長大隧道地震響應(yīng)機(jī)理與抗震

項目組通過現(xiàn)場調(diào)查、模型實(shí)驗、數(shù)值模擬和理論研究等手段，對長大隧道地震響應(yīng)機(jī)理與抗震進(jìn)行了深入和系統(tǒng)的研究。根據(jù)長大隧道地震響應(yīng)規(guī)律及破壞特征，將其劃分為洞口段、洞身段和穿越活動斷層段三大特征段落分別開展了有針對性的具體研究。取得了一系列有理論價值和工程指導(dǎo)意義的成果，包括一些規(guī)律的發(fā)現(xiàn)、理論與方法的建立、實(shí)驗方法及其裝置研發(fā)和吸能型耐震支護(hù)材料及其結(jié)構(gòu)的開發(fā)等等。 1.總結(jié)并發(fā)現(xiàn)了長大隧道在強(qiáng)震作用下表現(xiàn)出洞口段、洞身局部地段和穿越活動斷層段極易發(fā)生破壞的響應(yīng)特征。 2.靜-動耦合分析揭示了隧道與地下空間的穩(wěn)定性隨埋深變化呈現(xiàn)出淺埋-不穩(wěn)定、深埋-穩(wěn)定和超深埋-不穩(wěn)定的三類節(jié)律式分布（即三類空間理論）。能較好地解釋為什么隧道洞口及淺埋段極易破壞，而大多數(shù)深埋段穩(wěn)定性較好的原因。同時從安全系數(shù)分布規(guī)律上也印證了臺灣學(xué)者提出的不同埋深隧道地震響應(yīng)的強(qiáng)弱與地震波長掛鉤，即埋深處于波峰與波谷位置是最不利的。 3.理論推導(dǎo)出隧道洞口段面波作用下響應(yīng)公式和深埋段剪切波作用下有松動圈時的響應(yīng)公式。對隧道地震響應(yīng)規(guī)律與抗減震設(shè)計有指導(dǎo)作用。 4.研制了深埋段和活動斷層段模擬實(shí)驗新材料、新方法及新裝置，用于實(shí)驗并獲得一系列成果。即剪切箱和斷層臺架等。 5.提出了隧道抗震設(shè)計的能量理論與方法，即結(jié)構(gòu)的力-剛比與能-剛比雙高理論和能量消-轉(zhuǎn)-釋-吸-散機(jī)制。 6.研發(fā)了一系列能量型支護(hù)材料及結(jié)構(gòu)和測試其能量特性的實(shí)驗裝置。 7.研發(fā)了洞口段耐震襯砌和耐落石沖擊的緩沖-分散-拱轉(zhuǎn)移型復(fù)合結(jié)構(gòu)，其效果得到了大比例尺模型實(shí)驗驗證。 8.研發(fā)了幾種洞身段高性價比的耐震襯砌材料與結(jié)構(gòu)，并得到了模型實(shí)驗的驗證。 9.研發(fā)了隧道穿越活動斷層段復(fù)合式能量釋-吸型免震結(jié)構(gòu)，并得到了模型實(shí)驗驗證。使攻克長大隧道過活動斷層這一絕癥有了希望。 10.申請及獲批專利16項，將獲得較大的經(jīng)濟(jì)和社會效益。

在2008年5.12汶川特大地震隧道震害現(xiàn)場調(diào)查基礎(chǔ)上，結(jié)合國內(nèi)外以往隧道震害及研究成果調(diào)研，并進(jìn)一步采用模型試驗、數(shù)值模擬分析和地應(yīng)力現(xiàn)場測試等方法，研究長大山嶺隧道洞口及洞身段地震響應(yīng)機(jī)理和破壞規(guī)律，從而建立其在不同烈度、構(gòu)造、應(yīng)力狀態(tài)、所處場地和結(jié)構(gòu)形式條件下地震響應(yīng)的數(shù)理力學(xué)模型與計算方法，總結(jié)長大山嶺隧道在抗震方面的經(jīng)驗和教訓(xùn)，研發(fā)長大山嶺隧道洞口及洞身段抗減震結(jié)構(gòu)形式，尤其是隧道近場穿越活動斷層的減震結(jié)構(gòu)。為大規(guī)模山嶺隧道的建設(shè)提供選線原則、抗減震設(shè)計理論基礎(chǔ)，特別是為高烈度區(qū)各種復(fù)雜地質(zhì)、地形和結(jié)構(gòu)條件下的長大山嶺隧道工程設(shè)計提供先進(jìn)理論方法、技術(shù)對策及其計算模型。

隧道跨斷層段作為隧道整體抗震的薄弱環(huán)節(jié)，在地震作用下常發(fā)生嚴(yán)重破壞。開展長大隧道跨斷層段的地震災(zāi)變機(jī)理與抗震設(shè)計理論研究具有重大理論和工程意義。首先，基于近場波動有限元方法并結(jié)合黏彈性人工邊界理論，采用將輸入地震動轉(zhuǎn)化為人工邊界面上等效節(jié)點(diǎn)力的思想，同時考慮斷層截斷區(qū)域?qū)θ斯み吔缑嫔先肷洳▓龅臄_動影響，建立一種針對有限斷層場地的地震動三維傾斜輸入方法。其次，基于應(yīng)變等效假設(shè)和有效應(yīng)力概念的塑性損傷理論，結(jié)合非線性統(tǒng)一強(qiáng)度模型(β模型)，并考慮巖體地質(zhì)強(qiáng)度參數(shù)，建立適用于工程巖體介質(zhì)的三維彈塑性損傷模型。最終，基于建立的地震動輸入方法與巖體本構(gòu)模型，以滇中引水工程-香爐山隧道為背景，建立長大隧道跨斷層段的有限元分析模型，模擬不同斷層情況、構(gòu)造應(yīng)力條件和地震動輸入角度等因素下隧道的地震響應(yīng)規(guī)律，揭示隧道跨斷層段在強(qiáng)震作用下的變形特性及破壞機(jī)理，為隧道跨斷層段的安全評估及抗震設(shè)防提供理論指導(dǎo)。 2100433B

《隧道工程動力響應(yīng)特性與汶川地震隧道震害分析及啟示》是一篇文獻(xiàn)，作者為錢七虎、何川、晏啟祥。

【作者】錢七虎；何川；晏啟祥；

【機(jī)構(gòu)】中國人民解放軍理工大學(xué)；西南交通大學(xué)；

【摘要】<正>我國地處歐亞地震帶和環(huán)太平洋地震帶之間,地震活動頻繁,是世界上最大的大陸淺源強(qiáng)震活動區(qū),震害具有分布廣、強(qiáng)度高、危害大等特點(diǎn)。從"5·12"汶川大地震及世界范圍的工程結(jié)構(gòu)物震害情況看,通常情況下隧道工程震害較房屋、橋梁等地面建筑輕微,隧道工程相對具有較強(qiáng)的抗震性能。但另一方面,在強(qiáng)震條件下,隧道工程震害依然較突出,如"5·12"汶川大地震、臺灣集集地震、日本關(guān)東大地震、阪神大地震等強(qiáng)震都造成 2100433B