山嶺隧道震害機制與沉管隧道抗震簡化分析方法.pdf

1、地下結構地震響應分析方法是當今工程抗震研究界重要的方向之一。近十年來的幾次典型地震中，包括“汶川”特大地震，地下工程設施及其結構的震害現(xiàn)象，引起世界各國地震工作者的高度重視。
　　 本研究試圖全面系統(tǒng)地總結國內外地下結構的抗震研究工作，以反映地下結構抗震領域的發(fā)展水平和進展，主要評述包括地下結構的震害特征、地下結構抗震分析方法和地下結構振動臺模型試驗等方面。本研究工作主要分為兩部分:一方面，在總結汶川強地震中山嶺隧道震害特點的基

2、礎上，分析和評價了單洞隧道和雙線隧道的震害特征，并以距離震源較近的典型單洞隧道為研究對象，重點研究隧道關鍵區(qū)段如洞口段和洞身段的震害機制，揭示豎向地震動輸入對隧道結構動力響應的影響規(guī)律;另一方面，針對沉管長隧道結構—土復雜體系抗震研究中存在的諸多問題，研究了表征沉管隧道接頭性能的宏觀力學模型和接頭剛度的解析表達式、適用于長隧道結構高效地震響應分析的抗震簡化分析方法、以及基于回淤變化、溫度變化、行波效應等多因素影響的長隧道結構地震響應規(guī)律

3、。
　　 主要研究工作如下:
　　 1.總結評價山嶺隧道的震害特點。隧道震害調查表明，強震作用下隧道不僅在洞口會發(fā)生損害，洞身和隧道路面也會出現(xiàn)震害，震害的程度不僅與隧道所處位置（如震中距等）有關，還與隧道地質條件、隧道結構型式等有密切的關聯(lián)。
　　 2.典型單洞山嶺隧道的震害機制分析。通過建立隧道-圍巖體系的三維精細化數(shù)值仿真模型，對隧道關鍵區(qū)段如洞口段和洞身段的震害機制進行重點研究，分別進行了兩種地震動輸入工

4、況的數(shù)值分析:考慮與不考慮豎向地震動輸入，從而揭示了豎向地震動輸入對隧道結構的動力響應規(guī)律。數(shù)值分析結果與震害調查現(xiàn)象基本吻合。分析結果表明，水平地震動作用是控制隧道結構損壞的首要因素，但豎向地震動作用則將會進一步加劇隧道結構的震害程度。
　　 3.沉管長隧道結構的抗震簡化分析方法。建立表征沉管隧道接頭性能的宏觀力學模型，基于受力平衡和變形協(xié)調方程，推導表征隧道接頭剛度的解析表達式，將等效質量一彈簧體系和土一結構相互作用體系耦合

5、，提出了一種新的長隧道結構抗震簡化分析方法，建立了簡化模型中的土體參振質量、彈簧剛度和阻尼系數(shù)，土體質點之間相互作用的彈簧和阻尼系數(shù)以及土-結構相互作用等參數(shù)的數(shù)學表達式。
　　 4.基于多因素影響的沉管隧道結構地震響應分析。分別考慮不同回淤情況、不同溫度荷載、動水壓力作用、不同土體參數(shù)、行波效應、接頭預應力拉索等多因素進行長隧道結構的三維動力有限元分析，研究了多因素變化對整體隧道結構內力及變形的影響規(guī)律。分析結果表明，回淤會減

6、小隧道結構的地震響應，對隧道的安全運行有利，溫度變化則會增大隧道接頭的張開量，而動水壓力作用對隧道結構的影響可以忽略，局部場地條件和行波效應是引起長隧道非一致響應的重要因素，接頭預應力拉索可以有效地吸收地震時的變形，起到一定的減震作用。
　　 本項研究工作以理論分析和數(shù)值模擬為主要研究手段，結合實際工程展開，一方面，通過數(shù)值分析結果與震害現(xiàn)象對比，揭示了山嶺隧道的損傷機理和地震作用機制;另一方面，提出了適用于沉管長隧道結構高效地