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原文传递典型土岩突变地层盾构隧道横向抗震性能研究

论文题名：	典型土岩突变地层盾构隧道横向抗震性能研究
关键词：	土岩突变地层;盾构隧道;地震响应分析;线性动力时程分析
摘要：	城市地下工程建设中，作为城市生命线工程中重要的组成部分，地铁盾构隧道不但要满足承载能力要求还要具有良好的抗震性能，本文以济南市地铁2号线为工程背景，对隧道穿越土岩突变地层时的横向抗震性能进行研究。首先对选取的土岩组合地层和单一土质地层计算剖面进行场地地震响应计算及对比分析，其次分别采用静力法和反应加速度法对位于土岩组合地层中的盾构隧道横向抗震性能进行简化计算，静力法基于荷载-结构模型将地震作用等效为静力荷载，然后将静力荷载施加到荷载-结构模型中进行求解，而反应加速度法基于地层-结构整体有限元模型，通过场地地震响应分析得到沿深度分布的等效水平加速度函数，将其输入到地层-结构整体有限元模型进行求解，计算表明盾构隧道剪力和弯矩最大值均发生在土岩交界面处，土岩突变地层对隧道抗震更不利。再次采用非线性动力时程法对盾构隧道位于土岩突变地层的横向抗震性能进行深入研究，分析了地震动输入、管片参数、地层条件等因素改变对盾构隧道动力响应规律的影响，最后对三种抗震计算方法的适宜性进行对比分析。　　经过以上研究，取得如下研究成果：　　（1）结构受力最不利时刻地层水平位移曲线在单一土质地层沿深度变化较均匀，而在土岩组合地层会在土岩交界面处产生突变；　　（2）隧道位于土岩突变地层时的动力响应与单一地层差异明显，隧道在单一地层中内力和应力结果大致呈对称分布，而在土岩突变地层中隧道位于土层部分的位移、剪力和弯矩结果均大于岩层部分，剪力、弯矩和应力均在土岩交界面处发生突变，且突变值为结构受力最大值，故土岩突变地层对结构抗震更为不利；　　（3）土岩交界面位置和倾角发生变化，隧道所受内力和应力也会发生改变，剪力、弯矩和应力均在土岩交界面处发生突变，且突变值为结构受力最大值。当土岩交界面位于拱腰及拱腰以下45°之间时，隧道所受内力和应力值达到最大。因此，当隧道位于土岩突变地层时，应将土岩交界位置作为隧道抗震设计的薄弱环节，在进行配筋计算时应以土岩交界面作为控制截面，同时设置相应减震措施以提高隧道的抗震性能；　　（4）管片强度和厚度增大隧道变形量不断减小但变形差异较小，而隧道所受剪力和弯矩值却不断增大。因此，通过改变管片参数提高盾构隧道抗震性能性价比较低；　　（5）针对盾构隧道穿越典型土岩突变地层的情况，分别采用静力法、反应加速度法和非线性动力时程法进行计算，对比分析可知，反应加速度法的计算结果过于保守，当地震波峰值加速度?0.10g宜用静力法；当地震波峰值加速度gt;0.10g宜用非线性动力时程法。
作者：	邵大伟
专业：	建筑与土木工程
导师：	陈启辉;刘国辉
授予学位：	硕士
授予学位单位：	山东建筑大学
学位年度：	2021