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原文传递高烈度地震区软岩隧道动力响应特性及消能减震结构试验研究

论文题名：	高烈度地震区软岩隧道动力响应特性及消能减震结构试验研究
关键词：	高烈度地震区;软岩隧道;动力响应;抗震设计;消能减震结构
摘要：	随着我国综合国力的快速提升，我国西部交通等基础设施的建设迅猛发展，大量的铁路、公路隧道在西部高烈度山区实施修建。但西部高烈度山区地势险要且地形复杂，地震活动频发，特别是岩层质地偏软、破碎的山岭地带，在地震作用下极易产生滑坡、崩塌等不良地质灾害，这给隧道工程的建设带来了巨大的危险性，而目前对高烈度地震区软岩隧道的动力响应及防治措施的研究还相对较少。因此明确高烈度地震区软岩隧道的动力响应特性，并提出相应的防治措施是岩土地震工程亟需解决的关键科学问题。故本文以川藏线拉林铁路段某软岩隧道工程为研究背景，采用资料调研、振动台模型试验等方法对软岩隧道的动力响应特性展开了研究，并提出了基于隧道消能减震结构的减震措施，同时利用模型试验对消能减震结构的减震效果进行了评价。得出了以下主要研究结论：　　（1）地震作用下，软岩隧道在拱顶和仰拱处的加速度响应较为强烈，同时越靠近洞口段，隧道响应越强烈；随地震波强度的增大，隧道各部位的峰值加速度呈“S”型趋势放射状增大，其峰值加速度放大系数随隧道的埋深增大而逐渐减小。围岩坡体部位的峰值加速度与隧道峰值加速度分布规律大致相同，但坡体部位的加速度放大系数呈现出一定的高程放大效应，同时会随地震烈度的变化而变化，总体坡体内测点由低到高其加速度放大系数大致表现出先增大→减小→再增大→再减小的趋势，总体出现两次峰值。　　（2）地震作用下，软岩隧道不同部位应变响应存在拉压特性转换，易导致靠近洞口段的隧道产生向上隆起的不协调破坏，远离洞口段的隧道产生上下向中间挤压的破坏，隧道的破坏表现出区域性损伤破坏的空间耦合变形连续效应，隧道变形范围由局部逐渐扩展至整体。但随着隧道埋深的增加，隧道破坏的概率及程度就越小，其纵向破坏由洞口段向深部围岩发展，使得隧道的仰拱和边墙部位易成为抗震设计的薄弱环节。　　（3）地震作用下，软岩隧道的地震希尔伯特能量主要分布在 20s-40s 内，但希尔伯特谱峰值空间分布态势和频率的变化与地震波的烈度有很大的关系，同时软岩隧道不同部位的边际谱峰值和频率存在明显差异；隧道-围岩体系坡体破坏模式经历初始累积变形、微错动变形、错动滑移变形和崩落滑动变形四段式破坏，对于没有软弱夹层的隧道边坡，在地震持续作用下，围岩土体的交界面会形成为天然的滑动面，坡体由局域破坏向全域失稳演化。　　（4）地震希尔伯特能量谱主要反映了软岩隧道的整体能量传递特性，边际谱具有丰富的频率分量和较高的识别度，可以清楚地反映隧道的能量传递和局部地震损伤特征，用地震波希尔伯特谱和边际谱能量识别方法可揭示隧道的失稳模式和质点空间位置区域性响应特征，这对研究隧道的地震破坏特性及隧道的抗震设计具有重要意义。　　（5）地震波的低频分量和高频分量分别对隧道结构的整体和局部变形起着控制性作用，隧道消能减震结构对拱顶和仰拱部位应变的减震效果最好，但不会改变隧道动力响应的时间效应及频谱响应特性，仅起到减小振幅的作用，但隧道消能减震结构会改变隧道的受损形式。　　（6）在充分考虑软岩隧道塑性变形特性的基础上，软岩隧道的塑性变形变化规律主要分为弹性变形阶段、弹塑性变形阶段及塑性变形破坏阶段三个阶段，隧道消能减震结构能够减弱隧道的塑性变形效应，并能延缓隧道过早的进入塑性变形阶段，极大的提高了软岩隧道的抗震能力。
作者：	马至刚
专业：	土木水利(土木工程)
导师：	朱宝龙;吴红刚
授予学位：	硕士
授予学位单位：	西南科技大学
学位年度：	2023