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原文传递汕头湾隧道越岭段地震响应及抗减震措施研究

论文题名：	汕头湾隧道越岭段地震响应及抗减震措施研究
关键词：	山岭隧道;断层破碎带;地震响应;抗减震措施
摘要：	当隧道穿越活动断层并处于高烈度地区时，在地震荷载作用下，衬砌结构发生破坏的可能性更大并且破坏程度可能更加严重，因此在隧道建设中需考虑抗震设计。本文以跨活动断层隧道为工程案例，研究隧道结构的地震动力响应特征和不同抗减震措施的抗减震效果，有助于为同类工程的抗震设计提供参考，从而提高抗震能力。本文以汕头湾隧道穿越莲塘-地都活动断层为工程背景，采用ABAQUS有限元软件，开展穿越断层带隧道的地震动力响应和抗减震措施研究，分析动力响应规律及抗减震效果。研究成果如下：　　（1）对历史上发生的地下结构震害资料进行总结和分析，了解影响隧道震害的影响因素、隧道结构发生破坏的机理及抗震问题的研究现状。　　（2）对隧道结构的动力分析基础进行学习，加深对软件的计算原理及本构模型和边界条件设定等内容的掌握。根据隧道所处区域的地震资料，选取El-centro地震波并进行相应处理，最终生成符合场址要求的地震波。　　（3）通过ABAQUS软件建立数值模型，研究地震加速度分别沿模型的X、Y、Z坐标轴输入，通过分析衬砌结构的加速度、位移和应力值的变化特点，得出穿越断层带隧道在地震波不同输入方向下衬砌的动力响应特征，得出抗震薄弱部位和抗震设防范围。在断层影响区域，衬砌的位移、加速度和主应力值最集中并且最大，而且衬砌的加速度值放大效应明显。加速度响应的三个分量中在输入加速度方向上的分量其值最大。经过对衬砌结构的响应分析，可得在纵向45～75m（破碎带+两侧各10米）范围，曲线变化剧烈，可作为抗震设计的重点区域，并且得出地震波沿X轴（横向）输入引起的动力响应最明显，沿Z轴输入次之。　　（4）以抗震缝的不同间距、衬砌刚度的改变和不同厚度的减震层作为穿越断层带隧道的抗减震措施，开展抗减震效果研究。抗震缝设置后，动力响应在断层区域明显，随着间距的减小，衬砌的加速度和应力响应减小而位移响应增大；结合其它因素分析认为12m间距抗震缝减震效果最优。衬砌结构的加速度和应力响应表现为刚性衬砌＞柔性衬砌，但位移响应相反；保证结构强度的前提下不影响建筑界限、围岩稳定并不产生大面积松动围岩压力等诸多条件下，在地震作用下对衬砌柔性的适当增加可有效耗散地震能量、对动力响应明显减弱。在减震层不同厚度下，在断层附近结构的各项响应最明显，并且在断层区域最集中；随着减震层厚度的增加，位移值和应力值逐渐减小，但加速度值增大并且放大效应更明显；其中最大、最小主应力值在厚度由0cm增长到15cm时显著降低，但厚度为15cm和30cm时应力值非常近似。因此需研究最优减震层厚度，通过计算分析认为当厚度为5cm~15cm时减震效果较优。
作者：	李培
专业：	建筑与土木工程
导师：	严松宏;李明
授予学位：	硕士
授予学位单位：	兰州交通大学
学位年度：	2022