【硕士】高黎贡山隧道动力稳定性及抗减震措施研究【2010】

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内容简介

　　学科专业：地质工程　　授予学位：工学硕士　　学位授予单位：成都理工大学　　学位年度： 2010年　　5.12 汶川地震造成位于震中附近的都江堰—汶川公路多座隧道严重受损，宝成铁路109 隧道发生塌方，隧道震害导致交通的阻断给抢险救灾带来极大不便。震后，地下结构抗震研究领域出现了前所未有的热潮。云南高黎贡山铁路隧道位于滇西南地震带，地震活动频度高，强度大。本硕士学位论文以“高黎贡山隧道动力稳定性及抗减震措施研究”为题。首先，对隧道地震破坏特征进行数值模拟研究；其次，对高黎贡山隧道越岭段在强震过程中的动力稳定性及抗减震措施进行研究，获得的主要成果如下：　　（1）利用解析法—反应位移法进行地下结构抗震计算，采用Matlab 矩阵计算软件编写计算程序，分析表明：隧道埋深、衬砌刚度和横断面尺寸、岩土体参数和地震大小对地下结构的受力和变形影响较大。　　（2）结合Midas 软件，采用多自由度体系有阻尼振动用模态（振型）分析法求解高黎贡山隧道围岩体的阻尼比值。通过经验公式“a=3.14* z ”计算出场地围岩体的局部阻尼系数，为数值模拟计算中的动参数取值提供参考。本文对阻尼系数的整个确定过程建立了系统的计算流程。　　（3）根据前人对汶川大地震震中附近山岭隧道变形破坏特征的研究成果，本文建立断层、洞口基覆分界、节理和塌方体、软硬岩分界相应的不良地质数值模型，进行地震动力响应分析。围岩体及衬砌结构动力响应表明：具有不良地质条件的围岩体在地震作用下使衬砌支护结构产生环向剪切破坏、轴向裂缝等震害现象。　　（4）建立高黎贡山出口、进口段数值模型，采用隧址区人工合成波即加速度峰值0.46g 进行动力分析。计算结果表明：进、出口段衬砌结构加速度和位移随着进洞深度的增大而增加，进口段洞门衬砌结构最大加速度1.3g；进口段衬砌结构在进洞20m 处产生2.8Mpa 的集中应力；出口段进洞30m 范围衬砌结构拱顶产生0.3Mpa 的拉应力，进口段进洞范围20m 范围衬砌结构拱顶产生0.8Mpa 的拉应力；洞口边坡局部产生塑性变形破坏。建议出口段抗震设防长度为30m；进口段抗震设防长度为20m。　　（5）建立高黎贡山隧道帮迈-邵家寨断层数值模型，采用隧址区人工合成波即加速度峰值0.46g 进行动力分析。结果表明断层在断层破碎带内的刚性衬砌结构上产生较大的应力，近9.8Mpa；衬砌结构和围岩体在重力方向上产生0.07m的错动位移；破碎带及断层上盘内的衬砌结构塑性破坏范围较大。据此建议对高黎贡山隧道深埋断层采用必要的抗震减震方案。　　（6）从解析法—反应位移法、物理模拟和数值模拟三个方面探讨大阻尼减震材料、围岩体注浆和支护刚度的抗减震效果。研究表明，注浆加固围岩和二次衬砌外使用大阻尼减震材料能有效的减小二衬结构响应的动应力、位移和塑性破坏区，起到减震的效果。建议进出口段抗减震措施为：边坡—挂网喷锚；围岩体—注浆；初期支护—锚喷+钢拱架；二次衬砌—钢筋混凝土，并设抗震缝。建议断层破碎带采用“注浆+锚网喷+减震层+二次衬砌”的抗减震措施。　　

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