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原文传递特大断面公路隧道断层破碎带地震动力响应及抗减震措施分析

论文题名：	特大断面公路隧道断层破碎带地震动力响应及抗减震措施分析
关键词：	特大断面隧道;断层破碎带;动力响应规律;减震层;衬砌刚度;注浆加固;FLAC3D软件
摘要：	本文结合“高烈度地震区特大断面公路隧道抗减震关键技术研究”项目，针对特大断面隧道断层破碎带地震响应更为强烈而导致衬砌结构更易遭受破坏的问题，使用FLAC3D数值分析软件开展了特大断面公路隧道断层破碎带的地震动力响应及抗减震关键技术研究，本文的主要研究内容和成果如下: 　　(1)围绕特大断面的地震动力特性，研究了特大断面与一般大断面(双车道)的隧道衬砌的地震响应规律。分析结果表明:特大断面与一般断面隧道断层破碎带处衬砌的动力响应明显都比非断层破碎带处的响应强烈。特大断面的隧道全长范围内衬砌的响应都要大于一般大断面隧道，且断层破碎带衬砌上的应力增量要大于完整围岩处的衬砌。特大断面隧道在断层破碎带处的纵向影响范围大于一般大断面隧道10m左右，由此认为大跨度及其以上隧道的洞内断层段两端的抗震设防的最小长度比相关规范中规定一般断面隧道多延伸10～20m。特大断面隧道宽高比增大使得断面变得扁平化，数值结果表现为特大断面隧道断层处衬砌横断面上最大主应力峰值出现在拱脚的位置，而拱顶、仰拱部位的主应力峰值都很小。　　(2)针对宽度不均、角度不同的断层破碎带，从加速度响应、位移变形、剪应力和主应力变化方面，研究了特大断面公路隧道在不同断层破碎带宽度及不同断层破碎带角度条件下的地震动力响应的规律。结果表明:断层宽度变化不会改变断层处衬砌横断面上的受力规律，总体上随着断层的宽度变大，特大断面隧道的地震动力响应就越大，尤其当断层宽度在大于30m后，各项指标参数都显著增强，应加强其抗减震措施;得到了不同宽度下的断层破碎带对隧道衬砌的影响范围，为特大断面公路隧道提出了抗震设防最小长度建议，即交界面前后25～30m范围。断层破碎带倾角变化后，断层破碎带处衬砌横断面上始终在拱脚和墙底部位应力集中;断层倾角较小时隧道横断面上各点应力值处于较高水平且变化平缓;断层在大角度范围内(60°～90°)时横断面上各点动力响应指标变化不大，即特大断面隧道对大角度倾角的断层破碎带动力响应不敏感;但总体上随着断层破碎带倾角的减小，特大断面隧道衬砌上地震响应指标值的振荡幅度变大，即地震动力响应更为剧烈，其对断层附近衬砌的纵向影响范围也越大，断层倾角为30°时的断层破碎带纵向影响范围比断层倾角为90°大10m左右。　　(3)研究了在特大断面隧道断层处设置减震层、改变衬砌结构刚度和注浆加固的抗减震效果，指出其设置抗减震措施后衬砌受力规律与一般大断面隧道不同之处，并简要对抗减震措施机理分析。比较了在两种减震层布置模式、不同厚度和不同刚度的减震层下断层处衬砌的动力响应规律，对其参数进行优化选择;比较了4种刚度衬砌材料条件下的动力响应;比较了全环注浆与间隔注浆的抗震效果并优化了间隔厚度和注浆厚度，结果表明:在特大断面隧道的初衬和二衬之间布置减震层的效果要优于在初衬的外层设置减震层的模式;减震层布置径向范围并不是越厚越好，考虑经济成本下以厚度20cm为最佳的减震层厚度;在高烈度地震条件下的特大断面的断层破碎带处，减震层材料的弹性模量应在50MPa以下时，与衬砌和围岩有良好的匹配关系，在地震作用下能发挥协同作用，本文建议以橡胶作为减震层材料较其他弹性模量较高的材料具有更明显的减震效果。考虑在高烈度地震条件下改变衬砌刚度的减震效果，减小衬砌刚度能改善受力但位移也略有所增大，持续减小衬砌刚度后的减震效果有所收敛，认为应该采用添加纤维增加结构的强度来承受周围土体的变形，保证隧道在遭受地震后裂而不倒。全环间隔注浆的抗震效果要优于全环接触注浆，间隔注浆形式下的间隔厚度对抗震效果影响不明显，同时考虑经济成本和减震效果，间隔1m注浆厚度4m具有最优的抗震效果。
作者：	张青松
专业：	交通运输工程I
导师：	梁波
授予学位：	硕士
授予学位单位：	重庆交通大学
学位年度：	2019