活断层地区隧道抗震问题的数值模拟研究

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1、成都理工大学硕士学位论文活断层地区隧道抗震问题的数值模拟研究姓名：熊良宵申请学位级别：硕士专业：岩土工程指导教师：李天斌20060601摘要近年来，隧道在我国西部工程建设中的重要性日益明显，而西部地区地质条件复杂，地震频繁出现，因此，隧道抗震已成为西部工程建设中的重要问题之一。本文以川藏公路黄草坪隧道为研究对象，应用有限差分程序FLAC3D对其进行了抗震问题的数值模拟。论文主要包括以下几个部分：1．以隧道洞身段为例，探讨了隧道地震响应数值模拟中的几个基本问题，研究了基线校正、横向计算范围、地震烈度、人工边界和地震波类型对数值模拟计算结果的影响。采用最小二乘速度校正算法，并结合

2、origin软件对历采用的地震波进行了基线校正，通过对比基线校正前后的积分位移证明了其重要性。分别采用4倍洞径、6倍洞径、8倍洞径的横向范围和超越概率为5％、10％、63％的地震波进行模拟，确定了数值模拟中合理的横向范围和地震波。讨论了自由场地边界和粘性边界的区别，且对P波和S波均采用这两种边界进行了对比研究，得到了合理的人工边界。2．从塑性区、位移和应力的角度探讨了黄草坪隧道洞身段在P波和s波作用时的地震动力响应特性，结果表明，隧道结构周围局部围岩会发生剪切破坏，需要对其进行一定的加固处理，但隧道支护结构未发生破坏。3．重点研究了黄草坪1号和2号隧道洞口段在受到P波和s波作

3、用时的地震动力响应，结果表明，洞口边坡有可能发生张拉破坏，影响边坡和隧道的安全性，但隧道支护结构未发生破坏。4．在抗震减震措施的数值模拟研究中，重点研究了设置减震层的减震效果，结果表明，设置减震层可以明显改善围岩的应力，有利于隧道稳定。通过不同抗震缝间距的模拟，得到20m为合理的抗震缝间距。通过对不同衬砌刚度的模拟，认为现有的衬砌结构刚度比较合理。5．通过将黄草坪1号隧道与活断裂之间的距离设为50m、100m、200m、400m进行模拟，对比各自的塑性区、位移和应力，从而得到当活断层与隧道平行时，其合理的安全距离为100m以上。6．经过综合研究，黄草坪隧道受到超越概率为10％

4、的地震波作用时，洞身段和洞口段的支护结构均是稳定的，但洞身段的隧道围岩和洞臼边坡有可能发生破坏，需要对其进行加固处理。关键词：活断层、隧道抗震、地震动力响应、减震层、抗震缝ABSTRACTInrecentyears，thetunnelprojecthasbeenbecomingimportantintheWest—Chinaengineeringconstruction．Becausethegeologicalconditioniscomplex，andtheseismicphenomenaemergesfrequently,theanti—seismicproblemoft

5、unnelhasbecomeoneoftheimportantproblemsinWest—Chinaengineeringconstruction．BasedonthestudyingofHuangcaopingtunnelthatlocatesintheSichuan—Tibetroad，theanti-seismicnumericalsimulationhasbeendonebyusingFLAC3D．Thecontentsofthispapermainlyhavethefollowingsections．1．Takingexampleofsomepartofthetu

6、nnel，somebasicproblemsofearthquakedynamicresponseinthenumericalsimulationhavebeendiscussed，andthenumericalsimulationcalculationaffectedbythebaselinecorrection、thetransversecalculationscope、earthquakeintensity、artificialboundaryconditionandthetypeoftheseismicwavehavebeendiscussed．Theseismicw

7、avehasbeenbaselinecorrectedbyusingthemethodofleastsquareandthesoftwareofOrigin．Comparingthedisplacementvaluehasprovedtheimportanceofbaselinecorrection．Inordertomakecertainofthereasonabletransversecalculationrangeandtheearthquakeintensity,thetransversecal