穿越斷層隧道結(jié)構(gòu)地震動(dòng)破壞機(jī)理與抗減震措施研究.pdf

1、隧道與地下結(jié)構(gòu)拓展了人類(lèi)的活動(dòng)范圍以及對(duì)三維空間的合理利用，逐漸成為經(jīng)濟(jì)發(fā)展、科技進(jìn)步和現(xiàn)代文明的重要標(biāo)志。然而，頻繁發(fā)生的強(qiáng)烈地震與日新月異的隧道與地下結(jié)構(gòu)之間形成了諸多矛盾。合理而巧妙的解決這個(gè)矛盾是論文研究的主旨。本文綜合運(yùn)用現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查、理論分析、數(shù)值計(jì)算和模型試驗(yàn)等研究方法，全方位分類(lèi)與總結(jié)跨斷層隧道與地下結(jié)構(gòu)的震害現(xiàn)象，以震害機(jī)理和影響因素為基礎(chǔ)，歸納震后修復(fù)措施的經(jīng)驗(yàn)研究抗減震措施。從隧道與地下結(jié)構(gòu)的平面抗減震層和三維減震縫出

2、發(fā)，建立基本的抗減震層效果計(jì)算模型和減震縫力學(xué)計(jì)算模型?；趥鹘y(tǒng)抗減震措施研發(fā)新型跨斷層抗減震措施，通過(guò)數(shù)值再現(xiàn)驗(yàn)證其合理性和先進(jìn)性，進(jìn)而開(kāi)展跨斷層隧道結(jié)構(gòu)震害機(jī)理與控制措施的振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)，驗(yàn)證和總結(jié)以上研究。主要研究工作、結(jié)論和成果如下:
　　(1)全面搜集世界范圍內(nèi)的隧道與地下結(jié)構(gòu)震害工程實(shí)例。按照震害概況、震害形態(tài)、震害分級(jí)、震害機(jī)理、影響因素和修復(fù)措施6個(gè)方面分類(lèi)歸納。深入分析不同國(guó)家隧道與地下結(jié)構(gòu)震害的共性與個(gè)性以及研究學(xué)

3、者的認(rèn)知傾向與科研方向。根據(jù)震害概況和震害形態(tài)參考震害分級(jí)分析震害機(jī)理與影響因素，指導(dǎo)數(shù)值計(jì)算和模型試驗(yàn)的實(shí)施，實(shí)現(xiàn)震害現(xiàn)象的數(shù)值再現(xiàn)與試驗(yàn)再現(xiàn)，結(jié)合修復(fù)措施研究隧道結(jié)構(gòu)的抗減震措施。
　　(2)隧道結(jié)構(gòu)橫向的抗減震措施以抗減震層為基礎(chǔ)進(jìn)行拓展研究。將數(shù)值計(jì)算模型中影響抗減震層效果的因素分為幾何與材料參數(shù)兩類(lèi)，并確定各參數(shù)的取值范圍。以設(shè)置和未設(shè)抗減震層工況下隧道橫斷面內(nèi)的彎矩極值之比的無(wú)量綱數(shù)評(píng)估抗減震層的作用效果，逐對(duì)研究各參

4、數(shù)同該無(wú)量綱數(shù)的關(guān)系。最終建立抗減震層作用效果的計(jì)算模型。據(jù)此拓展研發(fā)作用效果與經(jīng)濟(jì)效益兼顧的新型抗減震措施，并通過(guò)數(shù)值計(jì)算驗(yàn)證。
　　(3)隧道結(jié)構(gòu)縱向的抗減震措施以減震縫為基礎(chǔ)進(jìn)行拓展研究。考慮實(shí)際情況下減震縫中存在填充物或者采用柔性連接的可能，建立隧道與地下結(jié)構(gòu)減震縫的力學(xué)計(jì)算模型。根據(jù)該模型結(jié)合數(shù)值計(jì)算確定了單條減震縫沿縱向發(fā)揮極限作用時(shí)對(duì)應(yīng)的斷層極限寬度。提出根據(jù)斷層寬度設(shè)置減震縫數(shù)量的方法。引入減震層形成復(fù)合抗減震措施

5、，提出將抗減震措施與斷層錯(cuò)位布置的設(shè)計(jì)新理念，抗減震效果得到了數(shù)值計(jì)算的驗(yàn)證。
　　(4)基于以上研究開(kāi)展隧道結(jié)構(gòu)震害機(jī)理與控制措施的地震模擬振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)。研發(fā)出在單一振動(dòng)臺(tái)上固定單體模型箱情況下實(shí)現(xiàn)地震動(dòng)力驅(qū)動(dòng)斷層錯(cuò)動(dòng)的滑動(dòng)裝置。以跨斷層的隧道模型不設(shè)置抗減震措施為參照，研究抗減震措施的效果。在隧道結(jié)構(gòu)橫斷面方向與沿軸線(xiàn)的縱向，全面評(píng)估實(shí)施抗減震措施的效果，建立隧道與圍巖模型損傷形態(tài)與破壞機(jī)理等的時(shí)程與空間演化規(guī)律，實(shí)現(xiàn)對(duì)理論分析