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原文传递隧道工程纵向减震缝动力响应及减震机理研究

论文题名：	隧道工程纵向减震缝动力响应及减震机理研究
关键词：	隧道工程;衬砌结构;纵向减震缝;地震荷载;动力响应;减震效果
摘要：	中国西部地处青藏高原，地质构造复杂，地壳运动强烈，地震活动频繁。在该地区建设有诸多隧道工程，它们无疑都将面临高风险强震灾害的威胁。为保障隧道在全寿命周期内的运行安全，深入开展隧道工程的减震方法和减震机理研究，具有理论和工程意义。本文依托西藏嘎隆拉隧道工程，以纵向减震缝为研究对象，借助理论分析、室内模型试验和有限元数值仿真等技术手段，深入研究了减震缝的动力响应特征以及减震机理，主要研究工作和成果如下: 　　(1)考虑隧道衬砌结构中地震波的纵向传播路径，以弹性波动力学理论为基础，建立了地震波穿越减震缝的纵向传播理论模型，然后基于该模型，提出了减震缝的减震效果判别式，通过在不同工况下代入衬砌和减震缝材料的具体力学参数，对比地震波穿越减震缝前后振幅大小的变化，评价了减震缝的减震效果。最后，结合经典模型试验工况，验证了纵向传播理论模型和减震效果判别式的准确性和适用性。　　(2)针对沥青混合料和橡胶两种隧道减震缝材料开展动态力学试验，探究了材料在地震频率荷载下的动力响应特征。结果表明:沥青混合料的动态模量随着加载频率的增加而增加，但随着加载频率的不断增加，混合料动态模量的增加速率明显下降，并逐渐趋于平缓;而在地震荷载的频率范围内，橡胶材料的弹性模量基本保持不变。　　(3)借助双轴动态加载试验机和光学应变测量设备，在地震荷载频率下开展混凝土—减震缝模型的动态循环加卸载和应变监测试验，综合考虑减震缝的弹性模量、厚度以及循环加载方式，设置18组不同的试验工况，探究了减震缝的减震机理。结果表明:减震缝的弹性模量和厚度对其减震效果影响显著，弹性模量越低、厚度越大的减震缝对应力或应变的削减作用越明显，地震荷载下，越能对缝后衬砌结构起到保护作用。　　(4)依托嘎隆拉隧道工程，基于有限元数值仿真，建立了隧道洞口的三维模型，综合考虑减震缝的弹性模量、厚度、间距、数量以及位置，设置32组不同的计算工况，通过对比各工况下隧道洞口监测断面的动力响应特征，探究了减震缝的减震机理。结果表明:减震缝的弹性模量、厚度、间距、数量以及位置（距离洞口的长度）等因素均可对隧道整体的减震效果产生影响。其中，弹性模量越小、厚度越大、间距越小、数量越多、布缝区间距离洞口越近，减震效果越好。针对所建隧道洞口模型，评价了减震缝厚度、间距、数量、位置这4个因素对隧道整体减震效果的影响权重比例，确定为36∶14∶48∶25。　　(5)依托嘎隆拉隧道工程，结合所建洞口模型和工况设置，讨论了减震缝的工程适用性，得出结论:沥青混合料减震缝满足隧道7度抗震设防要求，而橡胶减震缝性能更优，满足隧道8度抗震设防要求。另外，减震缝的最佳布置方案为采用丁苯橡胶材料，厚度取20cm，间距取10m，数量取3层，布缝区间距洞口取5m。
作者：	马少森
专业：	建筑与土木工程
导师：	陈卫忠
授予学位：	硕士
授予学位单位：	山东大学
学位年度：	2018
正文语种：	中文