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活动断层错动下跨断层隧道动力响应及破坏机理研究
| 论文题名： | 活动断层错动下跨断层隧道动力响应及破坏机理研究 |
| 关键词： | 隧道工程;动力响应;断层错动;有限差分 |
| 摘要： | 穿越活动断层的隧道结构在强震作用下受力变形情况极为复杂，活动断层一旦发生错动，将会对隧道结构的安全产生显著影响。本文首先基于位移表示定理研究断层错动引起的理论位移场，引入断层错动速度函数表征断层错动速率。建立大型三维隧道动力响应模型，分析断层错动形式、错动速率等问题。采用断层错动、地震动综合加载并考虑断层错动速度函数的方式模拟强震作用下穿越活动断层隧道实际工程情况，分析研究隧道结构受力变形机理，结合实际工程震害对比分析。最后针对跨断层隧道工程问题，进行隧道减震措施研究。本文的主要成果如下: (1)研究了均匀弹性全空间内断层错动引起的理论位移场，基于位移表示定理，得到目前断层模拟中常用的矩形有限断层引起的位移公式，理论公式表明断层错动速率对错动引起的位移场影响不可忽视。 (2)开展跨断层隧道三维动力数值模拟，对比了三种断层错动形式对隧址区围岩和隧道结构的影响，得出正断层错动形式对隧道结构安全最为不利。同时进行了断层错动速率研究，研究表明:断层错动速率越大，引起的隧道衬砌主应力越大，结构安全系数较低，在断层及附近应力集中位置表现明显。对比采用不同错动速度函数的断层错动工况可以得出，断层错动速度变化的平滑性对结构主应力及安全也有一定影响。 (3)分析强震作用下穿越活动断层隧道结构受力和变形特征，发现在断层或附近位置隧道结构变形主要由断层错动位移控制，距离断层较远位置处的隧道结构变形主要由水平地震动引起，结构内力基本与变形情况相符，断层错动速率对隧道结构受力有一定影响，地震动引起结构的变形及内力波动幅值在断层附近位置放大。 (4)对比汶川地震中龙溪隧道实际震害，可以发现:在断裂带两侧一定范围内，震害特别严重，在拱顶、拱肩处出现局部坍塌，仰拱处出现隆起、开裂等严重震害，斜向破裂主要发育在拱脚及附近位置的钢筋混凝土中，以剪切和剪张裂缝为主，震害现象与本文结构变形内力分析结果相符，说明本文研究可以一定程度上反映穿越活动断层隧道震害机理。 (5)本文开展了柔性接头、减震层以及二级减震措施减震效果的数值模拟研究，计算结果中减震层、柔性接头、二级减震措施对结构主应力最大降低比例分别约为30％、50％、55％，二级减震措施减震效果最好。柔性接头措施能有效控制断层错动影响范围，建议在跨活动断层的隧道工程中采用，并配合其他减震措施确保隧道安全。 |
| 作者： | 陈熹 |
| 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： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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