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济南地区土岩组合地层盾构隧道抗震性能试验研究
| 论文题名： | 济南地区土岩组合地层盾构隧道抗震性能试验研究 |
| 关键词： | 土岩组合地层;盾构隧道;横向地震;振动台试验;数值分析 |
| 摘要： | 随着城市地下工程建设的推进，盾构法作为隧道工程主要的施工方法之一，已广泛应用于城市地下轨道交通领域。盾构隧道在穿越复杂地层，尤其当穿越刚度、剪切特性等急剧变化的土岩组合地层时，将会面临更大的地震危害，因此，探讨盾构隧道穿越土岩组合地层地震响应机理及其抗震性能具有较强的科学意义和工程应用价值。 本文以济南轨道交通四号线盾构隧道工程为课题背景，为研究盾构隧道在穿越土岩突变地层条件下的地震响应规律，主要开展以下研究：（1）振动台模型试验设计，主要有物理参数相似比推导、土岩地层配制、隧道模型制作、传感器布置、地震波选取及加载；（2）开展全粉质黏土单一地层和土岩组合突变地层两类自由场模型振动台试验，对比分析两类自由场地震响应规律；（3）建立4组土-岩-隧道结构相互作用的地震动试验模型，并通过改变隧道横截面不同土岩分界面位置、不同地震荷载等级、不同地震波类型等因素进行振动台试验，并基于试验数据分析土岩组合场地盾构隧道的地震响应规律；（4）利用MIDAS/GTS有限元软件，对土岩组合地层盾构隧道振动台试验进行数值计算与验证分析。研究表明： （1）土岩场地自振频率较高，隧道结构对能量集中在中、高频的地震波响应更大，硬岩侧受高频段影响显著且加速度随埋深变化较小，分界面土层侧加速度增量为硬岩侧2倍；粉质黏土先于岩层进入损伤状态，场地受双主频控制呈现双模态。 （2）隧道结构受地震类型的影响并不显著，响应特征主要取决于地层动力特性。土岩分界面处于隧道拱腰及以下时，结构的力特性受围岩、黏性土双重控制，差异性显著；加速度响应峰值沿隧道高度改变较小；土岩分界面由隧道拱脚升至拱肩，分界面上下两侧结构的加速度差值先增加后减小。 （3）土岩组合场中结构的弯矩分布均呈“四峰现象”，即土岩分界面处和拱顶±60°范围之间，随着加速度峰值增大弯矩峰值逐渐向拱顶偏移；土岩界面位于隧道拱脚和拱腰时，结构的变形趋向于黏性土层的变形特性，而位于拱肩时，结构内力突变区域位于围岩侧；相同峰值加速度下，土岩界面位于拱肩时结构产生的内力最小。 （4）土岩界面处结构的弯矩、剪力突变程度显著大于轴力突变，易发生弯剪破坏；分界面处结构内力突变影响范围随着加速度峰值增大而逐渐增大，分界面±10°之间均为突变影响区域。 |
| 作者： | 卢立鑫 |
| 专业： | 建筑与土木工程 |
| 导师： | 邵广彪;于潇 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 山东建筑大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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