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盾构隧道地震响应及抗震动力可靠度分析
| 论文题名： | 盾构隧道地震响应及抗震动力可靠度分析 |
| 关键词： | 盾构隧道;动力有限元;地震响应;敏感性分析;动力可靠度 |
| 摘要： | 伴随着中国城市人口的扩张，城市交通阻塞现象日益凸显，地铁隧道作为解决城市交通拥堵问题的一种有效途径而飞速发展。加上我国地震断裂带活动频繁，地震活动的频度和强度较大，所以隧道衬砌结构抗震一直以来都是研究热点，而隧道工程属于极其复杂的系统，其在整个设计和施工中都存在大量的不确定性，比如结构尺寸、结构和围岩的物理力学参数等，传统意义上基于确定性的分析方法能否满足工程使用要求在客观上存在较高的风险。鉴于此，本文首先拟进行盾构隧道一系列的地震响应分析，探究隧道在地震作用下的响应规律，在此基础之上，引入可靠度理论开展衬砌结构抗震动力可靠度分析，为隧道工程的抗震设计、施工、维护、安全性评价等方面提供合理的依据。论文主要研究工作及所取得的成果如下： （1）基于经过验证的动力有限元数值方法，开展了不同条件下盾构隧道的地震响应分析，把握了盾构隧道在地震作用下的响应特点，以及地震作用方向、地震波类型和强度对盾构隧道地震响应的影响规律。结果表明：竖向地震时，隧道“十”型对角区域为受力最不利位置，水平地震时，隧道“X”型对角区域为受力最不利位置；隧道变形与地震作用方向基本一致，均呈现隧道上部变形大，下部变形小的特点；水平地震对隧道的安全性能更不利；地震波类型和地震波强度不影响隧道位移和内力响应的分布形式，但影响响应大小，其中与地震波特征周期呈现特征周期越大，响应越大的特点，与地震波强度的大小则近似成正比。 （2）基于合理有效的分析计算方法，开展了众多随机变量的敏感性分析，确定了水平地震作用下隧道不同功能函数对不同随机变量的敏感性，把握了四个敏感随机变量的分布参数对隧道抗拉承载能力抗震动力可靠度的影响规律。结果表明：水平地震作用下，对于隧道抗拉承载能力功能函数，围岩弹性模量、衬砌弹性模量与厚度、衬砌结构抗拉极限强度为敏感随机变量，围岩泊松比与容重、衬砌泊松比与容重为迟钝变量，对于隧道截面变形能力功能函数，与围岩和衬砌相关的随机变量均为迟钝变量；隧道抗拉承载能力抗震动力可靠指标随敏感随机变量变异系数的增大均逐渐减小，随围岩弹性模量均值和衬砌结构抗拉极限强度均值的增大逐渐增大，随衬砌厚度均值和衬砌弹性模量均值的增大逐渐减小。 （3）完成了水平地震作用下隧道的抗震动力可靠度分析，把握了地震波类型、地震波强度对隧道抗震动力时不变可靠度的影响规律，揭示了不同抗力衰减速率和不同抗力衰减函数对隧道抗震动力时变可靠度的影响规律。 |
| 作者： | 谢良坤 |
| 专业： | 土木工程 |
| 导师： | 赵伯明 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 北京交通大学 |
| 学位年度： | 2023 |
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