【摘要】：本文以四川省境內(nèi)汶(川)—馬(爾康)高速公路趕羊溝隧道為工程背景,選擇臥龍波作為地震動輸入荷載,利用數(shù)值模擬開展研究高速公路雙線偏壓隧道洞口段動力響應(yīng)特性,并針對趕羊溝隧道出口位于河谷這一實際情況,進行隧道穿越不同河谷地形時隧道結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)特性研究。具體進行了以下工作并得到了相應(yīng)的成果:(1)截取原始臥龍波能量最大的5-26s這一時段作為地震動輸入荷載,利用地震波處理軟件進行濾波以及基線校正,并根據(jù)隧道所在地區(qū)抗震設(shè)防烈度,對截取修正后的臥龍波加速度時程曲線進行調(diào)整,最后確定數(shù)值模擬動力荷載輸入方向。(2)借助數(shù)值模擬軟件進行趕羊溝雙線偏壓隧道洞口段動力響應(yīng)三維數(shù)值模擬,得到了雙線偏壓隧道洞口段的加速度、位移、應(yīng)力以及內(nèi)力的動力響應(yīng)值。以距洞口6m監(jiān)測斷面拱頂位移動力響應(yīng)位移值為例,高山側(cè)隧道拱頂橫向、軸向以及豎向峰值位移分別為-8.90911cm、4.70253cm和8.36907cm,低山側(cè)隧道拱頂橫向、軸向以及豎向峰值位移為-8.21675cm、5.47023cm和8.84747cm。對比偏壓雙線隧道洞口段拱頂?shù)膭恿憫?yīng)峰值位移,發(fā)現(xiàn)高山側(cè)隧道橫向動力響應(yīng)相較于低山側(cè)隧道更強,顯示出明顯的偏壓效應(yīng);同時發(fā)現(xiàn)埋深較淺的低山側(cè)隧道軸向以及豎向動力響應(yīng)峰值位移相較于埋深較深的高山側(cè)隧道更強,揭示了隧道埋深對隧道結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)的影響,即埋深越深,隧道結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)越小。(3)對比雙線偏壓隧道低山側(cè)隧道內(nèi)各監(jiān)測節(jié)點的各方向峰值位移,提取距洞口6m監(jiān)測斷面兩個拱腰位置動力響應(yīng)峰值位移為例,高山側(cè)拱腰橫向、軸向以及豎向峰值位移分別為-7.31948cm、5.40949cm和8.32736cm;低山側(cè)拱腰橫向、軸向以及豎向峰值位移分別為-6.82203cm、5.12716cm和7.56093cm。發(fā)現(xiàn)高山側(cè)監(jiān)測節(jié)點(墻腳、拱腳以及拱腰)的動力響應(yīng)均強于另一側(cè),偏壓效應(yīng)明顯。(4)研究隧道穿越河谷地形一側(cè)山體時,不同谷底寬度對隧道結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)的影響。谷底寬度為15m時,隧道距洞口6m監(jiān)測斷面處拱頂橫向、軸向以及豎向動力響應(yīng)峰值加速度分別為7.2194m/s~2、8.0228m/s~2和9.0229m/s~2;谷底寬度為30m時,拱頂橫向、軸向以及豎向動力響應(yīng)峰值加速度分別為6.9998m/s~2、7.6682m/s~2和8.8147m/s~2;谷底寬度為45m時,拱頂橫向、軸向以及豎向動力響應(yīng)峰值加速度分別為6.6300m/s~2、7.5564m/s~2和8.5593m/s~2。發(fā)現(xiàn)隧道動力響應(yīng)隨河谷谷底寬度的減小而逐漸增強。(5)研究隧道穿越河谷地形一側(cè)山體時,穿越側(cè)山體高度對隧道結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)的影響。山體高度為45m時,隧道距洞口6m監(jiān)測斷面處拱頂橫向、軸向以及豎向動力響應(yīng)峰值加速度分別為6.7056m/s~2、10.0583m/s~2和11.0065m/s~2;山體高度為60m時,拱頂橫向、軸向以及豎向動力響應(yīng)峰值加速度分別為6.7998m/s~2、7.6682m/s~2和8.8147m/s~2;山體高度為75m時,拱頂橫向、軸向以及豎向動力響應(yīng)峰值加速度分別為7.6031m/s~2、7.3643m/s~2和7.8725m/s~2。發(fā)現(xiàn)隧道結(jié)構(gòu)橫向動力響應(yīng)隨著河谷高度的增加而增強,但是由于河谷高度的增加,造成隧道埋深的增加而導(dǎo)致隧道結(jié)構(gòu)軸向以及豎向動力響應(yīng)隨著河谷高度的增加而減弱。(6)研究隧道穿越河谷地形一側(cè)山體時,穿越側(cè)河谷坡腳坡度對隧道結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)的影響。坡腳坡度65°時,隧道距洞口12m監(jiān)測斷面處拱頂橫向、軸向以及豎向動力響應(yīng)峰值加速度分別為5.8377m/s~2、7.3974m/s~2和8.1940m/s~2;坡腳坡度為55°時,拱頂橫向、軸向以及豎向動力響應(yīng)峰值加速度分別為6.9716m/s~2、8.1324m/s~2和8.6126m/s~2;坡腳坡度為45°時,拱頂橫向、軸向以及豎向動力響應(yīng)峰值加速度分別為7.6275m/s~2、8.6126m/s~2和9.9715m/s~2。發(fā)現(xiàn)河谷坡腳坡度45°情況下隧道結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)最強,坡度為55°時次之,坡度為65°時最弱。
【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】：U451
【圖文】：

3.1 地震波選取2008 年 5 月 12 日汶川 8.0 級地震發(fā)生后，造成了震區(qū)范圍內(nèi)隧道的強烈破壞，而趕羊溝隧道位于四川省馬爾康市，所以本文選擇四川汶川地震中所記錄的臥龍波為地震動輸入荷載，由 165s 的原始資料中截取 5s 至 26s 這一能量最大的區(qū)段作為數(shù)值模擬的地震動輸入荷載。（1）原始東西加速度時程曲線（2）原始南北加速度時程曲線

南北加速度時程曲線（3）原始豎向加速度時程曲線圖 3.1 臥龍波原始加速度時程曲線圖3.2 濾波及基線校正因為在地震反應(yīng)分析中，常使用離散的荷載列表，因此在施加之前有必要進行濾波和基線校正。濾波的目的是過濾掉原有波形中的高頻分量，因為由式 3.1 可知地震波的最大頻率對網(wǎng)格尺寸的影響較大，最大頻率越高，滿足精度條件下的網(wǎng)格尺寸越小。采用濾波的方式，可以減小地震波的最大頻率，從而增大計算所需的最小網(wǎng)格尺寸，減小單元數(shù)量，達到節(jié)約計算時間的目的。 ≤ (18110) （3.1）式中 λ 為最高頻率對應(yīng)的波長。

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本文編號：2720646