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原文传递软土中矩形隧道结构地震响应的振动台试验与有限元分析研究

论文题名：	软土中矩形隧道结构地震响应的振动台试验与有限元分析研究
关键词：	矩形隧道;软土地层;地震作用;动力响应;振动台试验;有限元分析
摘要：	近年来，伴随着城市化进程的不断推进，地上空间已经远不能满足人们的日常生活的需要，同时城市化不再追求速度而注重于质量，过去的圆形隧道因空间利用率较低而逐渐被矩形隧道所取代，正因如此，我国亟须加快转变对地下空间地开发和利用。中国地处亚欧地震带和环太平洋地震带之间，地震活动分布广泛且频繁，是一个多地震灾害的国家。而由于地铁工程耗资十分巨大，具有不可逆性，根据以往的地震灾害表明，一旦发生地震破坏，遭受地震破坏的地下隧道结构会给地震应急和灾后修复工作带来极大的困难。软土地层薄弱地基会加大地震的损害作用，所以软土地区地下隧道抗震性能的研究日益成为一个重要的课题。　　论文借鉴某地区实际工程的明挖矩形隧道主体结构与材料，深入地研究了软土地区矩形隧道在地震作用下的动力响应规律，并探讨了不同隧道壁厚、不同隧道埋深以及不同土体最大剪切模量影响下的矩形隧道地震动力响应情况，通过对隧道整体的水平位移以及应变响应等数据进行分析，得到了一些对实际工程具有参考意义的结论。论文主要的研究内容与分析结果如下：　　1、开展几何相似比为1：50的软土地区矩形隧道的振动台缩尺试验，得到了模型加速度响应、隧道位移响应以及隧道的应变响应，具体的分析了隧道结构在地震作用下的动力响应特性，为有限元模拟提供了可靠的事实依据。　　2、通过软土的本构模型、隧道材料属性的选取、阻尼系数的确定、隧道-土的接触面设置、边界条件的设置、初始地应力的平衡等一系列步骤建立了矩形隧道-软土的三维动力有限元模型，并对试验和模拟所得的加速度、位移以及应变进行对比发现二者的结果吻合较好，证明有限元建模的正确性。　　3、对不同地震强度的三种地震波作用下所得出的隧道的加速度、位移以及应变进行分析可知：地震波在传播过程中有一定的延迟；随着地震波强度的增加，加速度放大系数逐渐减小；软土对地震波有着很明显的放大效应，且隧道上部土体的放大效应尤为剧烈，矩形隧道的存在则一定程度上减缓了周围土层的峰值加速度；无论是隧道还是中柱应变的最大位置均位于底部，中部应变最小；隧道截面拐角处薄弱位置的层间位移比均位于规范限值之内，可满足设计要求。　　4、建立原型数值模型，并开展参数分析得出：参数的改变对于位移以及应变的分布趋势影响不大；隧道壁越厚，埋深越浅的隧道层间相对位移以及隧道应变值越小；土体剪切模量增大，隧道的层间相对位移以及应变响应均先增大，而到达一定临界值后隧道的层间相对位移以及应变响应开始逐渐减小。　　以某地区实际工程的运营明挖矩形隧道为依托的抗震分析结果在实践上对拥有相同地质条件的地区具有一定的参考价值，同时也可为相关研究者提供一些相对有价值的研究思路。
作者：	许徐晗
专业：	土木工程
导师：	张磊
授予学位：	硕士
授予学位单位：	武汉理工大学
学位年度：	2022