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强震区临近空洞隧道地震动力响应特性研究
| 论文题名： | 强震区临近空洞隧道地震动力响应特性研究 |
| 关键词： | 隧道工程;空洞区域;地震荷载;动力响应;强震区 |
| 摘要： | 随着我国路网建设的不断发展，越来越多的隧道将建设在高烈度地震区。我国岩溶地质分布非常广泛以及资源的过度开采等原因，使得地层中出现空洞这种不良地质区域。由于线路线行的限制，很多隧道难免会穿越空洞区域，在地震荷载作用下，这些隧道将很容易遭受破坏而阻断交通，因此临近空洞隧道的地震动力响应特性的研究显得非常重要。 本文采用数值模拟手段研究了临近空洞隧道的地震动力响应特性。首先，开展地震动力基础理论的研究，针对无限元边界寻求一种有效的输入方法。其次，采用正交试验的科学手段研究了空洞隧道地震动力响应的敏感性，以及考虑衬砌材料的损伤特性，开展空洞隧道结构非线性损伤演化分析。最后，针对空洞位于隧道右侧的情形对注浆加固这种措施进行了相应研究。通过本文的研究得出以下一些结论: (1)针对ABAQUS软件中的无限元边界，采用波场分离技术后，使用PYTHON脚本在底部和侧部均施加等效节点荷载的方式，可以有效解决外缘波动输入的问题。 (2)隧道埋深H、空洞跨度D、空洞高跨比R对隧道衬砌结构弯矩极值和动应力集中系数的敏感性为:当空洞位于隧道侧部时，空洞高跨比R＞空洞跨度D＞隧道埋深H;当空洞位于隧道上部时，隧道埋深H＞空洞跨度D＞空洞高跨比R;当空洞位于隧道下部时，空洞跨度D＞空洞高跨比R＞隧道埋深H。 (3)在剪切波作用下，隧道发生剪切变形，使衬砌在共轭45°方向处出现反复的刚度退化现象，在宏观上呈现衬砌裂缝的交替张开和闭合。空洞的存在使得衬砌结构发生偏向空洞的凸起，该部分衬砌出现较大的刚度退化现象，损伤较为严重。从受拉损伤指标、受压损伤指标以及刚度退化指标三方面综合比较，可以得出空洞位置对隧道的影响大小依次为:空洞位于隧道右侧、空洞位于隧道下部、空洞位于隧道上部。 (4)针对本文选取的空洞隧道，注浆加固圈的厚度取为2m，注浆材料的弹性模量取为6GPa可以使衬砌结构最大主应力峰值较大的右拱腰和右拱脚的值减小，满足混凝土极限抗拉承载力的要求，起到有效的抗震作用。 |
| 作者： | 张博华 |
| 专业： | 桥梁与隧道工程 |
| 导师： | 高波 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 西南交通大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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