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穿风化槽山岭隧道地震动力响应特性分析
| 论文题名： | 穿风化槽山岭隧道地震动力响应特性分析 |
| 关键词： | 风化槽;山岭隧道;地震作用;动力响应;仿真模型;预测体系 |
| 摘要： | 山岭隧道造价昂贵,一旦破坏,维修、重建费用庞大。地震作用下,山岭隧道可能发生较大变形,局部可能发生破坏。山区地质情况复杂,地震作用下地质突变区域的隧道动力响应规律复杂,影响因素众多,因此成为隧道工程的一个难点。本文采用理论分析和数值模拟相结合的方法,对穿越风化槽山岭隧道地震动力响应进行深入的分析,提出一套隧道动力响应预测方法,并建立仿真模型对这一系列理论方法进行验证。 首先,用两种方法简化均质自由场地在地震作用下的受迫振动。在单自由度方法中,将均质自由场简化为一个单自由度的剪切单元;而在无限自由度方法中,将均质自由场划分为无限个土条,将其视为悬臂剪切梁。然后建立振动方程求解两种场地位移的解析解,并建立仿真模型对两者的预测效果进行验证。结果表明单自由度法计算简便,但只在场地较硬的情况下才具有一定精度,而无限自由度法适用于各种均质自由场,且能够较精确地预测场地受迫动力响应。 其次,为考虑未风化围岩与风化槽之间的相互作用,建立了未风化围岩-风化槽-未风化围岩“三明治”模型,进一步对穿风化槽场地进行数学建模和求解。以上述无限自由度方法为基础,将风化槽与未风化围岩之间的作用力简化为一系列弹簧,联立两种场地受迫振动的耦合协调方程,并用逆解法给出了解析解。建立响应的三维数值模型以验证该理论解的精确性,结果表明该“三明治”模型能够较准确地预测水平地震作用下穿风化槽场地的位移响应。 然后,将前述场地位移响应视为对隧道的激励,将隧道简化为两端固支的有限长梁,基于初等梁理论的平衡条件,建立穿越风化槽隧道的控制方程,并给出解析解。建立相应的数值模型,对本文的理论方法进行评估。结果表明,本文理论方法能够反映穿越风化槽隧道地震响应机理,并具有一定的准确度。 最后,为了补充理论模型的不足,建立隧道的三维有限差分实体模型。精细模拟隧道的开挖、支护和应力释放过程,形成初始应力场,再输入地震加速度时程,分析隧道不同截面的内力响应和不同节点的位移响应。并进行细致的参数分析,探究隧道构造和场地条件对隧道动力响应的影响。 |
| 作者： | 潘玉涛 |
| 专业： | 岩土工程 |
| 导师： | 郑俊杰 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 华中科技大学 |
| 学位年度： | 2012 |
| 正文语种： | 中文 |
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