高烈度地震区山岭隧道抗减震耦合技术研究

本项目以雅泸高速公路强震区隧道群为依托工程，采用理论分析、大型振动台模型试验与三维数值模拟分析相结合的方法，对强震区山岭隧道抗减震耦合技术进行了研究。主要内容包括：.①在强震区隧道穿越不良地质地段(断层破碎带)可变结构的蠕动性与抗震性耦合技术，实现隧道结构正常使用阶段的安全性与地震发生时的大变形吸收能力的合理均衡，确保隧道安全运营。.②引入加卸载响应比理论，结合平均动力安全系数、地震永久性位移以及衬砌或围岩材料极限破坏强度等指标，建立起强震区隧道结构的安全评价理论和方法。.③在强震区山岭隧道结构与围岩震害机理分析的基础上，通过对不良地质地段隧道抗减震耦合技术研究，利用隧道既有的加固措施提高结构抗减震性能，达到优化高烈度地震区隧道结构抗震设计理论体系的目的。.研究成果为强震区山岭隧道支护系统和围岩变形稳定性校验提供科学有效的信息，使山岭隧道抗震理论设计理论水平再提升新的台阶。 2100433B

本书主要是基于汶川地震隧道震害调研的资料分析的基础上，以高烈度地震区的雅西高速公路隧道群和都汶高速公路重点隧道为依托工程，针对隧道不同围岩加固措施、减震层以及相应的构造措施，对强震区山岭隧道洞口段结构安全安全性和稳定性进行研究，并将研究成果应用于实际工程。同时，研究了强震区穿越断层破碎带隧道结构的动力响应的特性，研发了一种穿越不良地质地段隧道抗震型结构（获得发明专利），通过大型振动台模型试验验证，应用于雅西高速公路隧道工程，取得了良好抗减震效果。研究成果具有广阔的应用前景和实际应用价值，能够对高烈度地震区隧道工程优化设计、保障安全、减灾防灾、节约建设资金起到重要的作用，也为强震区同类隧道工程设计施工提供一定参考和借鉴。

前言

第1章绪论

1.1发展背景与趋势

1.2地下结构地震响应特性和震害形式

1.2.1地下结构地震响应特性

1.2.2隧道结构震害分析

1.3隧道与地下工程的抗震分析方法

1.3.1地震动分析理沦方法

1.3.2地震动计算分析方法

1.4国内外隧道结构抗减震技术研究与应用现状II

1.4.1隧道结构抗减震技术发展现状II

1.4.2隧道及地下结构减震措施研究

1.4.3大型振动台模型试验研究

第2章山岭隧道震害机理分析及修复加固措施

2.1汶川地震概况

2.1.1地震区区域地质构造

2.1.2地震形成机制

2.1.3地震波的形成

2.2汶川地震山岭隧道震害特征

2.2.1隧道震害基本概况

2.2.2隧道洞口段结构震害分析

2.2.3隧道洞身段结构震害分析

2.2.4隧道震害的基本特点

2.3山岭隧道地震影响因素

2.4山岭隧道震害机理

2.4.1山岭隧道震害破坏形态

2.4.2山岭隧道震害破坏原因

2.5灾后隧道结构修复加固应用技术

2.5.1洞口及边坡

2.5.2洞门

2.5.3隧道初期支护处理

2.5.4隧道衬砌开裂破坏、渗水

2.5.5仰拱及路面、排水沟等整治修复措施

2.5.6隧道侵限

第3章地下结构地震动力分析理论基础

3.1地震动力理论分析

3.1.1运动方程

3.1.2空间差分方程

3.2动力计算的本构及力学阻尼

3.2.1岩土动力本构模型

3.2.2力学阻尼

3.3动力计算的边界条件

3.3.1边界元

3.3.2黏性边界

3.3.3黏弹性边界

3.3.4自由场边界

3.4地震波校正与输入

3.4.1基线校正

3.4.2时频分析

3.4.3滤波

3.4.4地震动的输入

3.4.5地震波处理实例——徐店子隧道地震波处理

第4章强震区隧道洞口结构动力响应及其减震措施

4.1高烈度地震区山岭隧道洞口段结构的地震动响应研究

4.1.1依托工程概况

4.1.2计算模型参数及模型监测方案

4.1.3隧道结构横向地震动力响应分析

4.1.4随道结构纵向地震动力响应分析

4.2强震区山岭隧道围岩注浆预加固方案优化

4.2.1隧道围岩的注浆加固形式

4.2.2不同注浆形式下隧道结构动力响应研究

4.2.3隧道围岩全环间隔注浆预加固方案研究

4.3山岭隧道减震层参数优化研究

4.3.1减震层位置变化对隧道结构动力响应的影响分析

4.3.2减震材料变化对隧道结构动力响应的影响分析

4.3.3减震层厚度变化对隧道结构动力响应的影响分析

4.3.4隧道洞口段结构抗震与减震动力分析

第5章洞口段软硬岩交界面隧道结构抗减震技术

5.1依托隧道工程概况

5.2穿越软硬岩交界面隧道洞口段结构动力响应

5.2.1交界面倾角对隧道结构地震动力影响分析

5.2.2交界面位置对隧道结构地震动力影响分析

5.3洞口段软硬岩交界面隧道结构抗减震措施

5.3.1隧道围岩全环注浆技术方案

5.3.2隧道结构减震缝的减震效果研究

第6章强震区公路隧道结构安全模糊综合评判方法

6.1隧道结构安全评价因素集的建立

6.1.1隧道衬砌特征

6.1.2工程地质特征

6.1.3地震烈度

6.1.4隧道结构安全性评价体系

6.2隧道结构安全等级及其评判基准

6.2.1隧道安全等级划分

6.2.2隧道结构安全影响因素的评判基准

6.2.3综合评判模型中隶属函数的确定

6.2.4综合评判模型中权重的确走

6.3强震区山岭隧道结构安全模糊综合评判

6.3.1依托隧道工程概况

6.3.2隧道结构安全综合评判

6.3.3强震区公路隧道结构安全性评价软件

6.4隧道结构安全性数值验算

6.4.1V级围岩段隧道结构安全评估

6.4.2Ⅳ级围岩段隧道结构安全评估

第7章强震区穿越断层破碎带山岭隧道抗减震技术

7.1隧道走向与断层位置关系

7.2跨断层隧道结构纵向地震动力响应

7.2.1隧道工程计算模型

7.2.2跨断层隧道地震动力响应规律

7.2.3断层倾角对隧道结构地震动力响应的影响

7.2.4断层宽度对隧道地震动力响应的影响

7.2.5变形缝对隧道结构地震动力响应的影响

7.3跨断层山岭隧道横向地震动力响应

7.3.1隧道计算模型建立

7.3.2隧道结构横断面动力响应特性

7.3.3隧道结构纵向动力响应特性

7.4穿越断层区山岭隧道柔性结构减震技术

7.4.1跨断层隧道柔性减震结构的设计构思

7.4.2隧道柔性减震结构的关键参数优化

7.4.3柔性结构a减震机理探讨

第8章强震区山岭隧道结构抗减震措施验证与分析

8.1洞口段隧道结构动力特性及其减震效果试验研究

8.1.1模型试验依托工程概况

8.1.2模型试验振动台基本参数

8.1.3模型试验动力相似参数设计

8.1.4试验相似材料配制

8.1.5模型试验方案

8.1.6动力模型试验及结果分析

8.2跨断层隧道结构抗减震措施振动台试验研究

8.2.1依托工程概况

8.2.2振动台模型试验概况

8.2.3模型试验动力相似关系

8.2.4模型试骏的相似材料

8.2.5模型试验方案

8.2.6模型试验结果分析

8.3强震区山岭隧道振动台模型试验相关技术问题

8.3.1振动台模型箱设计

8.3.2模型试验相似参数及材料确定

8.3.3模型试验测试注意问题

8.3.4振动台隧道断层模型设计

第9章强震区穿越断层山岭隧道抗减震措施应用

9.1跨断层山岭隧道结构震害特征

9.1.1阪神大地震跨断层隧道震害情况

9.1.2汶川地震跨断层山岭隧道震害情况

9.2穿越不良地质段隧道抗减震结构形式

9.3强震区跨断层隧道抗震型结构的工程应用

9.3.1乌鞘岭隧道跨断层超挖技术

9.3.2土耳其Bolu公路隧道铰接技术

9.4雅西高速公路跨断层扯羊隧道结构隔离效能设计

9.4.1过断层带隧道结构设计方案研究

9.4.2跨断层隧道结构数值模拟分析

9.4.3跨断层隧道减震构造措施应用

参考文献 2100433B

本项目结合汶川地震隧道震害调研，采用理论分析、数值模拟与振动台模型试验相结合的方法，对强震区不良地质段隧道可变结构的抗减震新技术进行研究，主要研究内容如下：.(1)对强震区不良地质段隧道结构震害灾变理论进行系统研究：总结汶川地震中不良地质段隧道结构的破坏形态，采用离散元软件对隧道破坏模式和形态进行数值再现分析，重点研究隧道震害的成因及其震害灾变理论，为强震区隧道结构修复加固提供技术支持；.⑵分析隧道减震层的力学机制，建立减震层的力学计算模型，并提出隧道减震层的优化设计参数，得出强震区山岭隧道减震层的动力响应规律；.⑶提出强震区不良地质段隧道抗震型可变结构的抗减震新技术：基于强震区隧道震害灾变理论和减震层力学机制，隧道结构抗震技术概括为减、让、抗，通过改善围岩地质条件，提出抗震型可变结构新思路，减小地震对隧道结构的破坏，确保隧道安全。