長大隧道地震響應機理與抗震結題摘要

項目組通過現場調查、模型實驗、數值模擬和理論研究等手段，對長大隧道地震響應機理與抗震進行了深入和系統的研究。根據長大隧道地震響應規(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意義的成果，包括一些規(guī)律的發(fā)現、理論與方法的建立、實驗方法及其裝置研發(fā)和吸能型耐震支護材料及其結構的開發(fā)等等。 1.總結并發(fā)現了長大隧道在強震作用下表現出洞口段、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，而大多數深埋段穩(wěn)定性較好的原因。同時從安全系數分布規(guī)律上也印證了臺灣學者提出的不同埋深隧道地震響應的強弱與地震波長掛鉤，即埋深處于波峰與波谷位置是最不利的。 3.理論推導出隧道洞口段面波作用下響應公式和深埋段剪切波作用下有松動圈時的響應公式。對隧道地震響應規(guī)律與抗減震設計有指導作用。 4.研制了深埋段和活動斷層段模擬實驗新材料、新方法及新裝置，用于實驗并獲得一系列成果。即剪切箱和斷層臺架等。 5.提出了隧道抗震設計的能量理論與方法，即結構的力-剛比與能-剛比雙高理論和能量消-轉-釋-吸-散機制。 6.研發(fā)了一系列能量型支護材料及結構和測試其能量特性的實驗裝置。 7.研發(fā)了洞口段耐震襯砌和耐落石沖擊的緩沖-分散-拱轉移型復合結構，其效果得到了大比例尺模型實驗驗證。 8.研發(fā)了幾種洞身段高性價比的耐震襯砌材料與結構，并得到了模型實驗的驗證。 9.研發(fā)了隧道穿越活動斷層段復合式能量釋-吸型免震結構，并得到了模型實驗驗證。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，將獲得較大的經濟和社會效益。

在2008年5.12汶川特大地震隧道震害現場調查基礎上，結合國內外以往隧道震害及研究成果調研，并進一步采用模型試驗、數值模擬分析和地應力現場測試等方法，研究長大山嶺隧道洞口及洞身段地震響應機理和破壞規(guī)律，從而建立其在不同烈度、構造、應力狀態(tài)、所處場地和結構形式條件下地震響應的數理力學模型與計算方法，總結長大山嶺隧道在抗震方面的經驗和教訓，研發(fā)長大山嶺隧道洞口及洞身段抗減震結構形式，尤其是隧道近場穿越活動斷層的減震結構。為大規(guī)模山嶺隧道的建設提供選線原則、抗減震設計理論基礎，特別是為高烈度區(qū)各種復雜地質、地形和結構條件下的長大山嶺隧道工程設計提供先進理論方法、技術對策及其計算模型。

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)生嚴重破壞。開展長大隧道跨斷層段的地震災變機理與抗震設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合黏彈性人工邊界理論，采用將輸入地震動轉化為人工邊界面上等效節(jié)點力的思想，同時考慮斷層截斷區(qū)域對人工邊界面上入射波場的擾動影響，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，基于應變等效假設和有效應力概念的塑性損傷理論，結合非線性統一強度模型(β模型)，并考慮巖體地質強度參數，建立適用于工程巖體介質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、構造應力條件和地震動輸入角度等因素下隧道的地震響應規(guī)律，揭示隧道跨斷層段在強震作用下的變形特性及破壞機理，為隧道跨斷層段的安全評估及抗震設防提供理論指導。 2100433B

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

【作者】錢七虎；何川；晏啟祥；

【機構】中國人民解放軍理工大學；西南交通大學；

【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震活動區(qū),震害具有分布廣、強度高、危害大等特點。從"5·12"汶川大地震及世界范圍的工程結構物震害情況看,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的抗震性能。但另一方面,在強震條件下,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、日本關東大地震、阪神大地震等強震都造成 2100433B