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浅埋圆形隧道对地震波的散射及其动力响应
| 论文题名： | 浅埋圆形隧道对地震波的散射及其动力响应 |
| 关键词： | 圆形隧道;地震波;散射作用;动力响应 |
| 摘要： | 为缓解城市交通压力，需大量建设高速公路和地铁地下工程。我国大部分地区处于抗震设防区，一些地下结构将不可避免建在地震区域。已有震害调查表明，地下结构在地震作用下将受到严重破坏，其安全性能为国内外学者重视。在地震荷载作用下，地下结构与地上结构的破坏模式和动力机理完全不一样。目前已有的理论计算方法，还不能很好地解释地下结构的抗震机理。因此研究地下结构的抗震计算分析，在理论和工程应用方面都有着重要的意义。 地下隧道的地震动响应的本质，是地下隧道对地震波的散射问题。场地对地震波的反射和散射作用，使得局部地形对地震波的传播有很大的影响。具体表现在局部地形对地面运动具有放大或缩小的功能，从而使地震灾害分布具有区域化特征。地震过程中，波场之间的相互扰动增大了地震波散射问题的研究难度。浅埋隧道对地震波的散射问题中，由于边界条件的正交性很难处理，很难获得此类问题的解析解。 本文采用平面弹性复变理论，利用镜像技术，给出了浅埋圆形无衬砌隧道和衬砌隧道，对平面波的散射及其动力响应的闭合解答。本文的主要创新点是，对半平面处的边界条件和隧道洞周的边界条件正交性的处理。本文引入位移势函数，将波动方程解耦为两个独立的Helmholtz方程，并利用分离变量法求得其通解。引入保角映射函数，分别得到映射像平面中弹性介质和衬砌中的应力和位移的复变函数表达。并结合边界条件，把边值问题化为求解一组无穷线性代数方程组。同时，通过截断无穷级数对解的收敛性展开研究。接着，通过与已有边界元结果的对比来保证结果的正确性。 本文利用浅埋圆形无衬砌隧道对平面P、SV和Rayleigh波散射的解析解的数值计算结果，深入分析了入射角度和入射频率对隧道洞周动应力集中因子和半平面处纵横向位移的影响。同样，利用浅埋圆形衬砌隧道对平面P、SV和Rayleigh波散射的解答，研究了隧道埋深、衬砌与介质剪切模量之比、衬砌厚度、入射角度和入射频率，对分界面处介质侧和衬砌侧及衬砌内侧的环向动应力集中因子、分界面处的径向应力和半平面处纵横向位移的影响。参数分析结果表明，隧道埋深、衬砌与介质剪切模量之比、衬砌厚度、入射角度和入射频率，是影响介质和衬砌动力响应的重要因素。 |
| 作者： | 赵明娟 |
| 专业： | 岩土工程 |
| 导师： | 刘齐建 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 湖南大学 |
| 学位年度： | 2013 |
| 正文语种： | 中文 |
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