隧道工程縱向減震縫動力響應(yīng)及減震機(jī)理研究.pdf

1、中國西部地處青藏高原，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，地殼運動強(qiáng)烈，地震活動頻繁。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)險強(qiáng)震災(zāi)害的威脅。為保障隧道在全壽命周期內(nèi)的運行安全，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

2、震波的縱向傳播路徑，以彈性波動力學(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，評價了減震縫的減震效果。最后，結(jié)合經(jīng)典模型試驗工況，驗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態(tài)力學(xué)試驗，探究了材料在地震頻率荷載下的動力

3、響應(yīng)特征。結(jié)果表明:瀝青混合料的動態(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)借助雙軸動態(tài)加載試驗機(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—減震縫模型的動態(tài)循環(huán)加卸載和應(yīng)變監(jiān)測試驗，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組不同的試驗工況，探究了減震縫的減震機(jī)理。結(jié)果表明:減

4、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組不同的計算工況，通過對比各工況下隧道洞口監(jiān)測斷面的動力響應(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

5、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，評價了減震縫厚度、間距、數(shù)量、位置這4個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