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原文传递地震作用下黄土隧道进洞高程对洞口段动力响应的影响研究

论文题名：	地震作用下黄土隧道进洞高程对洞口段动力响应的影响研究
关键词：	地震作用;黄土隧道;进洞高程;动力响应;坡-隧系统
摘要：	随着我国“一带一路”战略对中西部铁路建设投资力度的进一步加大，黄土地震区隧道安全问题日渐突出。如目前已建成的宝兰客运专线、兰渝铁路，正在修建的成兰铁路、银西铁路等都穿越黄土地震带。目前学术界对岩质山岭隧道的研究成果较多，众多专家学者对隧道洞口段的抗震问题给予了足够的关注，但对黄土隧道的研究仍然由于缺乏实际震害资料，相对比较滞后。长期以来，进洞高程作为影响黄土隧道洞口段坡-隧系统动力响应的重要参数，很少得到关注。因此，论文将进洞高程作为一个关键参数，针对在边坡不同高程位置处进洞的隧道洞口段坡-隧系统所表现出的震害特点，借助振动台模型试验与数值模拟分析，定性的研究了坡-隧系统动力响应的特点，主要研究内容及结论如下: 　　(1)通过调研国内外对隧道洞口段震害机理、抗震设计方法以及抗减震措施的研究成果，总结了洞口边坡高程放大效应和衬砌地震波放大效应的特点，提出了论文的研究思路及内容。　　(2)根据选题背景、研究内容及目的、试验条件等设计了相似比为1∶70的隧道洞口段坡-隧系统大型振动台模型试验，坡脚进洞和1/2倍坡高进洞模型试验震害观测结果表明:坡-隧系统坡高、坡角、入射地震波、岩土体材料、填筑方式、衬砌结构相同，进洞高程不同，洞口段破坏形态不同，破坏程度各异。黄土隧道洞口段在X向地震波作用下，洞口边仰坡较隧道结构更易发生震害，主要震害形式以边仰坡的开裂、滑塌、失稳及震陷破坏为主，地震波振动效应引起的地震惯性力是影响震害形式的主导因素。　　(3)两组模型试验中有隧道下穿边坡与无隧道下穿边坡震害特点观测结果表明，有隧道下穿边坡的震害要比无隧道下穿的边坡破坏严重，隧道进洞高程越大，有隧道下穿的边坡破坏越早，而且洞门附近破坏越严重。隧道洞口段衬砌结构对地震波具有明显的放大作用，进洞高程越高，这种放大作用越显著，地震波传播效应形成的坡面叠加波场决定着坡-隧系统的破坏模式。　　(4)在两组振动台试验模型代表性特征部位埋设监测元件，通过对监测数据的对比分析发现，沿与隧道轴线平行的水平向入射激振，激振幅值增大，衬砌结构和边坡加速度响应显著增大，表现出衬砌结构加速度对围岩振动加速度响应的追随性;进洞高程对衬砌结构加速度响应的影响与激振幅值的大小密切相关，坡脚进洞的隧道模型加速度响应远远小于1/2倍坡高处进洞衬砌结构的加速度响应，进洞高程对高烈度地震作用下隧道洞口段衬砌的加速度响应有显著的放大作用，监测数据结果和模型发生震害的位置得到相互验证。　　(5)基于Midas-GTS三维有限元数值模型，对比分析了坡脚进洞和1/2倍坡高处进洞两种工况下黄土隧道衬砌结构的动力响应，并与模型试验结果进行了对比分析，给出了黄土隧道洞口段抗震设防长度，在距离洞口8倍洞径范围需要考虑进洞高程对地震波放大效应的影响，超过8倍洞径后，进洞高程对衬砌的加速度响应无明显影响。可为实际工程中洞口段抗震设计提供参考。
作者：	蒲建军
专业：	道路与铁路工程
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