既有隧道带裂衬砌地震响应机理研究

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1、国内图书分类号：U451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国家自然科学基金面上项目（51578463）既有隧道带裂衬砌地震响应机理研究年级二〇一五级姓名周慧超申请学位级别工学硕士专业桥梁与隧道工程指导老师许炜萍副教授二〇一八年五月ClassifiedIndex:U451U.D.C:624SouthwestJiaotongUniversityMasterDegreeThesisSTUDYONSEISMICRESPONSEMECHANISMOFCRACKEDLININGINTUNNELSGrade:2015Candidate:ZhouHuic

2、haoAcademicDegreeAppliedfor:MasterSpeciality:BridgeandTunnelEngineeringSupervisor:ProfessorXuWeipingMay,2018西南交通大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权西南交通大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复印手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1．保密□，在年解密后适用本授权书；2

3、．不保密，使用本授权书。(请在以上方框内打“√”)学位论文作者签名：指导老师签名：日期：日期：西南交通大学硕士学位论文主要工作（贡献）声明本人在学位论文中所做的主要工作或贡献如下：（1）收集了既有隧道衬砌开裂情况，统计数据并进行分析，发现衬砌开裂现象是广泛存在的。按照衬砌裂缝分布情况和发展形态进行了统计归纳，发现衬砌裂缝主要集中在洞身段；在横断面内大量裂缝分布在拱部，少量分布在边墙；发展形态上环向裂缝最多，纵向裂缝和斜向裂缝较少。统计得到的裂缝特征，可为既有隧道带裂衬砌研究奠定基础。（2）系统介绍了扩展有限元的理论基础和在ABAQUS有限元软件中的应用，将扩展

4、有限元方法用于动力问题计算。同时阐述了数值模拟在动力计算中的关键问题，并证明了采用ABAQUS有限元软件模拟半无限体波动问题是可行的。（3）采用大型振动台模型试验研究带裂衬砌地震响应特征，采用石膏为材料制作了带裂缝的衬砌模型，考虑了裂缝位置和裂缝深度对衬砌安全性的影响，得到了围岩加速度、带裂衬砌内力的响应特征。（4）采用ABAQUS有限元软件分析完好衬砌和带裂衬砌在ElCentro-NS波、ElCentro-UP波作用下的响应情况，其中带裂衬砌考虑了裂缝形态、裂缝位置和裂缝深度等因素的影响。通过比较结构内力、裂尖应力和主筋应力，分析结构带裂后的危险性，可为隧道抗

5、震和裂缝修复提供依据。本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行研究工作所得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明。本人完全了解违反上述声明所引起的一切法律责任将由本人承担。学位论文作者签名：日期：西南交通大学硕士研究生学位论文第I页摘要我国铁路近些年得到了快速的发展、成效显著。截止2016年年初，我国已有3200公里高铁隧道投入运营，总数超过2000座，成为名副其实的隧道大国。同时我国地处欧亚板块与印澳板块之间，受到太平洋、印澳、欧洲板块

6、的挤压，处于地震构造交汇部位，因此我国震害频发。由于地质条件复杂使得处于运营的隧道衬砌产生裂损，这些带裂衬砌影响了隧道的使用，在地震中可能演变为严重的事故，既有隧道带裂衬砌的地震响应和安全应给予足够的重视。本文采用资料调研、振动台模型试验和数值模拟的方法，分析带裂衬砌在地震中的破坏模式和响应特点。主要工作和研究成果如下：（1）衬砌开裂现象是普遍存在于既有隧道的一种隧道病害，衬砌裂缝主要分布在拱部，少数出现于边墙；衬砌裂缝形态以环向裂缝为主，其次是纵向裂缝与斜向裂缝。（2）在地震力作用下，隧道衬砌受往复拉压作用。在ElCentro-NS波作用下，最大弯矩、轴力发生

7、在隧道横截面“X”位置，最大剪力发生在隧道横截面“十”位置。在ElCentro-UP波作用下，最大弯矩、轴力发生在隧道横截面“十”位置，最大剪力发生在隧道横截面“X”位置。（3）裂缝形态不同，对衬砌影响不同。纵向裂缝对衬砌的影响大于环向裂缝的影响。（4）带纵向裂缝衬砌地震力作用下，裂缝处混凝土应力集中，主筋拉应力增大，其他位置内力与完好衬砌响应相同。混凝土应力达到混凝土极限抗拉强度裂缝扩展，主筋应力持续增加，一旦裂缝开始扩展，裂缝很快贯通截面失效。截面失效时，主筋应力未达到屈服强度。（5）带裂衬砌的裂缝的位置不同，对隧道安全性的影响不同。在ElCentro-NS

8、波作用下，影响顺序由大到