發(fā)布時間：2018-03-31 14:08

  本文選題：隧道工程　切入點：動力響應　出處：《西南交通大學》2017年碩士論文

【摘要】：穿越活動斷層的隧道結(jié)構(gòu)在強震作用下受力變形情況極為復雜,活動斷層一旦發(fā)生錯動,將會對隧道結(jié)構(gòu)的安全產(chǎn)生顯著影響。本文首先基于位移表示定理研究斷層錯動引起的理論位移場,引入斷層錯動速度函數(shù)表征斷層錯動速率。建立大型三維隧道動力響應模型,分析斷層錯動形式、錯動速率等問題。采用斷層錯動、地震動綜合加載并考慮斷層錯動速度函數(shù)的方式模擬強震作用下穿越活動斷層隧道實際工程情況,分析研究隧道結(jié)構(gòu)受力變形機理,結(jié)合實際工程震害對比分析。最后針對跨斷層隧道工程問題,進行隧道減震措施研究。本文的主要成果如下:(1)研究了均勻彈性全空間內(nèi)斷層錯動引起的理論位移場,基于位移表示定理,得到目前斷層模擬中常用的矩形有限斷層引起的位移公式,理論公式表明斷層錯動速率對錯動引起的位移場影響不可忽視。(2)開展跨斷層隧道三維動力數(shù)值模擬,對比了三種斷層錯動形式對隧址區(qū)圍巖和隧道結(jié)構(gòu)的影響,得出正斷層錯動形式對隧道結(jié)構(gòu)安全最為不利。同時進行了斷層錯動速率研究,研究表明:斷層錯動速率越大,引起的隧道襯砌主應力越大,結(jié)構(gòu)安全系數(shù)較低,在斷層及附近應力集中位置表現(xiàn)明顯。對比采用不同錯動速度函數(shù)的斷層錯動工況可以得出,斷層錯動速度變化的平滑性對結(jié)構(gòu)主應力及安全也有一定影響。(3)分析強震作用下穿越活動斷層隧道結(jié)構(gòu)受力和變形特征,發(fā)現(xiàn)在斷層或附近位置隧道結(jié)構(gòu)變形主要由斷層錯動位移控制,距離斷層較遠位置處的隧道結(jié)構(gòu)變形主要由水平地震動引起,結(jié)構(gòu)內(nèi)力基本與變形情況相符,斷層錯動速率對隧道結(jié)構(gòu)受力有一定影響,地震動引起結(jié)構(gòu)的變形及內(nèi)力波動幅值在斷層附近位置放大。(4)對比汶川地震中龍溪隧道實際震害,可以發(fā)現(xiàn):在斷裂帶兩側(cè)一定范圍內(nèi),震害特別嚴重,在拱頂、拱肩處出現(xiàn)局部坍塌,仰拱處出現(xiàn)隆起、開裂等嚴重震害,斜向破裂主要發(fā)育在拱腳及附近位置的鋼筋混凝土中,以剪切和剪張裂縫為主,震害現(xiàn)象與本文結(jié)構(gòu)變形內(nèi)力分析結(jié)果相符,說明本文研究可以一定程度上反映穿越活動斷層隧道震害機理。(5)本文開展了柔性接頭、減震層以及二級減震措施減震效果的數(shù)值模擬研究,計算結(jié)果中減震層、柔性接頭、二級減震措施對結(jié)構(gòu)主應力最大降低比例分別約為30%、50%、55%,二級減震措施減震效果最好。柔性接頭措施能有效控制斷層錯動影響范圍,建議在跨活動斷層的隧道工程中采用,并配合其他減震措施確保隧道安全。
[Abstract]:The stress and deformation of tunnel structure through active fault is very complicated under strong earthquake, once the active fault is staggered, First of all, based on the displacement representation theorem, the theoretical displacement field caused by fault dislocation is studied. The fault dislocation velocity function is introduced to characterize the fault dislocation velocity. A large 3D tunnel dynamic response model is established to analyze the fault dislocation form, fault velocity and so on. The method of synthetically loading ground motion and considering the fault staggered velocity function is used to simulate the actual engineering situation of the tunnel crossing the active fault under strong earthquake, and to analyze and study the mechanism of stress and deformation of the tunnel structure. Combined with the comparative analysis of earthquake damage in practical engineering, finally, aiming at the problem of cross-fault tunnel engineering, the seismic absorption measures of tunnel are studied. The main results of this paper are as follows: 1) the theoretical displacement field caused by fault dislocation in uniform elastic space is studied. Based on the displacement representation theorem, the displacement formulas caused by rectangular finite faults are obtained, which are commonly used in fault simulation at present. The theoretical formula shows that the effect of fault dislocation rate on displacement field caused by fault dislocation can not be ignored. (2) Three-dimensional dynamic numerical simulation of cross-fault tunnel is carried out, and the effects of three types of fault dislocation on surrounding rock and tunnel structure in tunnel area are compared. At the same time, the fault dislocation rate is studied. The study shows that the greater the fault dislocation rate, the greater the main stress of tunnel lining and the lower the safety factor of the tunnel lining. The stress concentration in and around the fault is obvious. The smoothness of the velocity variation of fault dislocation has a certain influence on the principal stress and safety of the structure. (3) the stress and deformation characteristics of the tunnel structure through the active fault under strong earthquake are analyzed. It is found that the deformation of tunnel structure in or near the fault is mainly controlled by the dislocation displacement of the fault, and that the deformation of the tunnel structure at a distance from the fault is mainly caused by horizontal ground motion, and the internal force of the structure is basically consistent with the deformation. The deformation of the structure caused by ground motion and the amplitude of the fluctuation of internal force in the vicinity of the fault are magnified in the position near the fault, and the actual earthquake damage of Longxi tunnel in Wenchuan earthquake is compared. It can be found that the earthquake damage is especially serious in a certain range on both sides of the fault zone. There are local collapses at the arch top, arch shoulder, uplift at the inverted arch, cracking and so on. The diagonal fracture mainly occurs in the reinforced concrete of the arch foot and its vicinity, and the shear and shear-tension cracks are the main ones. The seismic damage phenomenon is consistent with the results of the internal force analysis of the deformation of the structure in this paper. It shows that the research in this paper can reflect to some extent the earthquake damage mechanism of the tunnel through active fault.) in this paper, the numerical simulation study of flexible joints, shock absorption layers and secondary damping measures is carried out. The results show that the damping layers and flexible joints are in the calculation results. The maximum reduction ratio of the secondary damping measures to the principal stress of the structure is about 30% and 55% respectively, and the second stage measures are the best. The flexible joint measures can effectively control the influence of fault dislocation, and it is suggested that the measures should be used in the tunnel projects that span active faults. And cooperate with other shock absorption measures to ensure tunnel safety.
【學位授予單位】：西南交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：U451

【參考文獻】

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1 ;國家鐵路局發(fā)布《鐵路隧道設計規(guī)范》[J];鐵道技術(shù)監(jiān)督;2016年12期

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8 崔光耀;王明年;于麗;林國進;;穿越黏滑錯動斷層隧道減震層減震技術(shù)模型試驗研究[J];巖土工程學報;2013年09期

9 劉學增;林亮倫;;75°傾角逆斷層黏滑錯動對公路隧道影響的模型試驗研究[J];巖石力學與工程學報;2011年12期

10 于彥彥;丁海平;;矩形和鐘形震源時間函數(shù)對地震動模擬結(jié)果的影響比較[J];防災減災工程學報;2011年05期

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6 欒宇;近斷層地震作用下結(jié)構(gòu)群動力響應研究[D];大連理工大學;2012年

7 耿萍;鐵路隧道抗震計算方法研究[D];西南交通大學;2012年

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9 劉妮娜;地裂縫環(huán)境下的地鐵隧道—地層地震動力相互作用研究[D];長安大學;2010年

10 王崢崢;跨斷層隧道結(jié)構(gòu)非線性地震損傷反應分析[D];西南交通大學;2009年

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本文編號：1691068