双洞山岭隧道抗震研究

随着地震的频繁发生，有些强震对地下结构造成了强烈的破坏，而国内外现有抗震规范中关于地下洞室等地下结构的条文都十分简略，难以适应高烈度地震区地下洞室的建设发展。目前，我国对隧道地下工程的抗减震研究才刚刚起步，其中针对高烈度区双洞隧道的研究更少。本文结合雅泸高速公路隧道抗减震研究项目，对强震区双洞公路山岭隧道地震动力响应分别进行波动理论分析和数值模拟分析，并在此基础上进行模型试验研究，主要包括以下研究工作： 1、在前人研究的基础上，将半无限空间波动理论分析推广到双洞衬砌模型，采用波函数展开法推导出平面P波和SV波入射下的衬砌应力的无穷级数表达式，利用衬砌自由面和半空间表面的零应力边界条件以及衬砌和围岩交界处的应力和位移连续条件，对衬砌的动应力进行求解，并获得其级数表达式。 2、研究并解决了地震波积分位移时程漂移、地震波的滤波和校正、模型边界条件、地震波危险作用方向、模型横向计算范围等隧道地震动力数值模拟过程中的几个关键问题。 3、采用数值模拟的方法对不同埋深下隧道的地震动力响应进行研究，确定了地震动力作用下的隧道临界埋深，然后针对不同间距、不同激振方向、不同围岩地质条件以及不同衬砌刚度下的双洞公路山岭隧道结构的地震动力响应规律进行系统研究，获得其地震响应规律，并与波动理论计算结果相互验证。 4、以雅泸高速公路山岭隧道洞口为原型，对其相应的地质地形条件进行适当的简化，系统了研究双洞错距隧道洞口段的地震响应规律。 5、计算并分析了注浆加固围岩以及在二次衬砌和初期支护之间加设柔性减震层两种减震措施对双洞公路山岭隧道衬砌的减震作用。 6、在理论计算和数值模拟的基础上，以相似理论为指导，采用几何比1：30的大比例尺相似模型，以雅泸高速公路公路隧道为原型，在多种工况下研究了双洞公路山岭隧道的抗减震措施，并与理论计算和数值模拟相互验证，得出了双洞公路山岭隧道的地震响应规律，并提出相应的减震措施，这对于高烈度区的双洞公路山岭隧道抗减震设计和施工具有重要的实践价值和指导意义。 7、以郑州市中原路西延线韩门三车道大断面公路山岭隧道为背景，对大断面双洞公路山岭隧道的地震动力响应情况进行三维数值分析，并提出相应的抗减震措施。

第1章 绪论 1.1 选题背景 1.2 隧道震害形式及其影响因素分析 1.2.1 隧道结构震害实例 1.2.2 汶川地震隧道震害分析 1.2.3 隧道地震破坏的主要形式 1.2.4 隧道震害的影响因素分析 1.3 隧道抗减震问题的国内外研究现状 1.3.1 国外研究现状 1.3.2 国内研究现状 1.4 隧道及地下结构抗震问题的研究方法 1.4.1 原型观测 1.4.2 理论分析 1.4.3 试验研究 1.5 本书主要研究内容 第2章 双洞山岭隧道地震响应的波动解法分析 2.1 模型 2.2 平面P波作用下双洞山岭隧道衬砌动应力分析 2.2.1 半无限空间中自由场波函数的分析 2.2.2 半无限空间中散射场波函数的分析 2.2.3 隧道衬砌中波函数分析 2.2.4 问题的求解 2.2.5 计算结果分析 2.3 平面SV波作用下双洞山岭隧道衬砌动应力分析 2.3.1 半无限空间中自由场波函数的分析 2.3.2 半无限空间中散射场波函数的分析 2.3.3 隧道衬砌中波函数分析 2.3.4 问题的求解 2.3.5 计算结果分析 2.4 汶川地震隧道震害调查与波动理论计算结果的对比 2.5 本章小结 第3章 隧道地下结构动力数值分析关键问题探讨 3.1 地震波的分析与处理方法 3.1.1 地震波的选用 3.1.2 地震波的频谱分析 3.1.3 滤波以及模型网格尺寸的确定 3.1.4 地震波基线校正 3.2 人工边界的选择 3.2.1 目前常用的人工边界处理方法 3.2.2 黏性边界的波动输入 3.3 地下结构动力分析的数值方法 3.4 地下结构动力分析的模型范围 3.5 本章小结 第4章 双洞山岭隧道地震响应数值分析 4.1 工程概况 4.2 地震作用方向对隧道地震响应的影响 4.3 埋深对隧道地震响应的影响 4.4 不同间距下双洞山岭隧道地震响应分析 4.5 地震波入射角度对双洞山岭隧道地震响应的影响 4.6 衬砌刚度对双洞山岭隧道地震响应的影响 4.7 围岩性质对双洞山岭隧道地震响应的影响 4.8 双洞山岭隧道减震措施研究 4.8.1 注浆加固围岩对隧道衬砌的减震分析 4.8.2 加设减震层对隧道衬砌的减震分析 4.9 勒不果喇吉双洞山岭隧道洞口段地震响应分析 4.10 大宝山双洞山岭隧道洞口段地震响应分析 4.10.1 工程概况 4.10.2 地震波作用下峰值位移和内力计算结果 4.10.3 地震波作用下隧道洞口衬砌位移计算结果 4.10.4 地震波作用下隧道洞口衬砌内力计算结果 4.11 本章小结 第5章 双洞山岭隧道抗减震模型试验 5.1 模型试验相似关系及相似参数设计 5.1.1 相似准则的推导 5.1.2 相似参数的确定 5.2 模型试验材料的配制 5.2.1 围岩相似材料的配比及制备方法 5.2.2 衬砌相似材料的配比与预制方法 5.3 模型试验振动台设置 5.4 模型箱的设计 5.5 模型试验量测系统 5.6 模型试验方案 5.7 模型试验结果及分析 5.7.1 单洞隧道洞口段地震响应分析 5.7.2 单洞隧道洞身段地震响应分析（含断层，无减震层） 5.7.3 单洞隧道洞身段地震响应分析（设置减震层） 5.7.4 双洞隧道洞口段地震响应分析（无减震措施） 5.7.5 双洞隧道洞口地震响应分析（加减震层） 5.8 本章小结 第6章 研究结论和展望 6.1 研究结论 6.2 展望 参考文献