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原文传递考虑边坡效应的大断面黄土隧道洞口段动力响应特征研究

论文题名：	考虑边坡效应的大断面黄土隧道洞口段动力响应特征研究
关键词：	黄土隧道;洞口段;数值模拟;地震动力响应
摘要：	近年来，地震灾害频繁发生，中国的黄土地区由于特殊的地震地质背景和地理环境，是地震频发和黄土边坡灾害多发的地区之一，而西部大开发战略的实施必将有大量的基础设施建设在黄土高原上，比如正在建设的宝鸡至兰州的客运专线，地处黄土地区，正线全长400km，全线隧道工程长273km，黄土隧道就有78座。已经投入运营的郑西客运专线，其黄土隧道就有27座，总延长达50km。因此，开展黄土地区隧道洞口段的动力响应以及抗震技术方面的研究具有重要意义。　　本文通过数值模拟的方法，主要进行了以下几方面的研究：　　（1）针对地下工程抗震分析中边界条件和地震动输入方式选择问题，对一地下半无限体模型在剪切波垂直入射条件下，进行了不同边界条件和不同地震动输入方法的算例试算，结果发现：两侧采用竖直向位移约束，底部采用粘弹性边界，在模型底部用等效节点力输入地震动的方法，与三边均采用粘弹性边界条件和三边均采用等效节点荷载输入地震动的方法可以获得同样的结果，该方法易于在ANSYS中通过APDL编程实现且满足精度要求，可为地下工程抗震分析中的粘弹性边界的使用提供一种简便的方法。　　（2）对不同坡高和坡度的黄土边坡进行了模态分析，结果表明：边坡的自振频率随频率阶数的增大而增大；在相同坡高不同坡度时，坡度对基频的影响相对较小；同一坡度下，随着坡高的增大各阶自振频率明显下降且变化趋势相一致；同一坡高下，随着坡度的增大各阶自振频率有所增大但增大幅度较小。　　（3）对不同坡高和坡度的黄土边坡进行了地震动力响应分析，结果表明：各个坡高下坡脚位移都随坡度的增大而增大，同一坡度不同坡高时，坡脚位移随坡高的增大而增大，坡高对坡脚位移的影响比坡度对位移的影响大；在各个坡度条件下，随着坡高的增大，坡面位移的放大作用表现的越来越明显；坡面加速度放大系数随坡高的变化波动较大，但总体趋势一致，同一坡高不同坡度时基本均呈“S”型变化。　　（4）对进洞高程不同时的洞口段动力响应研究，结果表明：进洞高程不同时坡面位移放大系数的大小关系为：纯边坡中心面位移放大系数<有隧道结构时中心面位移放大系数<距隧道1.5D时坡面位移放大系数；而加速度放大系数也基本符合这一规律；通过对进洞高程不同时洞口段隧道结构的位移和内力的分析，将0H进洞时的黄土隧道洞口段的设防长度定为60m，1/6H进洞时黄土隧道洞口段的设防长度定为50m，1/3H进洞时黄土隧道洞口段的设防长度定为40m。　　（5）对不同坡度进洞时的洞口段动力响应进行了研究，结果表明：坡面位移、隧道结构各特征点位移、隧道结构内力随隧坡度的增大而增大；由于在不同坡度时，隧道结构埋入坡体内的长度和隧道覆土厚度不同，隧道结构内力和位移开始趋于稳定时距洞口的距离也不同，30°时距洞口的距离最大，40°时次之，45°时最短。
作者：	孙纬宇
专业：	桥梁与隧道工程
导师：	严松宏
授予学位：	硕士
授予学位单位：	兰州交通大学
学位年度：	2016
正文语种：	中文