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跨断层隧道结构地震破坏机理拟静力实验及数值模拟
| 论文题名： | 跨断层隧道结构地震破坏机理拟静力实验及数值模拟 |
| 关键词： | 跨活动断层;隧道;震害分析;模型试验 |
| 摘要： | 目前，长大隧道分布在我国地震地质环境复杂且无法避免穿过活动断层的区域，长大深埋地下结构基本无法避免隐伏断裂破裂上断点的影响。对此，相关规范基本采用避让距离的被动抗发震断裂地表破裂效应手段，因此，需进一步深入研究跨断层隧道的破裂机理及抗断裂能力。 本文在跨断层隧道现场震害、模型试验、数值模拟分析基础上，升级改造课题组自行研发的跨断层隧道模型大比例试验装置平台，开展了跨断层分段式隧道结构破坏机理及抗断裂措施等研究。主要结论如下： （1）低倾角逆断层粘性土覆盖层场地与其同工况隧道场地对比分析 低倾角逆断层粘性土覆盖层自由场试验在较小基岩位错时出现地表裂缝，而同工况隧道场地在较大基岩位错时出现表面裂缝；含隧道的场地其覆盖层土体浅表部不均匀变形范围变小并比同工况自由场地范围小；同工况隧道场地，覆盖层土体中部隧道周围土压力急剧增大容易形成塑性区，对隧道结构稳定构成威胁，需在设计时对隧道周围土体夯实，增强其抵抗土体的抗剪切强度。 （2）低倾角逆断层砂土覆盖层场地与其同工况隧道场地对比分析 随基岩位错量增大，低倾角逆断层砂土覆盖层自由场试验在距浅表部主破裂带上盘一定距离处张拉凹陷区越大，且含隧道的场地其覆盖层土体浅表部不均匀变形范围变小；环绕隧道结构附近的覆盖层土体土压力急剧变大容易形成塑性区，在设计时可通过增加隧道断面尺寸、双层衬砌，来缓解断层错动时对隧道结构的破坏。 （3）低倾角逆断层隧道不同土性覆盖层隧道场地对比分析 相较于粘性土隧道场地，隧道拱底应变变化危险区域基本相同但在拱顶危险区域要大，隧道分段式接口土体破裂带上、下盘均破坏严重。 跨断层无法避开破裂带不仅要增强隧道主体结构钢筋混凝土强度，还需加强接头处的抗断裂能力；低倾角逆断层砂土覆盖层场地更不宜建设隧道。 （4）不同逆断层倾角砂土覆盖层隧道场地对比分析 高倾角隧道结构受断层错动引起的破坏区域小只有主破裂带处接头破坏，而低倾角时隧道结构的接头在整个“V”字型破裂带上、下盘较大范围都严重破坏。 隧道接头处采用柔性接头、减震缝、减震层等抗断裂措施，由接头处吸收断层错动大部分能量从而减小隧道结构主体破坏，而低倾角砂土覆盖层场地不宜建设隧道。 （5）基于隧道模型箱体试验数据验证分析 采用PFC3D颗粒流软件二次开发出了一套适用于发震断裂隧道场地数值模拟的仿真程序。 |
| 作者： | 李忠恒 |
| 专业： | 资源与环境 |
| 导师： | 张建毅;刘红帅 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 防灾科技学院 |
| 学位年度： | 2023 |
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