高烈度地震区行波效应下断层对隧道的动力影响和加固措施研究

论文摘要

在隧道的线路设计中,不可避免的会遇到隧道穿越断层破碎带的情况,断层破碎带影响范围的确定和减小断层破碎带对隧道结构的稳定性及安全行是设计和施工的重点和难点之一。随着西部大开发战略的实施,大量的公路、铁路和水电隧道相继修建。西部地区的基础建设不可避免地会遇到在断层附近和高烈度地震区兴建隧道工程的问题。研究地下结构在地震荷载作用下的动力响应,不仅具有重大的经济意义,同时具有深远的社会意义。穿越断层隧道作为一种特殊的隧道结构形式,在高烈度地震区,需要研究其地震动力响应规律和对应的减震措施。本文结合“高烈度地震区隧道结构抗震减震耦合技术研究”项目,采用数值模拟方法,对穿越断层隧道地震动力响应规律进行了研究。本文主要内容如下：(1)对勒布果拉吉隧道水平地震波进行了时频分析,基于地震波中存在零线漂移的问题,对勒布果拉吉隧道水平地震波进行了基线校正,并且在计算中应用多点激震的方式(行波效应),来模拟地震波的传播过程。(2)数值模拟研究了断层宽度、断层倾角和围岩参数的变化对穿越断层隧道的地震动力响应的影响,分析总结了相应参数变化对断层影响范围的影响规律。(3)通过改变注浆层厚度和注浆层长度两种方案对穿越断层隧道的注浆效果进行了数值模拟研究,分析总结了注浆厚度和注浆长度的变化对穿越断层隧道地震动力响应的影响规律。(4)通过改变锚杆加固长度对穿越断层隧道的减震效果进行了数值模拟研究,分析总结了锚杆长度变化对穿越断层隧道地震动力响应的影响规律。(5)通过施加变形缝对穿越断层隧道的减震效果进行了数值模拟研究,分析总结了变形缝对穿越断层隧道地震动力响应的影响规律。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 隧道震害实例及震害特点
• 1.2.2 汶川地震隧道震害分析
• 1.2.3 汶川地震中隧道地震破坏的主要形式
• 1.2.4 地震引起的隧道破坏机制
• 1.3 隧道抗减震问题的国内外研究现状
• 1.3.1 国外研究现状
• 1.3.2 国内研究现状
• 1.3.3 隧道及地下结构抗震研究基本方法
• 1.4 问题的提出和本文的主要研究内容
• 1.4.1 问题的提出
• 1.4.2 本文主要研究内容
• 第二章 隧道与地下工程动力数值模拟分析基础
• 2.1 FLAC3D软件的计算原理
• 3D运动方程'>2.1.1 FLAC^3D运动方程
• 3D空间差分方程'>2.1.2 FLAC^3D空间差分方程
• 2.2 人工边界条件
• 2.2.1 粘性边界的推导
• 2.2.2 粘性边界的波动激励输入
• 2.2.3 自由场边界
• 2.3 地震动输入
• 2.4 阻尼
• 2.5 地震波的传播及基线校正
• 2.5.1 地震波的传播
• 2.5.2 地震波基线校正
• 2.6 地震波的行波效应
• 2.6.1 地震波行波效应概论
• 2.6.2 地震波行波效应时程分析法基本原理
• 2.7 地震波的时频分析
• 2.8 动力边界条件
• 2.9 小结
• 第三章 行波效应下穿越断层隧道动力响应规律研究
• 3.1 数值模拟计算条件
• 3.2 穿越断层隧道地震动力响应规律分析
• 3.2.1 行波效应与地震波一致输入对比分析
• 3.2.2 不同断层宽度下断层影响范围对比
• 3.2.3 不同断层倾角下断层影响范围对比
• 3.2.4 不同围岩条件下断层影响范围对比
• 3.3 本章小结
• 第四章 穿越断层隧道影响范围减震措施研究
• 4.1 地下结构减震措施及方法
• 4.2 注浆加固对断层破碎带的影响
• 4.2.1 不同注浆加固层厚度对断层影响范围对比
• 4.2.2 不同注浆层纵向加固范围对断层影响范围对比
• 4.3 锚杆支护对断层破碎带的影响
• 4.3.1 不同锚杆长度对断层水平位移影响范围对比
• 4.3.2 不同锚杆长度对断层第一主应力影响范围对比
• 4.4 沉降缝对断层破碎带的影响
• 4.4.1 变形缝对断层水平位移影响对比
• 4.4.2 变形缝对断层第一主应力影响
• 4.4.3 施加变形缝后塑性区范围比较
• 4.5 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果