地震作用下水域隧道的动力响应分析

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1、广州大学硕士学位论文地震作用下水域隧道的动力响应分析专业：建造与土木工程硕士生：吴振东指导教师：崔杰摘要随着“丝绸之路经济带”和“海上丝绸之路”伟大战略的提出，中国的海洋经济步入国家战略。由于沿海城市群的发展，越来越多的跨江（海）隧道正在修建和规划中。水域环境下场地动力特性、地震荷载以及海水等众多影响因素相互耦合，使得场地和隧道的受力和变形特征十分复杂。隧道作为生命线工程，一旦发生破坏，将产生灾难性的后果。为了合理评价水域隧道在地震荷载作用下的稳定性，必须对地震作用下隧道及其周围土体的动力响应规律进行探究。本文针对水域隧道所处工程环境的特殊性，基于Biot动力固结理论

2、与弹性动力学理论，考虑水—土流固耦合动力相互作用，建立了水—隧道—海床的整体有限元分析模型，该模型能较真实的模拟海水因素。进而运用粘弹性人工边界、势流体等理论方法综合考虑动水压力、土体介质的两相性研究了地震作用下水域隧道的内应力分布规律及海床土体的超孔隙水压力发展规律，并针对地震动斜入射、海床渗透系数、上覆水深度、隧道的弹性模量等影响因素进行了敏感性分析。主要的研究内容如下：（1）详细推导了二维粘弹性人工边界条件的具体表达式；根据波场分解法，推导了地震P波和SV波以任意角度入射时粘弹性人工边界上各节点的等效荷载，结合自编程序，通过内源和外源波动输入算例分布验证了人工边

3、界的有效性和地震动输入方法的可靠性。为后文近场波动问题的数值分析提供了基础。（2）基于Biot的动力固结理论与弹性动力学理论，结合ADINA势流体理论，在海水层设置流体无限远边界、自由液面边界、流—固耦合边界以及相应的孔压边界，建立了水—隧道—海床的整体有限元分析模型。分别探究了地震P波、SV波作用下土体介质的两相性、地震动斜入射、海床渗透系数、上覆水深度、隧道的弹性模量等因素对水域隧道及其周围土体地震反应的影响规律。I地震作用下水域隧道的动力响应分析关键词：水域隧道；Biot动力固结理论；地震动斜入射；粘弹性人工边界；孔隙水压力；II广州大学硕士学位论文Dynami

4、cResponseAnalysisofUnderwaterTunnelUnderSeismicEffectMajor:ArchitectureandcivilengineeringName:WuZhendongSupervisor:CuJieAbstractWiththegreatstrategyof“TheSilkRoadEconomicBelt”and“MaritimeSilkRoad”,Chinesemarineeconomyhasenteredthenationalstrategy.Sincethedevelopmentofcoastalurbanagglom

5、erations,moreandmorecross-river(sea)tunnelsareunderconstructionandplanning.Inthewaterenvironment,thestressanddeformationcharacteristicsofthesiteandtunnelarecomplicatedbymanydynamicfactorssuchassitedynamics,seismicload,andseawaterthatcoupletoeachother.Asalifelineproject,tunnelswillhaveca

6、tastrophicconsequencesintheeventofdamage.Inordertoreasonablyevaluatethestabilityofunderwatertunnelunderseismicload,thedynamicresponselawoftunnelandsurroundingsoilunderearthquakemustbeexplored.BasedontheBiotdynamicconsolidationtheoryandthetheoryofelasticdynamics,andconsideringtheinteract

7、ionbetweenfluid-soilfluid-structureinteraction,anoverallfiniteelementanalysismodelforthewater-tunnel-seabedisestablishedinthispaper.Themodelcansimulateseawaterfactorsrealistically.Then,viscoelasticboundary,potentialfluidandothertheoreticalmethodswereusedtocomprehensivelyconside