隧道工程縱向減震縫動力響應及減震機理研究.pdf

1、中國西部地處青藏高原，地質構造復雜，地殼運動強烈，地震活動頻繁。在該地區(qū)建設有諸多隧道工程，它們無疑都將面臨高風險強震災害的威脅。為保障隧道在全壽命周期內的運行安全，深入開展隧道工程的減震方法和減震機理研究，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、室內模型試驗和有限元數(shù)值仿真等技術手段，深入研究了減震縫的動力響應特征以及減震機理，主要研究工作和成果如下:
　　(1)考慮隧道襯砌結構中地

2、震波的縱向傳播路徑，以彈性波動力學理論為基礎，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)力學試驗，探究了材料在地震頻率荷載下的動力

3、響應特征。結果表明: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，橡膠材料的彈性模量基本保持不變。
　　(3)借助雙軸動態(tài)加載試驗機和光學應變測量設備，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，設置18組不同的試驗工況，探究了減震縫的減震機理。結果表明: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力或應變的削減作用越明顯，地震荷載下，越能對縫后襯砌結構起到保護作用。
　　(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)測斷面的動力響應特征，探究了減震縫的減震機理。結果表明: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重比例，確定為36∶14∶48∶25。
　　(5)依托嘎隆拉隧道工程，結合所建洞口模型和工況設置，討論了減震縫的工程適用性，得出結論:瀝青混合料減震縫滿足隧道7度抗震設防要求，而橡膠減震縫性能更優(yōu)，滿足隧道