海底水工隧道的抗震安全性研究

论文摘要

盾构隧道已被广泛地应用于我国众多的工程建设领域,诸如电厂进排水隧道,城市地铁隧道等,然而以往的震害资料表明:隧道一旦在地震中遭受破坏,其引起的损失将是很惨重的。我国是一个多地震国家,因此有必要对水工隧道的抗震问题进行深入的研究。本文紧密结合课题“漕泾电厂取排水隧道地震液化及防治对策研究”,通过室内动三轴液化试验和有限差分法动力分析两个途径,研究了海底进排水隧道所处浅层砂质粉土层的液化可能性,并对隧道衬砌结构的抗震内力响应进行了计算和分析。本文的主要研究内容包括:1、通过室内土工试验获得工程场地⑤2号砂质粉土层的物理性指标和力学性指标。试验内容主要包括:①动三轴试验。通过振动三轴液化试验研究应力、应变和孔隙水压力这三种指标的变化规律,并推求饱和砂质粉土原状样在模拟地震的动应力作用下的液化强度;②共振柱试验。通过共振柱试验测求动剪切模量和阻尼比随剪应变变化的关系。上述试验结果可进一步用于计算和分析结构地震响应和土层液化。2、分别采用标贯击数法、Seed简化法和有限差分动力分析法判别场地土的液化特性。引入了抗液化安全系数Fl的概念和地震过程中的Martin超孔隙水压力的增长模式,沿管线轴向的不同位置选取了有代表性的四个可能液化的地层断面进行有限差分动力分析,从抗液化安全系数Fl和超孔压比ru两个指标判别液化。并将三种方法的液化判别结果进行了对比和分析。3、采用等效非线性有限差分动力时程分析法研究了地下管道的地震内力响应特性。主要考虑静载和地震荷载共同作用条件下衬砌结构的轴力、剪力和弯矩等内力的大小和变化情况,找出最大内力出现的位置,为结构的抗震设计提供荷载参数,探索了圆形断面地下结构的地震响应内力分布和变化规律。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 研究的背景和意义
• 1.2 地下取排水管道的震害
• 1.2.1 震害情况
• 1.2.2 震害的原因
• 1.3 地下结构与地上结构抗震机理之别
• 1.4 地下结构抗震设计和砂土液化研究的发展
• 1.4.1 地下结构抗震设计常用方法的发展
• 1.4.1.1 静力法
• 1.4.1.2 动力法
• 1.4.2 砂土液化问题研究的发展
• 1.5 本文主要研究内容
• 第2章 地下结构动力分析的拉氏有限差分基本原理
• 2.1 拉氏有限差分动力分析概述
• 2.2 动力分析的基本方程及其差分格式
• 2.2.1 动力平衡微分方程
• 2.2.2 变量的空间导数的近似差分格式
• 2.2.3 结点位移的计算
• 2.2.4 单元应力的计算
• 2.2.5 结点不平衡力的计算
• 2.2.6 地下结构的模拟
• 2.2.7 时步的确定
• 2.3 土-结构动力相互作用的接触面模型
• 2.4 计算区域的人工边界模型
• 2.5 抗震分析的求解步骤
• 2.6 等价线性法与完全非线性法
• 2.6.1 等价线性法的特点
• 2.6.2 完全非线性法的特点
• 2.7 本章小结
• 第3章 场地土的力学性质室内试验研究
• 3.1 场地地基土分布概述
• 3.2 室内试验研究的目的
• 3.3 固结不排水剪三轴试验
• 3.3.1 试验设备简介
• 3.3.2 试验简介
• 3.3.3 试验成果
• 3.4 动三轴液化试验
• 3.4.1 试验设备简介
• 3.4.2 试验简介
• 3.4.3 试验成果
• 3.5 共振柱试验
• 3.5.1 试验仪器简介
• 3.5.2 试验简介
• 3.5.3 试验成果
• 3.6 本章小结
• 第4章 海底隧道所处砂质粉土层的地震液化研究
• 4.1 判别砂土液化的方法综述
• 4.1.1 现场标贯试验判别法
• 4.1.2 静力触探比贯入阻力判别法
• 4.1.3 剪切波速判别法
• 4.1.4 振动三轴液化试验判别法
• 4.1.5 NCEER判别法
• 4.1.6 EERC概率判别法
• 4.1.7 RBF概率判别法
• 4.1.8 动力分析判别法
• 4.2 标贯击数法判别场地土液化
• 4.3 Seed简化法判别场地土液化
• 4.4 有限差分动力分析法判别场地土液化
• 4.4.1 有限差分法判别液化原理
• 4.4.2 液化地层危险断面的选取原则
• 4.4.3 有限差分法判别液化的计算结果
• 4.4.4 动力有限差分法判别液化的结论
• 4.5 本章小结
• 第5章 隧道衬砌结构的地震响应内力分析
• 5.1 有限差分法分析地震响应概述
• 5.1.1 基本假定
• 5.1.2 计算区域和边界条件
• 5.1.3 计算参数
• 5.2 选取分析断面
• 5.3 有限差分法计算隧道地震响应内力
• 5.3.1 各断面的内力分析结果
• 5.3.2 计算结果分析
• 5.4 本章小结
• 第6章 结论与展望
• 致谢
• 参考文献
• 个人简历 在读期间发表的学术论文与研究成果