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浅埋砖砌土质隧道的地震响应分析及减震层效果研究
| 论文题名： | 浅埋砖砌土质隧道的地震响应分析及减震层效果研究 |
| 关键词： | 浅埋砖砌土质隧道;减震层效果;砌体结构;动力响应;数值模拟 |
| 摘要： | 近年来，随着我国基础设施建设步伐的加快，地下工程的规模增长迅速，并逐渐成为基础设施中的重要组成部分，其中隧道工程、人防工程的数量已在世界前列，但大量的工程在使用中面临地震破坏等问题，造成了难以估量的人员和经济损失。本文依托烟台市某浅埋砖砌土质隧道工程，研究了该隧道的地震响应规律，并提出了适合该工程的减震层设置方案。具体工作如下: （1）采用有限单元法对该浅埋砖砌土质隧道进行承载力计算，分析了衬砌结构的稳定性及抗震薄弱部位。根据该隧道工程的跨度、埋深及衬砌现状，选取13个典型截面建立二维有限元模型。采用荷载结构法得出各截面衬砌的轴力、剪力和弯矩，并分别与规范计算的无筋砌体构件的受压承载力、抗剪承载力、抗震承载力进行比较。结果表明衬砌各部件均满足承载力要求，但拱顶、侧墙底及砖石交界面较为薄弱，在地震响应分析中应重点分析。 （2）建立三维有限元模型，采用动力时程法分析了浅埋砖砌土质隧道的动力响应规律，得出不同埋深、不同衬砌弹性模量及不同地震波峰值加速度对衬砌地震响应的影响。结果表明：增大埋深能够大幅降低位移峰值，同时应力值和内力值均明显降低。不同埋深下的最大位移值皆出现在拱顶，其次为侧墙底和砖石材料交界面。内力峰值皆出现在侧墙底，其次为拱顶和砖石材料交界面；衬砌弹性模量的改变不会影响衬砌的变形规律。随着弹性模量的增大，位移峰值降低，由应力变化得出衬砌承受的地震荷载增大；随着地震波峰值加速度的增加，衬砌加速度峰值也在增加，加速度最大值出现在拱顶，拱顶和拱底的最大主应力及位移峰值明显大于其余部位。 （3）设置泡沫混凝土材料减震层，研究了不同弹性模量、不同厚度下减震层的减震效果。有限元计算结果表明：减震层能够有效吸收地震波能量，降低衬砌震害破坏。减震层厚度减震效果随弹性模量的降低逐渐提升，较高的厚度能有效控制衬砌变形。在采用弹性模量较低、厚度较高的泡沫混凝土减震层后，衬砌结构最大主应力、位移峰值均降幅明显，进而选取合理的抗震方案：减震层建议厚度为15cm，最大主应力同比减小19.94%，位移峰值减小15.03%；减震层材料的建议弹性模量为500MPa，最大主应力同比减小15.61%，位移峰值减小16.42%。此外，在薄弱部位对减震层局部加厚，能有效降低衬砌地震响应。 |
| 作者： | 吴金昊 |
| 专业： | 土木水利 |
| 导师： | 侯兴民;陈永建 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 烟台大学 |
| 学位年度： | 2023 |
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