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原文传递穿越断层隧道结构地震动破坏机理与抗减震措施研究

论文题名：	穿越断层隧道结构地震动破坏机理与抗减震措施研究
关键词：	隧道工程;地下结构;地震动破坏机理;抗减震措施
摘要：	隧道与地下结构拓展了人类的活动范围以及对三维空间的合理利用，逐渐成为经济发展、科技进步和现代文明的重要标志。然而，频繁发生的强烈地震与日新月异的隧道与地下结构之间形成了诸多矛盾。合理而巧妙的解决这个矛盾是论文研究的主旨。本文综合运用现场调查、理论分析、数值计算和模型试验等研究方法，全方位分类与总结跨断层隧道与地下结构的震害现象，以震害机理和影响因素为基础，归纳震后修复措施的经验研究抗减震措施。从隧道与地下结构的平面抗减震层和三维减震缝出发，建立基本的抗减震层效果计算模型和减震缝力学计算模型。基于传统抗减震措施研发新型跨断层抗减震措施，通过数值再现验证其合理性和先进性，进而开展跨断层隧道结构震害机理与控制措施的振动台试验，验证和总结以上研究。主要研究工作、结论和成果如下: 　　(1)全面搜集世界范围内的隧道与地下结构震害工程实例。按照震害概况、震害形态、震害分级、震害机理、影响因素和修复措施6个方面分类归纳。深入分析不同国家隧道与地下结构震害的共性与个性以及研究学者的认知倾向与科研方向。根据震害概况和震害形态参考震害分级分析震害机理与影响因素，指导数值计算和模型试验的实施，实现震害现象的数值再现与试验再现，结合修复措施研究隧道结构的抗减震措施。　　(2)隧道结构横向的抗减震措施以抗减震层为基础进行拓展研究。将数值计算模型中影响抗减震层效果的因素分为几何与材料参数两类，并确定各参数的取值范围。以设置和未设抗减震层工况下隧道横断面内的弯矩极值之比的无量纲数评估抗减震层的作用效果，逐对研究各参数同该无量纲数的关系。最终建立抗减震层作用效果的计算模型。据此拓展研发作用效果与经济效益兼顾的新型抗减震措施，并通过数值计算验证。　　(3)隧道结构纵向的抗减震措施以减震缝为基础进行拓展研究。考虑实际情况下减震缝中存在填充物或者采用柔性连接的可能，建立隧道与地下结构减震缝的力学计算模型。根据该模型结合数值计算确定了单条减震缝沿纵向发挥极限作用时对应的断层极限宽度。提出根据断层宽度设置减震缝数量的方法。引入减震层形成复合抗减震措施，提出将抗减震措施与断层错位布置的设计新理念，抗减震效果得到了数值计算的验证。　　(4)基于以上研究开展隧道结构震害机理与控制措施的地震模拟振动台试验。研发出在单一振动台上固定单体模型箱情况下实现地震动力驱动断层错动的滑动装置。以跨断层的隧道模型不设置抗减震措施为参照，研究抗减震措施的效果。在隧道结构横断面方向与沿轴线的纵向，全面评估实施抗减震措施的效果，建立隧道与围岩模型损伤形态与破坏机理等的时程与空间演化规律，实现对理论分析和数值计算结果的充分验证。
作者：	信春雷
专业：	桥梁与隧道工程
导师：	高波
授予学位：	博士
授予学位单位：	西南交通大学
学位年度：	2015
正文语种：	中文