【摘要】：近年來(lái)國(guó)內(nèi)外大力發(fā)展地下交通新途徑的趨勢(shì)日益增高,修建大型跨�？缃淼酪呀�(jīng)是未來(lái)國(guó)內(nèi)外交通建設(shè)的主要規(guī)劃目標(biāo)。然而,國(guó)內(nèi)很多地區(qū)處在地震烈度較高且震害機(jī)率較大的地震帶上,且近幾年頻發(fā)的高強(qiáng)度地震災(zāi)害表明,地下結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)和施工是土木工作者亟待解決的問(wèn)題,因此,考慮流固動(dòng)力耦合情況下隧道結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)研究變得尤為重要。本文基于Biot多孔介質(zhì)動(dòng)力理論,借助在解決多場(chǎng)耦合作用問(wèn)題上有巨大優(yōu)勢(shì)的Comsol Multiphysics有限元軟件,對(duì)不同情況下的飽和土體內(nèi)隧道結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)情況進(jìn)行研究模擬分析。具體研究工作包括:1.利用Comsol Multiphysics在求解多場(chǎng)耦合問(wèn)題上的優(yōu)勢(shì),通過(guò)對(duì)Comsol提供的PDE模塊進(jìn)行二次開(kāi)發(fā),實(shí)現(xiàn)了Biot飽和多孔介質(zhì)u-w流固耦合形式下波動(dòng)方程的求解。2.建立基于Comsol軟件的飽和多孔介質(zhì)粘彈性人工邊界條件的施加方法以及相應(yīng)波動(dòng)輸入方式,實(shí)現(xiàn)了采用Comsol有限元軟件對(duì)飽和土場(chǎng)地的地震反應(yīng)分析。通過(guò)與典型內(nèi)源、外源問(wèn)題解析解對(duì)比,驗(yàn)證了該方法的可行性和正確性。3.建立飽和土體一隧道結(jié)構(gòu)的Comsol有限元分析模型,分別模擬分析了在P波以及SV波作用下,不同隧道埋深和不同土體性質(zhì)條件下結(jié)構(gòu)在位移、應(yīng)力以及孔隙水壓力幾個(gè)方面的地震動(dòng)力響應(yīng)情況,主要得出以下結(jié)論:(1)在兩種不同地震波(P波和SV波)作用下,結(jié)構(gòu)整體的位移時(shí)程變化趨勢(shì)與輸入地震波的位移時(shí)程變化趨勢(shì)相近,且當(dāng)隧道的相對(duì)埋深和土體的彈性模量增大時(shí),隧道結(jié)構(gòu)的整體位移響應(yīng)有減弱的趨勢(shì)。(2)隨著隧道埋深的增加,結(jié)構(gòu)在兩種不同地震動(dòng)力作用時(shí),各關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的應(yīng)力及結(jié)構(gòu)外側(cè)的孔隙水壓會(huì)出現(xiàn)先增加后減小的往復(fù)波動(dòng)情況。因此,僅通過(guò)改變埋深來(lái)提高結(jié)構(gòu)整體的抗震性能是不全面的,應(yīng)綜合考慮地質(zhì)條件、施工技術(shù)等多種實(shí)際工程情況來(lái)確定結(jié)構(gòu)的最佳埋深。(3)地震作用下,結(jié)構(gòu)和土體的相對(duì)剛度(柔度比)對(duì)隧道抗震性能的影響十分顯著,當(dāng)柔度比增加時(shí),結(jié)構(gòu)各處的應(yīng)力及外側(cè)孔隙水壓會(huì)隨之減小,且應(yīng)力最大減幅達(dá)到47.7%。隧道結(jié)構(gòu)對(duì)于周圍土體的柔性越大,即柔度比越大,結(jié)構(gòu)的抗震性越優(yōu)。而僅增加結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度,會(huì)使其柔度比降低,并不利于提高結(jié)構(gòu)的抗震性能。
【圖文】：

和分別為沿邊界法向與切向處的速度分量；＾和＇《ｗ，￣為無(wú)量綱參數(shù)。此邊界方法原理簡(jiǎn)單，，簡(jiǎn)便。因此在工程中應(yīng)用較多。當(dāng)波動(dòng)大角度入射時(shí)，作用較差，存在一定局限性。逡逑界逡逑５９］提出了透射邊界的理論，其原理是直接在模型邊界界向無(wú)限域透射的過(guò)程。作為一種時(shí)域型局部人工邊有限差分法等計(jì)算方法相結(jié)合。公式中不同的透射階效果。逡逑邊界逡逑工邊界邊界由ＤｅｅｋＳ［６０］提出的，假定散射波是二維柱面導(dǎo)過(guò)程與粘性邊界相類似。粘彈性邊界實(shí)施的原理是施加一定的彈簧和阻尼器，介質(zhì)的彈性恢復(fù)能力由彈由阻尼器所消耗，從而達(dá)到施加人工邊界的目的。圖２－示意圖：逡逑

Ｃｏｎｓｔｒａｉｎｔ接口中的“將反作用力項(xiàng)用于”編輯窗口中分別輸入：逡逑＾■ｓＴＵｐ邋＋邋＾－ｓＴＶｐ邋＞邋ＫｓＮＵＰ邋＋邋ＣｓＮＶＰ邋＋邋ＫｆｆｊＵｐ邋＋邋Ｃ＃ｐ逡逑人工邊界中切向的彈簧阻尼的作用力；第二分別固相部分對(duì)應(yīng)的邊界上切向彈簧和阻分對(duì)應(yīng)的邊界上法向彈簧和阻尼系數(shù)；彈簧和阻尼系數(shù)；分別為入射地震波的立的求解方法及人工邊界的施加方法的有效模型，該模型與ＳｉｍｏｎＭ等給出了不同激勵(lì)條解析解模型一致，將得到的數(shù)值解與解析解對(duì)＾（ｔ）邋ｐ＝0逡逑
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：U452.28

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 趙維炳;;廣義 Voigt 模型模擬的飽和土體軸對(duì)稱固結(jié)理論解[J];河海大學(xué)學(xué)報(bào);1988年05期

2 莫瑞;曹文貴;;飽和土變形過(guò)程模擬的統(tǒng)計(jì)損傷方法新探討[J];江西藍(lán)天學(xué)院學(xué)報(bào);2011年04期

3 秦小軍,陳少林,曾心傳;二維非均勻飽和土體的地震反應(yīng)分析[J];地震工程與工程振動(dòng);1999年01期

4 楊林德,楊志錫;各向異性飽和土體的滲流耦合分析和數(shù)值模擬[J];巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào);2002年10期

5 楊林德,楊志錫;對(duì)“各向異性飽和土體的滲流耦合分析和數(shù)值模擬”一文討論的回復(fù)[J];巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào);2004年20期

6 曾晨;孫宏磊;蔡袁強(qiáng);王鵬;;簡(jiǎn)諧荷載作用下飽和土體中圓形襯砌隧道三維動(dòng)力響應(yīng)分析[J];巖土力學(xué);2014年04期

7 李大鵬;李永濤;;基于理想飽和土體的有效應(yīng)力原理幾點(diǎn)辨思[J];巖土工程界;2008年12期

8 丁洲祥;對(duì)“各向異性飽和土體的滲流耦合分析和數(shù)值模擬”一文的討論[J];巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào);2004年20期

9 徐斌;雷曉燕;徐滿清;劉林芽;;飽和土體中空溝對(duì)移動(dòng)荷載被動(dòng)隔振的2.5D邊界元法分析[J];巖土力學(xué);2012年04期

10 劉干斌,頓志林,謝康和,施祖元;飽和土體中半封閉壓力隧洞的應(yīng)力和位移場(chǎng)[J];科技通報(bào);2004年01期

相關(guān)會(huì)議論文 前10條

1 李堯臣;吳迪;;懸浮液在飽和土體中的滲流-沉積問(wèn)題[A];中國(guó)力學(xué)大會(huì)-2015論文摘要集[C];2015年

2 周正明;;飽和土體大變形固結(jié)有限元分析[A];巖土力學(xué)數(shù)值方法的工程應(yīng)用——第二屆全國(guó)巖石力學(xué)數(shù)值計(jì)算與模型實(shí)驗(yàn)學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集[C];1990年

3 謝永毅;張晶;;飽和——非飽和土體的滲流場(chǎng)與應(yīng)力場(chǎng)耦合分析[A];2012年5月建筑科技與管理學(xué)術(shù)交流會(huì)論文集[C];2012年

4 杜明芳;肖昭然;張昭;;基于修正劍橋模型的飽和土體圓孔擴(kuò)張問(wèn)題的彈塑性解析解[A];中國(guó)土木工程學(xué)會(huì)第九屆土力學(xué)及巖土工程學(xué)術(shù)會(huì)議論文集（上冊(cè)）[C];2003年

5 王成華;殷忠平;;非飽和土體顏色與飽和度及基質(zhì)吸力相互關(guān)系的試驗(yàn)研究[A];中國(guó)土木工程學(xué)會(huì)第十二屆全國(guó)土力學(xué)及巖土工程學(xué)術(shù)大會(huì)論文摘要集[C];2015年

6 謝新宇;謝康和;潘秋元;;飽和土體大變形固結(jié)理論的若干問(wèn)題[A];巖土力學(xué)的理論與實(shí)踐——第三屆全國(guó)青年巖土力學(xué)與工程會(huì)議論文集[C];1998年

7 蔡袁強(qiáng);丁光亞;徐長(zhǎng)節(jié);;飽和土中排樁對(duì)傾斜入射彈性波的屏蔽[A];第五屆全國(guó)建筑振動(dòng)學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2008年

8 魯曉兵;張旭輝;;水平動(dòng)載下飽和土體響應(yīng)的理論解[A];第九屆全國(guó)工程地質(zhì)大會(huì)論文集[C];2012年

9 崔智謀;李亮;;流固耦合飽和兩相介質(zhì)動(dòng)力模型在ABAQUS中的實(shí)現(xiàn)[A];第3屆全國(guó)工程安全與防護(hù)學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2012年

10 莢穎;唐小微;欒茂田;;可液化雙層地基上填筑壩地震響應(yīng)的數(shù)值模擬[A];防振減災(zāi)工程理論與實(shí)踐新進(jìn)展（紀(jì)念汶川地震一周年）——第四屆全國(guó)防震減災(zāi)工程學(xué)術(shù)研討會(huì)會(huì)議論文集[C];2009年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 張石平;基于Boer多孔介質(zhì)理論的飽和土—樁基體系豎向耦合振動(dòng)研究[D];大連海事大學(xué);2018年

2 陳剛;彈性樁與飽和土的扭轉(zhuǎn)動(dòng)力相互作用研究[D];浙江大學(xué);2006年

3 周新民;準(zhǔn)飽和土波動(dòng)特性及動(dòng)力響應(yīng)研究[D];浙江大學(xué);2006年

4 姜領(lǐng)發(fā);飽和土中結(jié)構(gòu)對(duì)穩(wěn)態(tài)體波散射問(wèn)題的研究[D];上海交通大學(xué);2007年

5 何芳社;飽和土與梁、板動(dòng)力相互作用問(wèn)題的研究[D];西安建筑科技大學(xué);2007年

6 余俊;飽和土地基—樁基—上部結(jié)構(gòu)動(dòng)力相互作用理論分析與試驗(yàn)研究[D];湖南大學(xué);2007年

7 袁宗浩;飽和土地區(qū)地鐵列車運(yùn)行引起的環(huán)境振動(dòng)影響研究[D];浙江大學(xué);2016年

8 曾晨;地鐵荷載作用下飽和土體襯砌隧道與軌道系統(tǒng)的動(dòng)力響應(yīng)[D];浙江大學(xué);2014年

9 孫宏磊;高速交通荷載作用下飽和土體與線路系統(tǒng)的動(dòng)力響應(yīng)[D];浙江大學(xué);2008年

10 黃曉吉;交通荷載作用下飽和土體中襯砌隧道系統(tǒng)的動(dòng)力響應(yīng)研究[D];南昌大學(xué);2015年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 周國(guó)棟;考慮流固動(dòng)力耦合的飽和土體內(nèi)隧道結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)分析[D];北京交通大學(xué);2019年

2 李亞楠;非均質(zhì)飽和土中管樁扭轉(zhuǎn)動(dòng)力響應(yīng)特性研究[D];太原理工大學(xué);2019年

3 尚微;飽和土中管樁水平瞬態(tài)動(dòng)力特性研究[D];太原理工大學(xué);2018年

4 丁海濱;基于非局部-Biot理論的飽和土中圓形隧道對(duì)地震波的散射研究[D];華東交通大學(xué);2018年

5 李丹;基于隨機(jī)場(chǎng)的準(zhǔn)飽和土場(chǎng)地地震反應(yīng)分析[D];蘭州理工大學(xué);2017年

6 趙宇昕;飽和土—基礎(chǔ)—結(jié)構(gòu)動(dòng)力相互作用分析[D];南京航空航天大學(xué);2017年

7 陳非;非飽和土體滲流—變形分析研究[D];昆明理工大學(xué);2014年

8 楊園野;飽和土體中層狀連續(xù)屏障隔振研究[D];華東交通大學(xué);2017年

9 左迎輝;移動(dòng)荷載作用下飽和土體的動(dòng)力響應(yīng)[D];浙江大學(xué);2005年

10 廖克武;橫觀各向同性飽和土體瞬態(tài)動(dòng)力響應(yīng)研究[D];浙江大學(xué);2006年

本文編號(hào)：2632566