【摘要】：中國西部地處青藏高原,地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜,地殼運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈,地震活動(dòng)頻繁。在該地區(qū)建設(shè)有諸多隧道工程,它們無疑都將面臨高風(fēng)險(xiǎn)強(qiáng)震災(zāi)害的威脅。為保障隧道在全壽命周期內(nèi)的運(yùn)行安全,深入開展隧道工程的減震方法和減震機(jī)理研究,具有理論和工程意義。本文依托西藏嘎隆拉隧道工程,以縱向減震縫為研究對象,借助理論分析、室內(nèi)模型試驗(yàn)和有限元數(shù)值仿真等技術(shù)手段,深入研究了減震縫的動(dòng)力響應(yīng)特征以及減震機(jī)理,主要研究工作和成果如下:(1)考慮隧道襯砌結(jié)構(gòu)中地震波的縱向傳播路徑,以彈性波動(dòng)力學(xué)理論為基礎(chǔ),建立了地震波穿越減震縫的縱向傳播理論模型,然后基于該模型,提出了減震縫的減震效果判別式,通過在不同工況下代入襯砌和減震縫材料的具體力學(xué)參數(shù),對比地震波穿越減震縫前后振幅大小的變化,評價(jià)了減震縫的減震效果。最后,結(jié)合經(jīng)典模型試驗(yàn)工況,驗(yàn)證了縱向傳播理論模型和減震效果判別式的準(zhǔn)確性和適用性。(2)針對瀝青混合料和橡膠兩種隧道減震縫材料開展動(dòng)態(tài)力學(xué)試驗(yàn),探究了材料在地震頻率荷載下的動(dòng)力響應(yīng)特征。結(jié)果表明:瀝青混合料的動(dòng)態(tài)模量隨著加載頻率的增加而增加,但隨著加載頻率的不斷增加,混合料動(dòng)態(tài)模量的增加速率明顯下降,并逐漸趨于平緩;而在地震荷載的頻率范圍內(nèi),橡膠材料的彈性模量基本保持不變。(3)借助雙軸動(dòng)態(tài)加載試驗(yàn)機(jī)和光學(xué)應(yīng)變測量設(shè)備,在地震荷載頻率下開展混凝土—減震縫模型的動(dòng)態(tài)循環(huán)加卸載和應(yīng)變監(jiān)測試驗(yàn),綜合考慮減震縫的彈性模量、厚度以及循環(huán)加載方式,設(shè)置18組不同的試驗(yàn)工況,探究了減震縫的減震機(jī)理。結(jié)果表明:減震縫的彈性模量和厚度對其減震效果影響顯著,彈性模量越低、厚度越大的減震縫對應(yīng)力或應(yīng)變的削減作用越明顯,地震荷載下,越能對縫后襯砌結(jié)構(gòu)起到保護(hù)作用。(4)依托嘎隆拉隧道工程,基于有限元數(shù)值仿真,建立了隧道洞口的三維模型,綜合考慮減震縫的彈性模量、厚度、間距、數(shù)量以及位置,設(shè)置32組不同的計(jì)算工況,通過對比各工況下隧道洞口監(jiān)測斷面的動(dòng)力響應(yīng)特征,探究了減震縫的減震機(jī)理。結(jié)果表明:減震縫的彈性模量、厚度、間距、數(shù)量以及位置(距離洞口的長度)等因素均可對隧道整體的減震效果產(chǎn)生影響。其中,彈性模量越小、厚度越大、間距越小、數(shù)量越多、布縫區(qū)間距離洞口越近,減震效果越好。針對所建隧道洞口模型,評價(jià)了減震縫厚度、間距、數(shù)量、位置這4個(gè)因素對隧道整體減震效果的影響權(quán)重比例,確定為36:14:48:25。(5)依托嘎隆拉隧道工程,結(jié)合所建洞口模型和工況設(shè)置,討論了減震縫的工程適用性,得出結(jié)論:瀝青混合料減震縫滿足隧道7度抗震設(shè)防要求,而橡膠減震縫性能更優(yōu),滿足隧道8度抗震設(shè)防要求。另外,減震縫的最佳布置方案為采用丁苯橡膠材料,厚度取20 cm,間距取10 m,數(shù)量取3層,布縫區(qū)間距洞口取5 m。
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：U452.28
【圖文】：

圖１．１隧道工程典型震害逡逑

震效果判別式的準(zhǔn)確性和適用性。逡逑２．１地震波縱向傳播理論模型逡逑隧道襯砌結(jié)構(gòu)中，地震波縱向傳播理論模型如圖２．１所示。根據(jù)彈性波動(dòng)力逡逑學(xué)理論，做出以下６點(diǎn)假設(shè)：（１）隧道襯砌結(jié)構(gòu)中近洞口段襯砌、減震縫、遠(yuǎn)端逡逑襯砌均為連續(xù)介質(zhì)，介質(zhì)中的應(yīng)力、應(yīng)變和位移等物理量都可以用坐標(biāo)的連續(xù)函逡逑數(shù)表示；（２）襯x2結(jié)構(gòu)中各介質(zhì)滿足均勻且各向同性假設(shè)，介質(zhì)各部分都具有相逡逑１２逡逑

２．３．１試驗(yàn)概況逡逑２．３．１．１減震縫布置方式逡逑隧道減震縫的布置方式如圖２．２所示。逡逑Ｕ＾——？初支逡逑Ｘｘｘｘｘｘｘｘｘｉ－ｔｅ＜ｘｘｘｘｘｘｘｘｘｘｘｘ＾邋ｉｘｘｘｘｘｘｘｙｙ逡逑ｂ邋＼十邐ｂ邐Ｈ逡逑減震縫逡逑圖２．２減震縫布置方式逡逑１９逡逑

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2774952