發(fā)布時(shí)間：2019-10-07 22:47

【摘要】：隨著我國“一帶一路”戰(zhàn)略對中西部鐵路建設(shè)投資力度的進(jìn)一步加大,黃土地震區(qū)隧道安全問題日漸突出。如目前已建成的寶蘭客運(yùn)專線、蘭渝鐵路,正在修建的成蘭鐵路、銀西鐵路等都穿越黃土地震帶。目前學(xué)術(shù)界對巖質(zhì)山嶺隧道的研究成果較多,眾多專家學(xué)者對隧道洞口段的抗震問題給予了足夠的關(guān)注,但對黃土隧道的研究仍然由于缺乏實(shí)際震害資料,相對比較滯后。長期以來,進(jìn)洞高程作為影響黃土隧道洞口段坡-隧系統(tǒng)動(dòng)力響應(yīng)的重要參數(shù),很少得到關(guān)注。因此,論文將進(jìn)洞高程作為一個(gè)關(guān)鍵參數(shù),針對在邊坡不同高程位置處進(jìn)洞的隧道洞口段坡-隧系統(tǒng)所表現(xiàn)出的震害特點(diǎn),借助振動(dòng)臺(tái)模型試驗(yàn)與數(shù)值模擬分析,定性的研究了坡-隧系統(tǒng)動(dòng)力響應(yīng)的特點(diǎn),主要研究內(nèi)容及結(jié)論如下:(1)通過調(diào)研國內(nèi)外對隧道洞口段震害機(jī)理、抗震設(shè)計(jì)方法以及抗減震措施的研究成果,總結(jié)了洞口邊坡高程放大效應(yīng)和襯砌地震波放大效應(yīng)的特點(diǎn),提出了論文的研究思路及內(nèi)容。(2)根據(jù)選題背景、研究內(nèi)容及目的、試驗(yàn)條件等設(shè)計(jì)了相似比為1:70的隧道洞口段坡-隧系統(tǒng)大型振動(dòng)臺(tái)模型試驗(yàn),坡腳進(jìn)洞和1/2倍坡高進(jìn)洞模型試驗(yàn)震害觀測結(jié)果表明:坡-隧系統(tǒng)坡高、坡角、入射地震波、巖土體材料、填筑方式、襯砌結(jié)構(gòu)相同,進(jìn)洞高程不同,洞口段破壞形態(tài)不同,破壞程度各異。黃土隧道洞口段在X向地震波作用下,洞口邊仰坡較隧道結(jié)構(gòu)更易發(fā)生震害,主要震害形式以邊仰坡的開裂、滑塌、失穩(wěn)及震陷破壞為主,地震波振動(dòng)效應(yīng)引起的地震慣性力是影響震害形式的主導(dǎo)因素。(3)兩組模型試驗(yàn)中有隧道下穿邊坡與無隧道下穿邊坡震害特點(diǎn)觀測結(jié)果表明,有隧道下穿邊坡的震害要比無隧道下穿的邊坡破壞嚴(yán)重,隧道進(jìn)洞高程越大,有隧道下穿的邊坡破壞越早,而且洞門附近破壞越嚴(yán)重。隧道洞口段襯砌結(jié)構(gòu)對地震波具有明顯的放大作用,進(jìn)洞高程越高,這種放大作用越顯著,地震波傳播效應(yīng)形成的坡面疊加波場決定著坡-隧系統(tǒng)的破壞模式。(4)在兩組振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)?zāi)Ｐ痛硇蕴卣鞑课宦裨O(shè)監(jiān)測元件,通過對監(jiān)測數(shù)據(jù)的對比分析發(fā)現(xiàn),沿與隧道軸線平行的水平向入射激振,激振幅值增大,襯砌結(jié)構(gòu)和邊坡加速度響應(yīng)顯著增大,表現(xiàn)出襯砌結(jié)構(gòu)加速度對圍巖振動(dòng)加速度響應(yīng)的追隨性;進(jìn)洞高程對襯砌結(jié)構(gòu)加速度響應(yīng)的影響與激振幅值的大小密切相關(guān),坡腳進(jìn)洞的隧道模型加速度響應(yīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于1/2倍坡高處進(jìn)洞襯砌結(jié)構(gòu)的加速度響應(yīng),進(jìn)洞高程對高烈度地震作用下隧道洞口段襯砌的加速度響應(yīng)有顯著的放大作用,監(jiān)測數(shù)據(jù)結(jié)果和模型發(fā)生震害的位置得到相互驗(yàn)證。(5)基于Midas-GTS三維有限元數(shù)值模型,對比分析了坡腳進(jìn)洞和1/2倍坡高處進(jìn)洞兩種工況下黃土隧道襯砌結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng),并與模型試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對比分析,給出了黃土隧道洞口段抗震設(shè)防長度,在距離洞口8倍洞徑范圍需要考慮進(jìn)洞高程對地震波放大效應(yīng)的影響,超過8倍洞徑后,進(jìn)洞高程對襯砌的加速度響應(yīng)無明顯影響�？蔀閷�(shí)際工程中洞口段抗震設(shè)計(jì)提供參考。
【圖文】：

第 1 章 緒論1.1 發(fā)展概述及研究意義籠統(tǒng)來講，一般意義上的隧道是指修建在地下或水中，具有一定內(nèi)部凈空斷面的地或水下建筑結(jié)構(gòu)，按其用途可以大致分為交通隧道、水工隧道、市政隧道及礦山隧道等，其中交通隧道又可細(xì)分為鐵路隧道、公路隧道、地下鐵道、水底隧道和人行隧道[1]。而對于主要起交通運(yùn)輸功能的隧道工程，常常被譽(yù)為交通運(yùn)輸線上的“咽喉”，其要性可見一斑。另外，我國是一個(gè)多山的國家，在山嶺地區(qū)依靠隧道結(jié)構(gòu)可以克服地和高程障礙，避免展線、縮短里程，保持線路順直，提高旅客舒適度、節(jié)省出行時(shí)間其他工程無法比擬的優(yōu)勢，在現(xiàn)代鐵路、公路建設(shè)中扮演著越來越重要的角色，發(fā)揮巨大的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)效益。近年來交通隧道呈現(xiàn)出了非常明顯的增長趨勢，具體表現(xiàn)為程數(shù)不斷增加，特長和長大隧道以及大規(guī)模隧道群不斷涌現(xiàn)，高施工難度復(fù)雜地質(zhì)條隧道屢屢出現(xiàn)。圖 1.1 反映了我國近些年來隧道建設(shè)工程的增長情況[2]。

這些隧道在穿越山嶺時(shí)的進(jìn)洞位置設(shè)計(jì)大多只是為了滿足平面線形布置和高程設(shè)置的需要（如圖2.1），并沒有考慮進(jìn)洞高程對隧道洞口段抗震設(shè)防的影響。本著安全第一的原則和考慮到隧道工程是救援生命線的“咽喉”，研究隧道進(jìn)洞高程對其洞口段動(dòng)力響應(yīng)的影響有著巨大的現(xiàn)實(shí)意義。圖 2.1 不同進(jìn)洞高程的黃土隧道工程本次振動(dòng)臺(tái)模型試驗(yàn)，以鄭西客運(yùn)專線和寶蘭客運(yùn)專線上比較典型的黃土隧道為工程背景（王家溝隧道）。為了節(jié)省試驗(yàn)?zāi)Ｐ椭谱鲿r(shí)間，忽略洞門、仰坡及截排水溝等附屬結(jié)構(gòu)，只施做洞口邊坡，分別制作兩組試驗(yàn)?zāi)Ｐ�，邊坡材料均采用蘭州劉家坪某黃土邊坡（Q3），隧道模型選用石膏作為制作的骨料。一組設(shè)計(jì)為隧道從坡底進(jìn)洞，另一組設(shè)計(jì)為隧道從1/2倍坡高處進(jìn)洞，以對比研究不同進(jìn)洞高程情況下黃土隧道洞口段的動(dòng)力響應(yīng)特征異同，重點(diǎn)關(guān)注不同部位最大峰值加速度、關(guān)鍵部位最大剪應(yīng)變及土壓力，為隧道抗震設(shè)防提供理論參考并指導(dǎo)抗減震措施選擇。兩組試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷倪吰戮捎秒p面坡形式，坡的一邊埋隧道，另一邊不埋隧道結(jié)構(gòu)只施做無隧道邊坡，，其目的是通過模型試驗(yàn)初探坡-隧系統(tǒng)相互影響、交互作用的機(jī)制。2.2 試驗(yàn)方案為完成上述試驗(yàn)?zāi)康暮屠矛F(xiàn)有試驗(yàn)條件，最終確定兩組模型試驗(yàn)相似比均為 1:70。
【學(xué)位授予單位】：蘭州交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：U452.28

【參考文獻(xiàn)】

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相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

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本文編號(hào)：2545957