【摘要】：近年來國內(nèi)外大力發(fā)展地下交通新途徑的趨勢日益增高,修建大型跨�？缃淼酪呀�(jīng)是未來國內(nèi)外交通建設(shè)的主要規(guī)劃目標。然而,國內(nèi)很多地區(qū)處在地震烈度較高且震害機率較大的地震帶上,且近幾年頻發(fā)的高強度地震災(zāi)害表明,地下結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計和施工是土木工作者亟待解決的問題,因此,考慮流固動力耦合情況下隧道結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)研究變得尤為重要。本文基于Biot多孔介質(zhì)動力理論,借助在解決多場耦合作用問題上有巨大優(yōu)勢的Comsol Multiphysics有限元軟件,對不同情況下的飽和土體內(nèi)隧道結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)情況進行研究模擬分析。具體研究工作包括:1.利用Comsol Multiphysics在求解多場耦合問題上的優(yōu)勢,通過對Comsol提供的PDE模塊進行二次開發(fā),實現(xiàn)了Biot飽和多孔介質(zhì)u-w流固耦合形式下波動方程的求解。2.建立基于Comsol軟件的飽和多孔介質(zhì)粘彈性人工邊界條件的施加方法以及相應(yīng)波動輸入方式,實現(xiàn)了采用Comsol有限元軟件對飽和土場地的地震反應(yīng)分析。通過與典型內(nèi)源、外源問題解析解對比,驗證了該方法的可行性和正確性。3.建立飽和土體一隧道結(jié)構(gòu)的Comsol有限元分析模型,分別模擬分析了在P波以及SV波作用下,不同隧道埋深和不同土體性質(zhì)條件下結(jié)構(gòu)在位移、應(yīng)力以及孔隙水壓力幾個方面的地震動力響應(yīng)情況,主要得出以下結(jié)論:(1)在兩種不同地震波(P波和SV波)作用下,結(jié)構(gòu)整體的位移時程變化趨勢與輸入地震波的位移時程變化趨勢相近,且當隧道的相對埋深和土體的彈性模量增大時,隧道結(jié)構(gòu)的整體位移響應(yīng)有減弱的趨勢。(2)隨著隧道埋深的增加,結(jié)構(gòu)在兩種不同地震動力作用時,各關(guān)鍵節(jié)點的應(yīng)力及結(jié)構(gòu)外側(cè)的孔隙水壓會出現(xiàn)先增加后減小的往復波動情況。因此,僅通過改變埋深來提高結(jié)構(gòu)整體的抗震性能是不全面的,應(yīng)綜合考慮地質(zhì)條件、施工技術(shù)等多種實際工程情況來確定結(jié)構(gòu)的最佳埋深。(3)地震作用下,結(jié)構(gòu)和土體的相對剛度(柔度比)對隧道抗震性能的影響十分顯著,當柔度比增加時,結(jié)構(gòu)各處的應(yīng)力及外側(cè)孔隙水壓會隨之減小,且應(yīng)力最大減幅達到47.7%。隧道結(jié)構(gòu)對于周圍土體的柔性越大,即柔度比越大,結(jié)構(gòu)的抗震性越優(yōu)。而僅增加結(jié)構(gòu)的強度,會使其柔度比降低,并不利于提高結(jié)構(gòu)的抗震性能。
【圖文】：

和分別為沿邊界法向與切向處的速度分量；＾和＇《ｗ，￣為無量綱參數(shù)。此邊界方法原理簡單，，簡便。因此在工程中應(yīng)用較多。當波動大角度入射時，作用較差，存在一定局限性。逡逑界逡逑５９］提出了透射邊界的理論，其原理是直接在模型邊界界向無限域透射的過程。作為一種時域型局部人工邊有限差分法等計算方法相結(jié)合。公式中不同的透射階效果。逡逑邊界逡逑工邊界邊界由ＤｅｅｋＳ［６０］提出的，假定散射波是二維柱面導過程與粘性邊界相類似。粘彈性邊界實施的原理是施加一定的彈簧和阻尼器，介質(zhì)的彈性恢復能力由彈由阻尼器所消耗，從而達到施加人工邊界的目的。圖２－示意圖：逡逑

Ｃｏｎｓｔｒａｉｎｔ接口中的“將反作用力項用于”編輯窗口中分別輸入：逡逑＾■ｓＴＵｐ邋＋邋＾－ｓＴＶｐ邋＞邋ＫｓＮＵＰ邋＋邋ＣｓＮＶＰ邋＋邋ＫｆｆｊＵｐ邋＋邋Ｃ＃ｐ逡逑人工邊界中切向的彈簧阻尼的作用力；第二分別固相部分對應(yīng)的邊界上切向彈簧和阻分對應(yīng)的邊界上法向彈簧和阻尼系數(shù)；彈簧和阻尼系數(shù)；分別為入射地震波的立的求解方法及人工邊界的施加方法的有效模型，該模型與ＳｉｍｏｎＭ等給出了不同激勵條解析解模型一致，將得到的數(shù)值解與解析解對＾（ｔ）邋ｐ＝0逡逑
【學位授予單位】：北京交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：U452.28

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本文編號：2632566