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原文传递考虑边坡进洞高程的大断面黄土隧道洞口段动力响应特征研究

论文题名：	考虑边坡进洞高程的大断面黄土隧道洞口段动力响应特征研究
关键词：	进洞高程;隧道洞口段;边仰坡;动力响应;数值模拟;振动台模型试验
摘要：	新世纪以来，我国地震灾害时有发生，鉴于西北地区黄土特殊的物理力学性质以及当地复杂的地质条件和地理环境，是地震灾害频发和黄土滑坡灾害多发的地区，然而随着西部大开发战略如火如荼的进行，必将有大量的交通基础设施建设在黄土地区，譬如新建铁路宝鸡至兰州客运专线，地处陕西和甘肃两省的黄土分布区，宝兰客运专线正线全长401.71km，其中全线黄土隧道就有78座，总里程达到了273km，占线路全长的近70％，由于隧道几乎都分布在山谷中，因此就出现了众多高桥连高隧的现象，许多桥墩高达数十米甚至上百米，因此就出现了隧道在不同高程进洞的情况，而不同进洞高程这一参数与隧道建成后的正常使用、抗震性能以及强震后的快速抢修也都有着紧密联系。隧道在不同高程下进入黄土边坡其地震动力响应必然有一定的区别，因此考虑边坡进洞高程的大断面黄土隧道洞口段动力响应方面的研究具有重要的现实意义。　　本文采用数值模拟和振动台模型试验两种方法进行相关研究。数值模拟方面主要考虑在不同进洞高程、不同仰坡坡度等工况下的洞口段动力响应规律;振动台模型试验方面，主要考虑在60°坡度下选择不同进洞高程来研究黄土边坡失稳破坏规律和隧道洞口段受力特征。主要进行了以下几方面的研究: 　　(1)查阅国内外有关地震作用下隧道洞口破坏的文献，经过分类统计汇总，初步总结了洞口段衬砌结构和仰坡的震害类型和震害机理，为后续数值计算和振动台模型试验的结果分析提供了参考依据。　　(2)考虑不同仰坡坡度对洞口段动力响应特征的影响。设置了4种不同仰坡坡度，分析了在不同坡度下边仰坡由坡脚到坡顶的加速度、位移、放大系数等的变化规律，并着重讨论了在每种仰坡坡度下隧道洞口衬砌结构的受力特征和变形规律，包括沿隧道轴向的加速度、位移、衬砌应力的变化趋势。结果表明，仰坡坡度越大，坡面位移和洞口段监测点位移相对就越大，75°时的坡面位移和洞口段监测点位移最大;坡面加速度和洞口段监测点加速度整体随着仰坡坡度的增大而减小。　　(3)考虑大断面黄土隧道不同进洞高程时的洞口段动力响应特征，这也是本文研究讨论的重点。设置了三种不同的进洞高程，即在坡脚(0H)，坡腰(0.3H)，接近坡顶(0.6H)三处进入黄土边坡。讨论了不同工况下仰坡坡面和洞口段衬砌结构的加速度、位移、放大系数、衬砌应力等的变化规律。结果表明，同一仰坡坡度下，不同进洞高程对坡面位移和加速度的影响较小，但对洞口段衬砌位移和加速度的影响较大;随进洞高程的增大，洞口段衬砌最大应力峰值逐渐减小，坡脚进洞时应力峰值最大。　　(4)为进行振动台模型试验做准备，首先根据《铁路工程土工试验规程》的相关要求测定了试验模型填土的相关物理力学参数，例如天然含水率，密度，最优含水率，最大干密度、液塑限等。参考借鉴相关文献中的振动台试验，设计本次研究的试验模型，制定试验方案等。　　(5)进行振动台模型试验。根据设计好的试验方案，利用中国地震局兰州地震研究所的4m*6m电伺服振动台进行模型试验。设置仰坡坡度为60°时，坡脚和0.5H高程进洞时的黄土隧道洞口段的边仰坡及衬砌结构受力特点及破坏特征;研究地震动力作用下黄土边坡和隧道结构的受力问题，研究隧道在不同高程下边坡及隧道的动力响应。
作者：	张钦鹏
专业：	道路与铁道工程
导师：	梁庆国
授予学位：	硕士
授予学位单位：	兰州交通大学
学位年度：	2017
正文语种：	中文