了穿廊式口部坑道結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)與破壞機理，分析了穿廊通道結(jié)構(gòu)與主體坑道連接處在地震作用下的受力變形特點，結(jié)果表明口部結(jié)構(gòu)的連接部位包括入口通道及其附近的主體洞室和穿廊通道是抗震薄弱位置。為給評估坑道工程震害提供研究依據(jù)，計算分析了地震波振動方向和地震烈度對穿廊式口部地震響應(yīng)的影響規(guī)律。地震波振動方向?qū)Y(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)有明顯的影響，X向振動對口部結(jié)構(gòu)的抗震最不利，其次是XYZ向，最后是Z向。入口

5、通道兩端之間的變形以剪切變形為主，其變形程度隨著地震烈度的增大而加重，在9度地震作用下整個口部結(jié)構(gòu)已基本都進入了塑性狀態(tài)。
　?。ㄋ模┽槍χ眽绊敊M斷面形式坑道通過斷層時的地震響應(yīng)機制分析問題，建立跨斷層洞室有限元分析模型，分析了洞室的位移、應(yīng)力、塑性應(yīng)變隨時間和空間的變化與分布規(guī)律，探討了地震烈度和斷層材料性質(zhì)對跨斷層洞室地震響應(yīng)的影響規(guī)律。結(jié)果表明，與無斷層時的相比，地震作用下有斷層時洞室的位移和變
　　形主要集中在斷層

6、區(qū)域內(nèi)，洞室底板和邊墻最容易產(chǎn)生破壞。洞室的變形隨地震烈度的增加而增大，特別是在斷層區(qū)域內(nèi)。斷層材料性質(zhì)的提高可以有效減小斷層區(qū)域內(nèi)洞室兩側(cè)向內(nèi)的收縮和墻腳的Mises應(yīng)力峰值。
　?。ㄎ澹┭芯苛藢缍葦鄬佣词曳謩e采用加強段、柔性加強段和抗震縫三種不同抗震措施后的效果。分析表明，在斷層附近設(shè)置加強段能有效地控制斷層內(nèi)洞室的變形和凈空間的減小，但相應(yīng)的應(yīng)力峰值和拱頂?shù)募铀俣确逯禃幸欢ǖ脑龃?。與由普通混凝土材料構(gòu)成的加強段相比，采用