長(zhǎng)大隧道地震響應(yīng)機(jī)理與抗震項(xiàng)目摘要

在2008年5.12汶川特大地震隧道震害現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查基礎(chǔ)上，結(jié)合國(guó)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(yàn)、數(shù)值模擬分析和地應(yīng)力現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試等方法，研究長(zhǎng)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(chǎng)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(jì)算方法，總結(jié)長(zhǎng)大山嶺隧道在抗震方面的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，研發(fā)長(zhǎng)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(chǎng)穿越活動(dòng)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(jì)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(zhǎng)大山嶺隧道工程設(shè)計(jì)提供先進(jìn)理論方法、技術(shù)對(duì)策及其計(jì)算模型。

項(xiàng)目組通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查、模型實(shí)驗(yàn)、數(shù)值模擬和理論研究等手段，對(duì)長(zhǎng)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(zhǎng)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(dòng)斷層段三大特征段落分別開(kāi)展了有針對(duì)性的具體研究。取得了一系列有理論價(jià)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(yàn)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(kāi)發(fā)等等。 1.總結(jié)并發(fā)現(xiàn)了長(zhǎng)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(dòng)斷層段極易發(fā)生破壞的響應(yīng)特征。 2.靜-動(dòng)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(shí)從安全系數(shù)分布規(guī)律上也印證了臺(tái)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(zhǎng)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(dòng)圈時(shí)的響應(yīng)公式。對(duì)隧道地震響應(yīng)規(guī)律與抗減震設(shè)計(jì)有指導(dǎo)作用。 4.研制了深埋段和活動(dòng)斷層段模擬實(shí)驗(yàn)新材料、新方法及新裝置，用于實(shí)驗(yàn)并獲得一系列成果。即剪切箱和斷層臺(tái)架等。 5.提出了隧道抗震設(shè)計(jì)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(cè)試其能量特性的實(shí)驗(yàn)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(yàn)驗(yàn)證。 8.研發(fā)了幾種洞身段高性價(jià)比的耐震襯砌材料與結(jié)構(gòu)，并得到了模型實(shí)驗(yàn)的驗(yàn)證。 9.研發(fā)了隧道穿越活動(dòng)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(yàn)驗(yàn)證。使攻克長(zhǎng)大隧道過(guò)活動(dòng)斷層這一絕癥有了希望。 10.申請(qǐng)及獲批專利16項(xiàng)，將獲得較大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

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(kāi)展長(zhǎng)大隧道跨斷層段的地震災(zāi)變機(jī)理與抗震設(shè)計(jì)理論研究具有重大理論和工程意義。首先，基于近場(chǎng)波動(dòng)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(dòng)轉(zhuǎn)化為人工邊界面上等效節(jié)點(diǎn)力的思想，同時(shí)考慮斷層截?cái)鄥^(qū)域?qū)θ斯み吔缑嫔先肷洳▓?chǎng)的擾動(dòng)影響，建立一種針對(duì)有限斷層場(chǎng)地的地震動(dòng)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(dòng)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(zhǎng)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(dòng)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(píng)估及抗震設(shè)防提供理論指導(dǎo)。 2100433B

《隧道工程動(dòng)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(qián)七虎、何川、晏啟祥。

【作者】錢(qián)七虎；何川；晏啟祥；

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

【摘要】<正>我國(guó)地處歐亞地震帶和環(huán)太平洋地震帶之間,地震活動(dòng)頻繁,是世界上最大的大陸淺源強(qiáng)震活動(dòng)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(duì)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(tái)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