《不同岩性条件下曲线隧道地震响应的损伤特性分析》

技术简介：

与直线隧道相比,围岩中曲线隧道在地震作用下的响应机制比较复杂,其损伤特征尚不清楚。要准确地预测隧道的行为以及在地震荷载下是否会失效仍然是个挑战性。鉴于此,本文以常州地铁二号线为工程依托,在假设非线性材料行为和三维非弹性岩石介质的情况下,应用损伤力学理论,建立隧道-围岩模型,进行动力响应分析,并通过实验室模型实验验证了该模型的正确性。首先,为了更好的了解围岩强度对弯曲隧道抗震性能的影响,对弯曲隧道-围岩系统的地层参数进行了量化。其次,通过建立直线和曲线隧道衬砌的损伤模型,研究不同围岩参数下的直线隧道和曲线隧道损伤演化规律和抗弯性能。然后,分析不同岩层下直线隧道和曲线隧道损伤差异性的原因。最后,使用评价表达式量化不同围岩参数对曲线隧道的损伤性能的影响。研究结果应用于常州地铁二号线工程,具有一定实际意义。主要研究内容及研究结果如下:1.分析多种工况下衬砌的抗弯性能。结果表示:直线隧道的抗拉,抗压,抗扭性能远远大于曲线隧道,围岩参数对隧道的抗拉,抗压,抗扭性能影响不同,对抗弯性能的影响程度占据75%左右。可以根据主成分分析法得到最终评价隧道抗弯承载力的理论方程,并有效的判断出围岩参数与损伤度之间的函数关系。2.分析多种工况下衬砌的隧道损伤演化规律,通过数值模拟和实验室模型的方法,判断衬砌结构所处的损伤状态。结果表示:弯曲隧道中的损伤过程是一个损伤变化的循环过程,该模型准确地捕捉到了损伤演化过程中的这些结构方面。由于弯曲隧道的位移与压缩损伤直接相关,因此可以通过位移检测来识别结构损伤。3.基于评价表达式,使用Matlab软件对隧道衬砌损伤状态下的围岩参数进行处理,并结合数值模拟得到的损伤指标对衬砌进行损伤量化。结果表明:利用损伤评价表达式量化了在具体岩层情况下八级地震波下隧道衬砌损伤的具体位置和严重程度,对隧道损伤检测提供了一种参考。

研发人员：卜士洁