特殊地質(zhì)條件下隧道結(jié)構(gòu)的震害機(jī)理分析及抗震研究.pdf

1、近年來地震災(zāi)害頻發(fā)，不僅造成了重大的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡，還破壞了大量的地下、地面建筑。由于受到周圍巖土體介質(zhì)的強(qiáng)約束作用，隧道結(jié)構(gòu)的抗震性能明顯優(yōu)于地面建筑，在抗震救援中隧道等地下結(jié)構(gòu)可以起到應(yīng)急通道的關(guān)鍵性作用。當(dāng)隧道穿過的地質(zhì)條件比較復(fù)雜，地震震級比較大時(如日本宮城M9.0級地震、中國汶川M8.0級地震)，隧道結(jié)構(gòu)同樣會發(fā)生嚴(yán)重破壞，繼而嚴(yán)重影響震后的應(yīng)急救援工作，因此現(xiàn)階段必須加強(qiáng)隧道結(jié)構(gòu)的震害機(jī)理分析及抗震措施研究。本文通對汶

2、川地震中山嶺隧道地震破壞特點進(jìn)行原型觀測，利用理論分析與數(shù)值模擬相結(jié)合的方法對斷層破碎帶處、土巖軟硬結(jié)合部隧道結(jié)構(gòu)的震害機(jī)理及抗震措施進(jìn)行了研究。
　　首先利用隧道結(jié)構(gòu)的地震慣性力和地基失效破壞兩種破壞機(jī)理，對汶川地震中兩條嚴(yán)重受損的龍溪隧道和龍洞子隧道的破壞形態(tài)進(jìn)行理論分析，研究地震強(qiáng)度、震中距、地震波入射方向、斷層破碎帶、圍巖質(zhì)量、洞口不穩(wěn)定邊坡、隧道截面大小及支護(hù)方式、隧道埋深、地應(yīng)力大小、基巖交界面、施工狀況等因素，對隧道

3、破壞形式和程度的影響，研究破壞產(chǎn)生的原因。
　　然后結(jié)合青島膠州灣海底隧道中斷層破碎帶以及土巖軟硬結(jié)合地段的地質(zhì)資料，并參照隧道的斷面支護(hù)參數(shù)，利用ANSYS有限元軟件構(gòu)建數(shù)值計算模型，并借助有限差分軟件FLAC3D進(jìn)行分析計算。通過調(diào)整襯砌與圍巖的力學(xué)參數(shù)，分別從圍巖的穩(wěn)定性、圍巖質(zhì)量突變、襯砌及圍巖的質(zhì)量密度、剛度出發(fā)，對比分析隧道襯砌及圍巖的塑性區(qū)擴(kuò)展規(guī)律、襯砌的位移及應(yīng)力時程變化規(guī)律。依據(jù)隧道地震破壞機(jī)理、地震波行波效應(yīng)理

4、論以及巖土-結(jié)構(gòu)相互作用原理，對數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行理論分析，研究斷層破碎帶處以及土巖軟硬結(jié)合部隧道結(jié)構(gòu)的地震破壞機(jī)理，并提出相應(yīng)的抗震措施。
　　通過分析研究，論文得到了以下主要結(jié)論：在斷層破碎帶和土巖軟硬結(jié)合部，圍巖失穩(wěn)和地震慣性力都會導(dǎo)致隧道結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞，而后者是主要原因；保證隧道結(jié)構(gòu)質(zhì)量密度及剛度與圍巖一致或相似對于防止隧道結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞較保持圍巖穩(wěn)定更為關(guān)鍵；輕質(zhì)量延性隧道具有一定的抗震能力。本研究成果對于豐富隧道結(jié)構(gòu)的震害分