详情

原文传递双圆小净距隧道地震动响应研究

论文题名：	双圆小净距隧道地震动响应研究
关键词：	双圆小净距隧道;地震动;平面弹性复变理论;保角变换;动应力集中
摘要：	近年来，我国一些大城市为缓解城市交通压力，普遍在市中心地区建设地铁工程，且多为双洞组成的地下洞室群。同时，高速公路和铁路也多采用双圆隧道跨越山岭。这些地下结构，很多都处于地震发生区域，因此，为保障这些结构在地震时的安全，其稳定性分析具有重要的工程意义。以前工程界普遍认为，相比于地面建筑地下结构自身抗震性能较好，在地震作用下很少发生破坏。然而，1995年Kobe大地震使得地下结构严重破坏，学者们意识到对地震作用下地下结构动力响应研究的具有重要的意义。　　根据波动理论可知，地下隧道的地震动响应实际是地震波散射问题。地震进程中，场地的局部地形条件对地震波的传播有较大的影响，其根源是场地对地震波的反射、折射和散射，这种影响的具体表现是地层对地震波传播的放大和缩小效应，这也导致震害分布区域化。当地下结构由多个洞室组成时，地震过程中，多个洞室之间波场的相互扰动，使得多个洞室地震波散射问题的研究难度增大。在研究中，动应力集中可常作为判断地震作用下地下结构稳定性的一个重要指标，因此，本文主要探讨地震作用下双洞净距隧道动应力集中因子的分布。　　本文主要采用平面弹性复变理论和保角变换相结合的方法，分析深埋双圆隧道在稳态P波、SV波以及SH波分别入射情况下的散射问题，具体研究内容如下: 　　 (1)引入位移势函数，建立了稳态条件下的Helmholtz方程，并利用分离变量法求得其通解。在此基础上，进一步导出了单圆深埋隧道在稳态P波、SV波以及SH波分别入射情况下的孔边介质应力与应变表达式。　　 (2)在平面坐标中，导出单圆深埋隧道分别在稳态P波、SV波以及SH波入射下待定系数的散射表达式，通过叠加原理，将入射波与散射波进行叠加，得到单圆深埋隧道分别在稳态P波、SV波以及SH波分别入射下含待定系数的总波场表达式。　　 (3)引入保角映射函数，将原计算区域Γ1映射到某一圆环域Ω，将原计算模型中的两个单圆隧道的局部坐标系转化到复平面坐标系中，将波场表达式以及周边介质的位移、应力的复变函数表达式转化到整体坐标系中求解。　　 (4)通过映射区域中相对应的应力边界条件，得到波场表达式中的未知系数，即可求解方程，由于波势函数由无穷级数表示，本文通过研究动应力集中因子随级数的变化来判断级数的收敛性。　　 (5)对计算结果进行分析。分别取入射波入射角度γ=0°和γ=90°，讨论了双圆隧道在稳态P波、SV波以及SH波入射之间间距变化对隧道表面的动应力集中因子的影响，以及单圆隧道表面与双圆隧道表面动应力集中因子分布的差异。并讨论了双圆隧道在稳态P波、SV波以及SH波入射下，无量纲频率变化对隧道表面的动应力集中因子的影响。
作者：	汪仁义
专业：	岩土工程
导师：	刘齐建
授予学位：	硕士
授予学位单位：	湖南大学
学位年度：	2012
正文语种：	中文