【摘要】：新世紀以來,我國地震災(zāi)害時有發(fā)生,鑒于西北地區(qū)黃土特殊的物理力學(xué)性質(zhì)以及當(dāng)?shù)貜?fù)雜的地質(zhì)條件和地理環(huán)境,是地震災(zāi)害頻發(fā)和黃土滑坡災(zāi)害多發(fā)的地區(qū),然而隨著西部大開發(fā)戰(zhàn)略如火如荼的進行,必將有大量的交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)在黃土地區(qū),譬如新建鐵路寶雞至蘭州客運專線,地處陜西和甘肅兩省的黃土分布區(qū),寶蘭客運專線正線全長401.71km,其中全線黃土隧道就有78座,總里程達到了273km,占線路全長的近70%,由于隧道幾乎都分布在山谷中,因此就出現(xiàn)了眾多高橋連高隧的現(xiàn)象,許多橋墩高達數(shù)十米甚至上百米,因此就出現(xiàn)了隧道在不同高程進洞的情況,而不同進洞高程這一參數(shù)與隧道建成后的正常使用、抗震性能以及強震后的快速搶修也都有著緊密聯(lián)系。隧道在不同高程下進入黃土邊坡其地震動力響應(yīng)必然有一定的區(qū)別,因此考慮邊坡進洞高程的大斷面黃土隧道洞口段動力響應(yīng)方面的研究具有重要的現(xiàn)實意義。本文采用數(shù)值模擬和振動臺模型試驗兩種方法進行相關(guān)研究。數(shù)值模擬方面主要考慮在不同進洞高程、不同仰坡坡度等工況下的洞口段動力響應(yīng)規(guī)律;振動臺模型試驗方面,主要考慮在60°坡度下選擇不同進洞高程來研究黃土邊坡失穩(wěn)破壞規(guī)律和隧道洞口段受力特征。主要進行了以下幾方面的研究:(1)查閱國內(nèi)外有關(guān)地震作用下隧道洞口破壞的文獻,經(jīng)過分類統(tǒng)計匯總,初步總結(jié)了洞口段襯砌結(jié)構(gòu)和仰坡的震害類型和震害機理,為后續(xù)數(shù)值計算和振動臺模型試驗的結(jié)果分析提供了參考依據(jù)。(2)考慮不同仰坡坡度對洞口段動力響應(yīng)特征的影響。設(shè)置了4種不同仰坡坡度,分析了在不同坡度下邊仰坡由坡腳到坡頂?shù)募铀俣�、位移、放大系�?shù)等的變化規(guī)律,并著重討論了在每種仰坡坡度下隧道洞口襯砌結(jié)構(gòu)的受力特征和變形規(guī)律,包括沿隧道軸向的加速度、位移、襯砌應(yīng)力的變化趨勢。結(jié)果表明,仰坡坡度越大,坡面位移和洞口段監(jiān)測點位移相對就越大,75°時的坡面位移和洞口段監(jiān)測點位移最大;坡面加速度和洞口段監(jiān)測點加速度整體隨著仰坡坡度的增大而減小。(3)考慮大斷面黃土隧道不同進洞高程時的洞口段動力響應(yīng)特征,這也是本文研究討論的重點。設(shè)置了三種不同的進洞高程,即在坡腳(0H),坡腰(0.3H),接近坡頂(0.6H)三處進入黃土邊坡。討論了不同工況下仰坡坡面和洞口段襯砌結(jié)構(gòu)的加速度、位移、放大系數(shù)、襯砌應(yīng)力等的變化規(guī)律。結(jié)果表明,同一仰坡坡度下,不同進洞高程對坡面位移和加速度的影響較小,但對洞口段襯砌位移和加速度的影響較大;隨進洞高程的增大,洞口段襯砌最大應(yīng)力峰值逐漸減小,坡腳進洞時應(yīng)力峰值最大。(4)為進行振動臺模型試驗做準備,首先根據(jù)《鐵路工程土工試驗規(guī)程》的相關(guān)要求測定了試驗?zāi)Ｐ吞钔恋南嚓P(guān)物理力學(xué)參數(shù),例如天然含水率,密度,最優(yōu)含水率,最大干密度、液塑限等。參考借鑒相關(guān)文獻中的振動臺試驗,設(shè)計本次研究的試驗?zāi)Ｐ?制定試驗方案等。(5)進行振動臺模型試驗。根據(jù)設(shè)計好的試驗方案,利用中國地震局蘭州地震研究所的4m*6m電伺服振動臺進行模型試驗。設(shè)置仰坡坡度為60°時,坡腳和0.5H高程進洞時的黃土隧道洞口段的邊仰坡及襯砌結(jié)構(gòu)受力特點及破壞特征;研究地震動力作用下黃土邊坡和隧道結(jié)構(gòu)的受力問題,研究隧道在不同高程下邊坡及隧道的動力響應(yīng)。
【圖文】：

蘭州交通大學(xué)碩士學(xué)位論文1 緒論1.1 研究背景與研究意義新世紀以來，西部地區(qū)在交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)方面取得了舉世矚目的成就，包括蘭新客運專線、寶蘭客運專線、連霍高速公路等一批高速鐵路、高速公路的建成通車，極大的方便了西部地區(qū)人民群眾的出行，為促進當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟社會發(fā)展起到了至關(guān)重要的作用。但在交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中，線路不可避免的要穿越地質(zhì)條件極為復(fù)雜的區(qū)域。而其中西北黃土分布區(qū)將修建越來越多的橋梁與隧道工程，加之本世紀頭十五年世界各地強震頻發(fā)的背景，這些建設(shè)在黃土地區(qū)上的建筑物的抗震性能應(yīng)受到格外關(guān)注。

目前有關(guān)隧道洞口段在地震動力作用下的響應(yīng)特征以及減震技術(shù)方面沒有關(guān)于黃土隧道方面的研究成果。而對于黃土隧道的洞口段，顯然屬于道結(jié)構(gòu)相互影響的巖土-結(jié)構(gòu)相互作用問題。黃土隧道洞口段支護結(jié)構(gòu)受場、開挖支護以及地震作用下的邊坡動力放大效應(yīng)[15、16]的共同影響，而黃道的存在而產(chǎn)生不同的地震動力響應(yīng)[17]，因此，隧道在邊坡上的進洞高程要參數(shù)。然而目前大多數(shù)隧道的進洞選址于坡底，洞外結(jié)構(gòu)所受地震慣性是洞外結(jié)構(gòu)震害發(fā)生率較高的原因之一[18]。假設(shè)實際施工中隧道不只是從是選擇在黃土邊坡上某個與坡底有一定高程差的區(qū)域通過時，黃土隧道邊支護結(jié)構(gòu)的動力響應(yīng)規(guī)律及破壞形式如何，當(dāng)前尚無相關(guān)的研究成果。目坡地震動力穩(wěn)定性的研究成果已經(jīng)相當(dāng)豐碩，但卻一直沒有考慮隧道洞口結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的影響，，黃土隧道洞口段支護結(jié)構(gòu)對黃土邊坡的動力響應(yīng)及其怎樣的影響，會以哪種方式和機理起作用，是一個值得深入研究的課題。路客運專線的設(shè)計和具體施工過程中，由于線路走向和高程設(shè)置的需要，隧相接、高橋連高隧的情況，如圖 1.2 所示。因此，研究交通工程中黃土對隧道洞口邊仰坡和襯砌支護結(jié)構(gòu)動力穩(wěn)定性的影響具有很重要的意義。
【學(xué)位授予單位】：蘭州交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：U451

【參考文獻】

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本文編號：2585253