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原文传递地震作用下小净距隧道动力响应与合理净距分析

论文题名：	地震作用下小净距隧道动力响应与合理净距分析
关键词：	小净距隧道;动力响应;合理净距;地震作用
摘要：	随着我国经济建设的飞速发展,隧道工程数量不断增加.在很多地区受地形地质或特殊的桥隧相连等条件的限制,普通隧道的双洞间距已经不能满足需求.因而,小净距隧道这种新的隧道形式便应运而生.同时,我国又是一个地震频发的国家,相当多的隧道处于强震地区,容易遭受地震影响.目前关于小净距隧道研究主要集中在普通地下结构抗震和小净距隧道施工力学方面,而对地震作用下小净距隧道的动力响应及合理净距的研究较少.因此,本文通过有限元软件ANSYS对小净距隧道进行了80个工况的静力计算和80个工况的动力计算,并对小净距隧道在地震作用下的动力响应和合理净距问题进行了分析和探讨,主要研究内容和结论如下: 　　(1)简要阐述了地下结构震害情况及震害特点,介绍了小净距隧道抗震的研究现状,归纳总结了地下结构常用抗震分析方法和研究进展等. 　　(2)针对粘弹性边界条件、地震波输入机制和初始应力场施加等数值模拟关键问题,编写了相关计算程序,并进行了验证,使之在软件中得以实现. 　　(3)建立了8种净距工况的小净距隧道模型.以Ⅳ级围岩条件下1.17B(B为隧道单洞洞径)净距为例,分别对支护前后的小净距隧道展开静力分析.结果表明在静力条件下,小净距隧道拱腰两侧等效应力值较大,塑性变形主要发生在拱脚两侧.支护前后对比发现,支护结构对围岩的应力应变有良好的改善作用. 　　(4)计算了Ⅱ级、Ⅲ级和Ⅳ级围岩,分别在0.36B、0.63B、0.90B、1.17B、1.44B、1.71B、1.98B、2.25B净距条件下隧道模型的模态响应,确定了动力分析阻尼.研究了Ⅱ级、Ⅲ级和Ⅳ级围岩在1.17B条件下的位移、加速度、应力及应变等响应.结果表明,随着围岩级别的降低,隧道位移、塑性应变增大;加速度、等效应力降低.且围岩质量越差,位移、塑性应变增加越大;等效应力降低越多;加速度响应略微降低. 　　比较了Ⅲ级围岩在峰值加速度分别为0.1g、0.2g和0.4g的地震动作用下的位移、加速度、应力及应变等响应.研究发现随着输入地震动强度增大,各点的位移、塑性应变、等效应力增加明显.加速度放大倍数随地震动强度的增大呈现缓慢降低的趋势. 　　(5)基于不同围岩、是否支护和不同地震动峰值加速度条件下的动力时程计算,根据位移和等效应力变化规律,分析得出Ⅱ级围岩小净距隧道在未支护条件下的最小合理净距为0.63B;Ⅲ级围岩在支护、未支护条件下的最小合理净距分别为0.90B、1.17B;Ⅳ级围岩在支护和未支护条件下的最小合理净距分别为1.44B、1.71B.支护后的Ⅲ级围岩小净距隧道在峰值加速度为0.1g、0.2g和0.4g的地震动作用下的最小合理净距分别为0.90B、1.17B和1.71B;Ⅳ级围岩分别为1.44B、1.71B和1.98B.从最小合理净距变化规律来看,支护后,小净距隧道最小合理净距降低;围岩质量越差,最小合理净距越大;地震动强度越大,最小合理净距越大. 　　综上所述,在位移、应力应变等方面,地震作用下小净距隧道动力响应比静力条件下大得多;建议在小净距隧道设计、施工过程中,为保证小净距隧道的稳定性,应采取合适的支护措施,尤其是对于内拱腰、拱脚及中夹岩等受力及变形较大的部位;小净距隧道的最小合理净距受围岩条件、支护情况及地震动强度影响较大.地震作用下小净距隧道的动力响应仍然有着巨大的研究价值和研究空间.
作者：	朱东山
专业：	地质工程
导师：	孙有为;孙超
授予学位：	硕士
授予学位单位：	防灾科技学院
学位年度：	2018
正文语种：	中文