山岭隧道地震动力响应及抗减震

第1章 绪论 1 1.1 背景与意义 1 1.2 国内外研究现状 2 1.2.1 隧道及地下工程结构震害实例 2 1.2.2 隧道及地下结构抗震发展过程 6 1.2.3 震害原型观测研究现状 6 1.2.4 地震动力响应试验研究现状 8 1.2.5 抗震理论计算方法研究现状 10 1.2.6 抗减震措施研究现状 15 1.3 研究瓶颈与不足 18 **篇 山岭隧道震害与地震波动理论解析 第2章 山岭隧道震害及成因机理 21 2.1 国内外典型山岭隧道震害 21 2.1.1 典型山岭隧道震害特征 21 2.1.2 隧道震害影响因素 24 2.2 汶川地震山岭隧道震害 26 2.2.1 汶川地震山岭隧道震害类型及特征 27 2.2.2 汶川地震山岭隧道震害影响因素 36 2.2.3 山岭隧道抗减震设防启示 40 2.3 山岭隧道震害成因机理探讨 42 2.3.1 洞口边坡及洞门结构震害机理 43 2.3.2 隧道衬砌震害机理 43 2.3.3 隧道地震坍方机理 45 2.4 本章小结 45 第3章 龙溪隧道洞口段震害分析 47 3.1 龙溪隧道洞口段震害数值模拟 47 3.1.1 龙溪隧道概况 47 3.1.2 数值模型 50 3.1.3 地震动力响应分析 53 3.2 龙溪隧道洞口段震害振动台模型试验 65 3.2.1 试验方案设计 65 3.2.2 模型破坏特征 72 3.2.3 模型动力响应 74 3.3 龙溪隧道洞口段震害机理 81 3.3.1 边仰坡震害机理 81 3.3.2 衬砌震害机理 83 3.3.3 基覆界面震害机理 86 3.3.4 施工缝震害机理 88 3.4 本章小结 89 第4章 地震波动理论及隧道衬砌动力响应波动解析 90 4.1 弹性介质中地震波的传播特性 90 4.1.1 无限弹性介质中地震波的传播 90 4.1.2 半无限弹性介质中地震波的传播 93 4.1.3 地震波在岩土介质中的传播特点 97 4.2 弹性半空间界面P波和SV波的反射和折射 98 4.3 单洞圆形隧道衬砌P波和SV波应力级数解 101 4.3.1 计算模型 101 4.3.2 算例与结果分析 105 4.4 双洞圆形隧道衬砌P波和SV波应力级数解 110 4.4.1 计算模型 111 4.4.2 平面P波作用下双洞隧道衬砌动应力 111 4.4.3 平面SV波作用下双洞隧道衬砌动应力 125 4.5 圆形隧道存在不平整界面SV波入射下衬砌应力级数解 138 4.5.1 波在岩体中传播 138 4.5.2 波在衬砌中传播 139 4.5.3 岩体和衬砌应力和位移 139 4.5.4 算例与讨论 140 4.6 瑞利波作用下隧道衬砌内力计算 146 4.6.1 瑞利波作用下圆形隧道衬砌横向内力的解析解 146 4.6.2 瑞利波作用下山岭隧道洞口动力响应数值模拟 150 4.7 本章小结 152 第二篇 山岭隧道地震动力响应的模型试验与数值模拟 第5章 山岭隧道地震动力响应大型振动台模型试验 157 5.1 依托工程概况、隧址区工程地质条件及隧道围岩特征与分级 157 5.1.1 依托工程概况 157 5.1.2 隧址区工程地质条件 158 5.1.3 隧道围岩特征与分级 159 5.2 区域断裂活动及隧址区地震动力特征 160 5.2.1 区域断裂活动特征 160 5.2.2 工程场地断裂活动特征 161 5.2.3 隧址区地震动力特征 162 5.3 大型振动台模型试验设计 163 5.3.1 相似关系与相似材料 163 5.3.2 模型试验设计 170 5.3.3 试验平台、采集系统与量测传感器 172 5.4 山岭隧道振动台试验模型制作 176 5.4.1 围岩制作 176 5.4.2 隧道结构制作 177 5.4.3 洞口边坡制作 179 5.4.4 量测仪器的安装与防水、防潮处理 179 5.4.5 模型浇筑流程 180 5.5 输入地震动参数及地震波 183 5.5.1 输入地震动参数确定 183 5.5.2 试验加载地震波选择 183 5.6 振动台模型试验过程 185 5.6.1 加载制度 185 5.6.2 试验流程及步骤 185 5.6.3 地震波加载与数据采集 187 5.7 本章小结 188 第6章 模型破坏特征及隧道洞口地震动力响应 189 6.1 模型破坏特征 189 6.1.1 洞口边坡破坏特征 190 6.1.2 隧道二衬破坏特征 192 6.2 边坡及隧道二衬修复抗震能力测试 195 6.2.1 洞口仰坡修复及抗震能力测试 195 6.2.2 隧道二衬修复及抗震能力测试 197 6.3 模型边界及内部破坏特征 198 6.3.1 模型边界及边坡破坏特征 198 6.3.2 围岩破坏特征 203 6.3.3 隧道洞门及衬砌破坏特征 205 6.4 隧道洞口边坡及端墙动力响应 210 6.4.1 洞口边坡加速度放大效应 210 6.4.2 洞口右侧边坡动土压力响应 211 6.4.3 洞口右侧端墙背的动土压力响应 213 6.5 隧道洞门建筑动力响应 214 6.5.1 洞门建筑加速度响应 214 6.5.2 洞门建筑动应变响应 216 6.6 山岭隧道洞口偏压段地震动力响应 218 6.6.1 隧道左右边墙加速度响应 218 6.6.2 隧道左右边墙动应变响应 220 6.6.3 隧道左右边墙动土压力响应 222 6.7 本章小结 223 第7章 隧道与围岩地震动力响应 225 7.1 模型系统的地震动力响应 225 7.1.1 模型系统的加速度放大效应 225 7.1.2 模型系统的频谱特性 231 7.2 隧道与围岩的相互动力作用 234 7.2.1 竖向上围岩与隧道的相互动力作用 235 7.2.2 横向上围岩与隧道的相互动力作用 238 7.3 不同地震动参数作用下隧道动力响应 242 7.3.1 不同地震波入射方向下隧道的动力响应 242 7.3.2 不同强度地震波作用下隧道的动力响应 244 7.4 隧道横向不同部位地震动力响应 246 7.4.1 隧道不同部位的加速度响应 246 7.4.2 隧道不同部位的动应变响应 250 7.4.3 隧道不同部位的动土压力响应 254 7.5 隧道纵向不同进深地震动力响应分析 257 7.5.1 隧道纵向不同进深加速度响应 257 7.5.2 隧道纵向不同进深动应变响应 266 7.6 本章小结 272 第8章 山岭隧道地震动力响应数值模拟 275 8.1 计算模型及加载设计 275 8.1.1 计算模型 275 8.1.2 加载设计 276 8.2 隧道地震动力响应计算结果 277 8.2.1 塑性状态分析 277 8.2.2 应力分析 279 8.2.3 位移分析 280 8.3 地震动参数对隧道地震动力响应影响 281 8.3.1 不同激振方向下隧道地震动力响应 281 8.3.2 不同强度地震波作用下隧道地震动力响应 284 8.4 隧道与围岩相互动力作用 286 8.4.1 不同深度围岩与隧道相互动力作用 287 8.4.2 两侧围岩与隧道相互动力作用 288 8.5 隧道衬砌横向不同部位地震动力响应 290 8.6 隧道衬砌纵向不同进深地震动力响应 292 8.7 山岭隧道偏压段横向地震动力响应 295 8.8 本章小结 299 第三篇 山岭隧道抗减震模式及断层破碎带应用 第9章 山岭隧道抗减震模式 305 9.1 山岭隧道常规抗减震方法与措施 305 9.2 山岭隧道抗减震措施振动台试验设计 307 9.3 减震层分析 308 9.3.1 减震层对衬砌加速度响应影响 308 9.3.2 减震层对衬砌动土压力响应影响 310 9.3.3 减震层对衬砌动应变响应影响 311 9.4 抗震缝分析 313 9.4.1 不同地震波入射方向下抗震缝减震效果 313 9.4.2 不同强度地震波作用下抗震缝减震效果 315 9.5 抗震设防长度分析 316 9.5.1 不同地震波入射方向下抗震设防长度 316 9.5.2 不同强度地震波作用下抗震设防长度 317 9.6 山岭隧道抗减震措施数值模拟 319 9.6.1 加固围岩的抗减震效果 319 9.6.2 不同衬砌刚度的抗减震效果 322 9.6.3 不同减震层设置模式及参数选择 326 9.6.4 不同抗震缝宽度的抗减震效果 338 9.7 山岭隧道抗减震模式 343 9.8 本章小结 345 第10章 山岭隧道断层破碎带地震动力响应 347 10.1 摩岗岭隧道工程概况 347 10.2 断层破碎带力学性质 349 10.2.1 断层破碎带围岩三轴试验 349 10.2.2 断层两侧完整岩体三轴试验 350 10.2.3 试验数据处理及成果 350 10.3 动力计算模型及加载 351 10.3.1 模型模拟范围及尺寸 352 10.3.2 材料参数与边界条件 353 10.3.3 动力加载及监测方案 353 10.4 断层破碎带地震动力响应 355 10.4.1 加速度响应分析 355 10.4.2 应力响应分析 357 10.4.3 位移响应分析 358 10.5 不同宽度断层对隧道动力响应的影响 361 10.5.1 计算工况设计 361 10.5.2 加速度响应分析 361 10.5.3 应力响应分析 362 10.5.4 位移响应分析 365 10.6 不同倾角断层对隧道动力响应影响 368 10.6.1 计算工况设计 368 10.6.2 加速度响应分析 368 10.6.3 应力响应分析 369 10.6.4 位移响应分析 371 10.7 本章小结 375 第11章 山岭隧道断层破碎带抗减震措施与工程应用 376 11.1 山岭隧道断层破碎带抗减震措施 376 11.2 摩岗岭隧道断层破碎带抗减震措施分析 377 11.2.1 抗减震措施及计算模型 377 11.2.2 加速度响应分析 379 11.2.3 应力响应分析 380 11.2.4 位移响应分析 383 11.3 山岭隧道抗减震措施工程应用 385 11.3.1 雅康高速公路隧道 385 11.3.2 汶马高速公路隧道 388 11.3.3 泸石高速公路隧道 389 11.4 本章小结 391 参考文献 392