地震作用下盾构隧道动力响应及震裂结构安全性分析

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1、国内图书分类号：U25密级：公开国际图书分类号：624西南交通大学研究生学位论文地震作用下盾构隧道动力响应及震裂结构安全性分析年级二O一五级姓名宋乐阳申请学位级别工程硕士专业建筑与土木工程指导教师晏启祥教授二零一八年五月ClassifiedIndex:U25U.D.C:624SouthwestJiaotongUniversityMasterDegreeThesisDYNAMICRESPONSEOFSHIELDTUNNELUNDEREARTHQUAKEACTIONANDSAFETYANALYSIS

2、OFSEISMICCRACKSTRUCTUREGrade:2015Candidate:SongLeyangAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpeciality:ArchitectureandCivilEngineeringSupervisor:Prof.YanQixiangMay,2018西南交通大学硕士研究生学位论文第I页摘要随着社会经济的不断发展和城市人口的增多，为缓解交通压力，各大城市都在大力发展地铁工程，隧道盾构法施工得到了广泛应用

3、。然而，我国处在世界两大地震带之间，地震活动十分活跃。由于我国大规模地下结构建设起步较晚，地震资料及采集的数据不多，对地铁盾构隧道的地震研究不够深入。鉴于此，本文在前人研究的基础上，以国内某地铁区间盾构隧道为背景，基于有限元计算理论并应用扩展有限元原理，建立了精细化的盾构隧道-围岩分析模型。通过施加不同类型、不同强度的地震剪切波，研究了隧道衬砌的动力响应和混凝土开裂扩展特征并对震裂衬砌结构安全进行分析。基于上述分析，本文主要研究内容和成果如下：（1）建立了精细化的盾构隧道-围岩有限元分析模型，针

4、对盾构隧道的刚度等效问题，提出了采用正交各向异性混凝土材料的刚度等效试验原理。基于地层-结构法进行数值加载试验，得到了考虑整体性能的横纵向刚度折减系数。（2）地震波在地层中传播时衰减较快，存在明显的地表放大效应。衬砌的加速度响应与所在地层的振动响应密切相关。在剪切波作用下衬砌混凝土的环向应力响应显著，在上下45°的拱肩、拱脚附近产生应力集中，当最大环向拉应力超过材料容许抗拉强度时产生Ⅰ型裂缝，分布在衬砌内侧。随地震强度的增大，混凝土出现开裂的时间更早、产生的裂缝数量更多，隧道受破坏的程度也更严重

5、。（3）建立了震裂衬砌分析模型及结构安全评价方法。利用有限元法计算裂缝尖端的最大环向拉应力并与混凝土的容许抗拉强度比较分析裂缝稳定性。通过对截面强度的计算，开裂截面的承载安全系数存在明显减小趋势，但衬砌承载力仍满足要求。关键词：盾构隧道；刚度等效；地震响应；混凝土开裂；安全性评价西南交通大学硕士研究生学位论文第II页AbstractWiththecontinuousdevelopmentofsocialeconomyandtheincreaseofurbanpopulation,inordert

6、oalleviatethetrafficpressure,allmajorcitiesaredevelopingsubwayprojects,andtheconstructionoftunnelshieldmethodhasbeenwidelyused.However,Chinaislocatedbetweenthetwomajorseismiczonesintheworld,andseismicityisveryactive.Duetothelatestartoflarge-scaleunde

7、rgroundstructureconstructioninChina,theseismicdataanddatacollectedarenotenough,andtheseismicstudyofsubwayshieldtunnelisnotdeepenough.Inviewofthis,thisarticleonthebasisofpreviousstudies,takingasubwayshieldtunnelasthebackground,basedonthefiniteelementt

8、heoryandthebasisoftheprincipleofextendedfiniteelementmethod,establishedtheintensificationofshieldtunnel-analysismodelofsurroundingrock.Byapplyingseismicshearwaveofdifferenttypesandintensities,thedynamicresponseoftunnelliningandthecharacteristicsofcon