隧道衬砌地震作用力问题研究

本书在研究隧道结构在地震中的破坏机理的基础上，采用数值方法计算隧道衬砌地震作用力，考虑隧道埋深、围岩类别、衬砌结构形式等多种因素，并将计算结果与解析方法进行对比分析；通过综合对比解析和数值计算结果对现有的计算方法进行修正，得出易于应用和较准确的计算方法；参考模型试验测试结果对提出的衬砌地震作用力计算方法进行了验证。本书总结的研究成果可为隧道及地下工程的抗减震技术研究和设计提供参考，对于隧道结构的合理抗震设计有重要的理论意义和实际运用价值，对提高隧道及地下工程的抗震性，减轻地震灾害，保障安全畅通具有重要的意义。 2100433B

常用设计地震动参数已不满足工程结构发展的需要。地震动非平稳特性、空间相关性及长周期谱特性等是抗震设计中不容忽略的因素。本项目基于理论分析和计算机仿真，研究对结构地震响应具有显著影响的地震动特性的定量描述与估计方法，在此基础上研究提出包括弹性和弹塑性反应谱、大型实际动地震数据库和改进人造地震波等多种形式的地震动输入。 2100433B

摘要 本项目主要采用振动台试验的方法，研究了纤维混凝土衬砌与围岩的地震动力相互作用规律，提出纤维混凝土作隧道抗震型衬砌思路。本项目主要研究内容包括： （1）通过纤维混凝土衬砌-围岩相互作用的地震模拟振动台试验，研究纤维混凝土中纤维等对纤维混凝土衬砌的破坏特征的影响规律； 基于相似理论，采用 5 m ×5 m 三向地震模拟振动台进行模型试验，通过输入不同大小的地震波，研究纤维混凝土衬砌在地震动力作用下的破坏特征，并探讨破坏机理。 试验结果表明：素混凝土衬砌抗拉强度低、脆性大，裂缝基本呈直线型，断口干净整齐，裂缝挤压处有明显掉块痕迹； 纤维混凝土具有限制裂缝发展和结构变形的能力；在地震动力作用下，纤维通过黏结应力能够使混凝土吸收更多能量，降低幅值，反应滞后，减轻了地震力对结构的破坏；纤维混凝土衬砌裂缝多呈锯齿形，挤压松散的小碎块通过纤维黏结在裂缝口。 （2）采用理论分析和数值模拟相结合的方法，建立了纤维混凝土损伤量化的模型，并基于通用程序研究了纤维混凝土加载速率相关动力损伤弹塑性本构模型。 弹塑性损伤模型按照损伤和塑性之间的不同关系，将损伤和弹性耦合在一起。通过损伤加载函数屈服函数来控制耗散，使用单一的损伤和屈服面，使问题大为简化。 采用加载速率相关动力损伤本构模型可以有效地将动力与静力损伤演化通过应力、应变的动力放大系数联系起来。 （3）结合高烈度区隧道设计，进行纤维混凝土隧道抗震型衬砌的设计。 本项目从理论及试验上研究了纤维混凝土作为隧道抗震型衬砌的可行性，并进行工程设计，本项目的研究成果可为高烈度地震区山岭隧道的抗减震技术提供重要参考。 2100433B