【摘要】：自21世紀(jì)以來,我國的道路交通發(fā)展取得了舉世矚目的成就,同時也伴隨著許多的道路交通安全問題,我國西部多山,以黃土山嶺居多,因此很多高速鐵路都要通過隧道來克服這種地形和高程的障礙,從而達(dá)到縮短里程、保持道路順直等要求。由于我國地震頻發(fā),隧道的抗震問題一直是研究的重點,但是對于黃土隧道的地震動力響應(yīng)研究實例較少,因此對于黃土坡-隧結(jié)構(gòu)體系的動力問題需要進(jìn)一步的研究,黃土邊坡本身存在自身的邊坡靜力場,而邊坡的動力放大效應(yīng)和隧道洞口段本身的動力響應(yīng)又會相互影響產(chǎn)生更加復(fù)雜的應(yīng)力場,從而不同的仰坡坡度、坡高以及進(jìn)洞高程都會在地震作用下產(chǎn)生不同的動力響應(yīng),所以對黃土邊坡隧道洞口段在地震作用下的變形破壞規(guī)律和形式以及動力響應(yīng)的了解具有重要意義。本文采用數(shù)值模擬和大型振動臺模型試驗兩種方法進(jìn)行了高邊坡黃土隧道地震動力響應(yīng)的相關(guān)研究,重點進(jìn)行了仰坡坡度45°和60°下不同進(jìn)洞高程來研究黃土隧道洞口段及邊坡的失穩(wěn)破壞規(guī)律和受力特性。主要研究的內(nèi)容和結(jié)論如下:(1)查閱國內(nèi)外關(guān)于地震作用隧道洞口段的動力響應(yīng)的相關(guān)文獻(xiàn),經(jīng)過分類匯總,總結(jié)了隧道震害的類型、破壞機(jī)理以及相關(guān)的研究方法,并且通過國內(nèi)外研究進(jìn)展確定了本文的研究內(nèi)容。(2)隧道的存在對它周圍坡面的峰值加速度有一定的抑制作用,當(dāng)仰坡坡度一定時,峰值加速度與邊坡高度具有很好的正相關(guān)性,隨著坡高的增大,坡面的峰值加速度也在增大,但是這種增大并不是持續(xù)增大的,當(dāng)接近坡頂面時,坡面峰值加速度會趨于穩(wěn)定,呈現(xiàn)出一定的加速度放大效應(yīng)飽和的現(xiàn)象。(3)隨著仰坡坡度的增大,襯砌的位移也在增大,最大位移位置一般出現(xiàn)在距離洞口0~50m之間,隨著進(jìn)洞高程的增大,會有向洞口移動的趨勢,在確定隧道的抗震設(shè)防長度時應(yīng)充分考慮臨空面放大效應(yīng)的影響范圍,就襯砌位移的變化來看,隧道的抗震設(shè)防長度應(yīng)確定為距離洞口70m的范圍,也就是5.4倍的隧道洞徑。(4)坡面位移隨坡高的增大而增大,仰坡坡度增大時坡面位移的變化量也會增大,在隧道周圍,坡面位移的變化率較低,在隧道仰拱位置位移減小,隧道影響的范圍為以隧道為中心20m范圍以內(nèi),也就是1.54倍的隧道洞徑,隨著進(jìn)洞高程的增大,這種影響愈加明顯。(5)在模型試驗中當(dāng)?shù)卣鸹玖叶冗_(dá)到9度的時,坡頂面首先出現(xiàn)沿隧道軸向的裂縫,坡腳由于應(yīng)力集中產(chǎn)生剪切擠出破壞,隨著地震強(qiáng)度的增大,坡頂面會出現(xiàn)明顯的外鼓現(xiàn)象,整個坡面的破壞首先是從坡頂面發(fā)生的,說明坡頂面是地震加速度放大效應(yīng)最為明顯的位置;坡面最終的破壞是因為在坡面兩側(cè)距離坡面25~35cm的位置出現(xiàn)由于坡面外鼓引起的張拉弧形裂縫,最終貫通形成滑坡面發(fā)生滑塌破壞,坡頂平面會形成龜裂裂縫和震陷。(6)隨著臺面峰值加速度的增加,土體的卓越頻率整體向左移,土體的地震波成分越來越豐富。說明隨著地震加載次數(shù)的遞增,土體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生了改變,剪切剛度減小,土體的波阻抗ρcs在不斷減小,從而土體的自震頻率也在不斷減小,土體的破壞程度會增加。
【圖文】：

圖 1.1 隧道口處概況（孫有為，2010）[12]圖 1.2 隧道環(huán)向裂縫（孫有為，，2010）[12]酒家埡隧道全長 2282m，是劍閣至青川公路的控制性工程，隧道公路等級為二址區(qū)處于龍門山構(gòu)造帶北段后龍門山滑脫-逆沖推覆構(gòu)造帶內(nèi)，區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造較復(fù)]。在 2008 年的汶川地震中隧道還未完全貫通，據(jù)調(diào)查，酒家埡隧道主要發(fā)生的震：二襯施工縫錯動以及開裂滲水，二襯表面掉塊、錯臺和網(wǎng)狀的開裂，在洞口段出面積的垮塌，如圖 1.3、1.4 所示；仰拱回填位置具有不同程度的隆起和開裂，部分撐扭曲變形[22]。分析其破壞原因可能是由于本身的地質(zhì)條件，如斷層在地震作用下變化，加重了隧道的破壞，其次是由于地震等級高，能量大，對隧道洞口段的仰拱二襯的破壞更大，因此也可以看出隧道洞口段是隧道抗震的薄弱地段。

圖 1.1 隧道口處概況（孫有為，2010）[12]圖 1.2 隧道環(huán)向裂縫（孫有為，2010）[12]酒家埡隧道全長 2282m，是劍閣至青川公路的控制性工程，隧道公路等級為二址區(qū)處于龍門山構(gòu)造帶北段后龍門山滑脫-逆沖推覆構(gòu)造帶內(nèi)，區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造較復(fù)]。在 2008 年的汶川地震中隧道還未完全貫通，據(jù)調(diào)查，酒家埡隧道主要發(fā)生的震：二襯施工縫錯動以及開裂滲水，二襯表面掉塊、錯臺和網(wǎng)狀的開裂，在洞口段出面積的垮塌，如圖 1.3、1.4 所示；仰拱回填位置具有不同程度的隆起和開裂，部分撐扭曲變形[22]。分析其破壞原因可能是由于本身的地質(zhì)條件，如斷層在地震作用下變化，加重了隧道的破壞，其次是由于地震等級高，能量大，對隧道洞口段的仰拱二襯的破壞更大，因此也可以看出隧道洞口段是隧道抗震的薄弱地段。
【學(xué)位授予單位】：蘭州交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：U452.12

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本文編號：2673709