盾构隧洞的地震响应分析

论文摘要

1995年的日本阪神地震翻开了地下结构抗震问题崭新的一页,使我们不能再固执的认为地下结构受四周围岩制约,在地震时是完全安全稳固的,它让工程界清楚的认识到地下结构的抗震性能亟需我们加强研究和探讨来重新评价。而关于处在典型的海域地质条件中的取排水隧洞的抗震设计规范并无相应的实施细则。因此研究其动力响应特性及其影响因素具有很大的现实意义。本文主要结合某核电厂扩建项目的排水工程的工程实例,对海洋土地基地下隧洞进行抗震研究,以期得到一些有价值的动力响应规律。本文的主要研究内容包括：第一章介绍了盾构隧洞地震响应分析的研究背景和意义,简单的总结了其研究现状,提出了本文要研究的问题；在第二章中结合某核电站排水工程实例,设计适合研究的典型地质工况和相应的参数,简化水位及实际工程的场地条件。地基土采取了邓肯-张模型,中点增量法进行静力计算；采取等效线性模型,等价线性法进行抗震分析。结合有限元的基础知识和计算机程序需求介绍了有限元静力和动力分析过程,对模型分析所需要的计算参数,动力方程的建立与求解,地震动模拟,边界条件处理等问题进行了介绍。为隧洞的二维和三维动力响应分析做好铺垫；在第三章中通过建立核电厂排水隧洞的二维模型并且进行了静力和动力分析,总结了穿越不同的典型海洋土土质条件,不同埋深,管片厚度与管片接缝刚度、竖向地震以及边界模拟对隧洞的衬砌受力及位移的影响及相关规律,分析了此类地下隧洞的动力响应特性及相关的影响要素,得到了一些响应规律；在第四章中为了进一步研究土层的变化对隧洞衬砌受力和变形的影响规律,建立了三维模型进行数值计算分析,采取等效线性模型,利用等价线性法对其进行了数值计算,总结分析了隧洞穿越不同土层时衬砌的受力与变形,试图得到隧洞对海洋土复杂地基的适应性。基于文中对隧洞的二维和三维的静力和动力分析,计算所得的隧洞动力响应特性规律仅为工程抗震设计提供参考依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 研究现状
• 1.3 盾构隧洞地震响应分析方法概述
• 1.4 本文完成的主要工作
• 2 地下隧洞结构的有限元计算分析方法
• 2.1 概述
• 2.2 本构模型
• 2.2.1 邓肯-张E-B模型
• 2.2.2 等价线性模型
• 2.3 计算模型及计算要点
• 2.3.1 工程概况及计算模型
• 2.3.2 工程场地静力计算
• 2.3.3 工程场地动力计算
• 2.3.4 隧洞衬砌结构计算要点
• 2.4 本章小结
• 3 海洋土地基盾构隧洞二维地震响应分析
• 3.1 概述
• 3.2 计算模型与参数
• 3.3 隧洞不同埋深下的动力响应分析
• 3.4 竖向地震对隧洞动力响应的影响
• 3.5 隧洞在不同土层中的动力响应分析
• 3.6 管片厚度与管片接缝对隧洞动力响应影响
• 3.7 边界对隧洞动力响应的影响
• 3.8 本章小结
• 4.海洋土地基盾构隧洞穿越不同土层三维地震响应分析
• 4.1 概述
• 4.2 计算模型与参数
• 4.3 隧洞穿越不同土层的动力响应分析
• 4.3.1 静力计算结果分析
• 4.3.2 地震反应分析
• 4.4 本章小结
• 5.结论及展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢