文档介绍：穿软弱夹层隧道地震动力响应研究
重庆大学硕士学位论文
(学术学位)
学生姓名:张春文
指导教师:赵瑜副教授
专业:土木工程
学科门类:工学
重庆大学土木工程学院
二 O 一三年五月
Study on the Seismic Dynamic Response of
Tunnel through Weak Interlaye
A Thesis Submitted to Chongqing University
in Partial Fulfillment of the Requirement for the
Master’s Degree of Engineering
By
Zhang Chunwen
Supervised by Ass. Professor Zhao Yu
Specialty: Civil Engineering
College of Civil Engineering of
Chongqing University, Chongqing, China
May, 2013
中文摘要
摘要
随着我国现代交通运输体系的快速发展,隧道建设的需求更加显著,尤其是
在我国地形地貌特征复杂的中西部地区,还将相继修建大量隧道工程,而这些地
区地质构造运动活动又非常强烈,地震活动也较为频繁。许多隧道工程会兴建在
活断层附近和高烈度地震区,就会遇到隧道结构的抗震问题。隧道建设时,由于
受到线路走向的限制,在一些特殊地质条件下,岩性差异大,岩体较为软弱、破
碎等,隧道将不可避免地遇到软弱夹层带,并且与隧道纵向相交,这会给隧道施
工带来很大的困难,对于隧道结构的受力与变形也是非常不利的。在高烈度地震
区,当隧道遇到地震作用时,软弱夹层的这种不利的效应将对隧道结构的受力与
变形带来更大的影响,此时隧道减震技术问题和保证结构的安全的重要性就更加
突出。因此,研究穿软岩夹层隧道地震动力响应及减震措施深具现实意义。本文
采用有限差分法系统地研究了穿软弱夹层隧道的地震动力响应规律,主要的研究
工作有如下几个方面:
1. 介绍了隧道结构抗震研究的发展概况,简述了有关地震动的理论知识并结
合收集的汶川地震隧道的震害现象资料,分析了隧道震害类型以及结构地震反应
特点,研究了目前国内外隧道及地下结构的抗震研究分析方法和计算理论,并针
对本文动力分析计算所采用的有限差分方法的基本原理进行了探讨。
2. 建立穿越软弱夹层段隧道模型,输入经过滤波和基线校正的三方向地震波,
进行三维地震动力响应数值模拟。研究了地震作用下软弱夹层处衬砌结构的加速
度、速度、位移及应力的响应规律,并与距软弱夹层不同距离的非软弱围岩处隧
道结构的动力响应进行对比分析。结果表明,软弱夹层处的加速度、速度反应明
显比非软弱夹层处的反应强烈,而且越是靠近软弱夹层,隧道位移响应越大,软
弱夹层处最大,软弱夹层的存在加剧了隧道结构的地震动力响应。
3. 建立了不同软弱夹层倾角和不同软岩带宽度隧道结构的地震动力模型,研
究了软弱夹层倾角和软岩带宽度的变化对隧道结构地震动力响应规律的影响,并
分别总结了不同软弱夹层倾角、软岩带宽度隧道结构的加速度响应、位移变形以
及应力变化规律。得到结论:总体上随着软弱夹层倾角的减小,软弱夹层的动力
响应区间增大,其扰动范围也越广,隧道结构的加速度、位移和应力的响应也越
剧烈,地震作用时对隧道结构造成的危害也越大;软弱夹层的宽度越大,隧道的
地震动力响应就越大,对于隧道结构的抗震也就越不利,设计时要采取相应的加
强措施保证结构的安全性。
4. 研究了加固围岩、改变隧道结构本身性能、设置减震装置等几种隧道结构
I
重庆大学硕士学位论文
的减震措施和方法,并结合数值模拟的计算分析结果,重点探讨了设置减震层的
措施对穿软弱夹层隧道的减震效果。结果表明,在围岩和衬砌之间设置减震层,
隧道衬砌结构的位移和主应力都有较明显的降低,对提高穿软弱夹层隧道的抗震
性能是十分有效的。
关键词:软弱夹层,地震动力响应,减震措施,数值模拟
II
英文摘要
ABSTRACT
With the rapid development of modern transportation system, the construction of
the tunnel es more significantly, es