公路隧道抗震优化数值模拟分析

论文摘要

地震对交通基础设施危害极大，作为交通线路基本组成部分的隧道工程在地震中也常受到严重损坏。2008年5月12日汶川8级地震，导致大量的崩塌、滚石、滑坡、地裂缝以及次生泥石流等地质灾害，造成隧道衬砌开裂及洞口堵塞等，严重影响了灾后快速及时的救援减灾工作。故对地震区隧道工程的地震安全性提出了全新的研究命题和更高的抗震技术要求。为了防灾减灾，探讨地震破坏机理，研究防震措施十分必要。本文以武罐高速公路山岭隧道抗震技术及优化设计项目为背景，以小石村隧道洞口段为依托工程，进行了以下几方面的研究：1.论文在广泛收集国内、外隧道震害实例的基础上，通过分类统计和归纳，系统总结出地震区山岭隧道洞口段的震害特点、影响因素、破坏模式及破坏机理。2.分析确定了小石村隧道的工程地质条件及地震动参数，讨论了数值计算模型建立过程中单元网格划分、本构模型、动力边界条件等问题，确定了隧道动力反应分析的主要计算参数。3.基于建立的模型，利用MIDAS/GTS软件对该隧道洞口段进行了地震动响应分析，分别研究了隧道洞口段在横向水平地震、竖向水平地震和竖向地震作用下，隧道结构的位移、加速度和应力的响应规律。4.在总结归纳国内外隧道结构抗震研究成果的基础上，确定了以注浆加固围岩为小石村隧道洞口段的抗震措施，并按照注浆范围分别为3m、6m、8m进行抗震效果分析，研究了在横向水平地震作用下的隧道结构位移、加速度及应力的响应规律，从模拟计算结果分析，确定出6m左右为最佳加固厚度。

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 公路隧道研究
• 1.2.2 隧道抗震研究
• 1.3 主要研究内容、思路
• 1.3.1 研究内容
• 1.3.2 研究思路
• 第二章 隧道震害特征及启示
• 2.1 隧道破坏概况
• 2.1.1 历史地震中隧道震害
• 2.1.2 汶川地震隧道震害
• 2.2 隧道震害破坏模式
• 2.3 隧道震害机理
• 2.4 隧道震害影响因素
• 2.4.1 地震动强度
• 2.4.2 围岩性质
• 2.4.3 隧道结构特性
• 2.4.4 经验与启发
• 第三章 隧道地震动力有限元分析的理论方法
• 3.1 计算软件
• 3.2 单元类型及有限元模型
• 3.3 本构模型
• 3.3.1 塑性变形的屈服标准 （yield criteria）
• 3.3.2 定义塑性变形用的流动法则 （flow rule）
• 3.4 动力分析基本理论
• 3.4.1 运动平衡方程
• 3.4.2 阻尼矩阵的确定
• 3.4.3 有限元体系的振型分析
• 3.4.4 边界条件
• 3.4.5 运动方程的求解
• 第四章 隧道工程概况和地震动力特征
• 4.1 项目背景
• 4.2 工程地质特征
• 4.2.1 地形地貌
• 4.2.2 地层岩性
• 4.2.3 水文地质条件
• 4.2.4 不良地质条件
• 4.3 隧道工程围岩特征及分级
• 4.4 隧址区地震动力特征
• 4.4.1 隧址区地震危险性概率
• 4.4.2 地震动参数
• 第五章 计算模型的建立
• 5.1 模型范围
• 5.2 地震动输入参数
• 5.3 隧道衬砌和围岩计算物理力学参数
• 第六章 地震动作用下隧道结构动力反应分析
• 6.1 横向水平地震动力分析
• 6.1.1 位移反应分析
• 6.1.2 加速度反应分析
• 6.1.3 二次衬砌的最大、最小主应力
• 6.1.4 验算隧道二次衬砌是否安全
• 6.2 纵向水平地震动力分析
• 6.2.1 位移反应分析
• 6.2.2 加速度反应分析
• 6.2.3 二次衬砌的最大、最小主应力
• 6.2.4 验算隧道二次衬砌是否安全
• 6.3 竖向地震动力分析
• 6.3.1 位移反应分析
• 6.3.2 加速度反应分析
• 6.3.3 二次衬砌的最大、最小主应力
• 6.3.4 验算隧道二次衬砌是否安全
• 第七章 公路隧道洞口段抗震措施
• 7.1 隧道抗震减震措施
• 7.2 隧道洞口抗震措施数值模拟分析
• 7.2.1 抗震措施的模拟及参数选择
• 7.2.2 洞口段地震反应分析
• 第八章 结论
• 参考文献
• 致谢