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原文传递跨地裂缝带地铁盾构隧道地震响应研究

论文题名：	跨地裂缝带地铁盾构隧道地震响应研究
关键词：	地铁工程;地裂缝带;盾构隧道;地震响应;SH波;结构变形
摘要：	随着我国城镇化进程的加剧，交通拥堵的“城市病”愈发突显，为满足当今的城市居民日益频繁的交通出行需求，有效缓解城市化进程中交通运输的压力，提高城市综合实力，以地铁为主的城市轨道交通建设便是破解“交通拥堵”城市病的有效途径。盾构法凭借其安全系数高、高效低成本、围岩扰动小等优点广泛应用于地铁隧道工程建设中。西安市地处黄土高原，位于渭河盆地，地质构造复杂，属于高地震烈度区，这给西安地铁建设带来了潜在的安全风险，尤其是西安轨道交通第三期规划建设中地裂缝活动性弱的场地拟采用盾构隧道法，这在西安地铁建设史上是一个全新的课题，地震作用下地裂缝场地盾构隧道受力变形及动力响应是迫切需要研究加以解决的重大难题。因此，开展跨地裂缝带地铁盾构隧道地震响应研究具有重要的理论与现实意义。　　本文以西安地铁八号线穿越f9地裂缝为工程背景，采用数值模拟与理论解析相结合的方法与手段，建立地裂缝场地盾构隧道-地层有限元三维模型，研究不同角度、不同地震强度、地震-地裂缝活动共同作用对地裂缝场地盾构隧道地震动力响应的影响，并对隧道内力变化规律进行理论推导，主要研究成果如下：　　（1）在收集和整理前人研究成果的基础上，对西安地震资料和西安规划地铁线路沿线地裂缝进行了调查分析，阐明了西安建设地铁所面临的地震与地裂缝问题，为地震作用下盾构隧道穿越地裂缝带地层和隧道动力响应研究奠定基础。　　（2）采用动力有限元分析法，开展了盾构隧道跨地裂缝带动力响应数值模拟分析，计算结果表明隧道内力、场地地表加速度、隧道水平位移以及隧道围岩动土压力随着盾构隧道与地裂缝带相交角度的减小和地震强度的增大而增大，且地裂缝对上、下盘影响范围也略有增加；地震作用下隧道横截面不同高度下加速度时程曲线呈现明显差异性，拱顶加速度及位移响应大于拱底，易导致隧道沿轴向扭转破坏，而地震波作用下隧道拱顶、拱底竖向围岩动土压力明显大于侧向围岩动土压力，且地震动强度越大，竖向和侧向围岩动土压力越显著。　　（3）建立了基于地震系数法的地裂缝-地震耦合作用下地层-隧道模型，分析了地震力与地裂缝错动耦合作用下隧道与地层动力响应规律，结果表明地震力对地表竖向沉降的影响较小，但对地裂缝带地表变形影响显著，增大了地裂缝的影响范围；地裂缝-地震耦合作用放大了隧道内力响应，尤其在隧道拱顶底及左右拱肩部位的剪力增大较为明显。　　（4）盾构隧道在SH波作用下，隧道产生的轴向变形和剪切变形与SH波的传播方向密切相关，且在隧道腰部出现最大剪切变形；轴向应变、环向剪切应变与轴向剪切应变沿远离地裂缝方向分别呈现出余弦、正弦和正弦函数的变化规律。
作者：	曹原
专业：	地质资源与地质工程
导师：	黄强兵
授予学位：	硕士
授予学位单位：	长安大学
学位年度：	2022