隧道強(qiáng)度與隧道結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)有限元分析.pdf

1、巖石類材料的強(qiáng)度理論問題一直是隧道結(jié)構(gòu)研究的重要課題。近百年來，人們對巖石類材料強(qiáng)度理論進(jìn)行了大量的理論研究和試驗論證，采用Mises準(zhǔn)則、Tresca準(zhǔn)則、雙剪準(zhǔn)則和統(tǒng)一屈服準(zhǔn)則進(jìn)行分析。研究表明，大多數(shù)準(zhǔn)則只適用于拉壓屈服應(yīng)力相同的材料，對巖石類材料并不適用，因此Mohr-Coulomb強(qiáng)度理論、雙剪統(tǒng)一強(qiáng)度理論等一系列考慮了SD效應(yīng)和中間主應(yīng)力影響的強(qiáng)度理論，更能反映巖石類材料在復(fù)雜因素作用下的真實受力性能。在抗震方面，由于目前對

2、隧道的地震作用機(jī)理了解較少，從理論分析和數(shù)值計算角度進(jìn)行抗震設(shè)計還沒有成熟方法，抗震設(shè)計規(guī)范主要停留在簡單的慣性荷載法。因此采用新的強(qiáng)度理論對隧道結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析和進(jìn)一步研究隧道抗震有重要的理論意義和工程應(yīng)用價值。 本文以隧道圍巖和襯砌為研究對象，用雙剪統(tǒng)一強(qiáng)度理論，在假設(shè)塑性體積應(yīng)變不為零的情況下，考慮靜水壓力以及襯砌在塑性變形時裂縫區(qū)的存在，對隧道結(jié)構(gòu)進(jìn)行彈塑性分析，推導(dǎo)了圍巖抗力系數(shù)。總結(jié)了隧道震害特點和破壞機(jī)理，以秦嶺三號特

3、長隧道為例，用ANSYS軟件對隧道結(jié)構(gòu)進(jìn)行瞬態(tài)分析，對比分析了不同情況圍巖、不同角度入射地震波以及是否考慮砂漿錨桿層等情況下隧道結(jié)構(gòu)的動力響應(yīng)。 結(jié)果表明：在隧道結(jié)構(gòu)的彈塑性分析中，應(yīng)變?yōu)榱阒皇窃谔囟ㄇ闆r下成立；本文推導(dǎo)的公式相比于Fenner和Kastner公式更具有普遍性，可以通過選用不同的材料參數(shù)，得到各種地質(zhì)條件下圍巖應(yīng)力場和位移場的解析解；隧道結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)主要受周圍圍巖的影響，隨著圍巖參數(shù)提高，圍巖承擔(dān)了大部分荷載，襯