杜家山隧道千枚岩围岩的动力效应分析

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近年来,随着我国经济建设的迅猛发展,国内高速公路建设日新月异。在“5.12”汶川大地震以后,随着灾后重建的深入,大量穿越强震区的隧道列入了建设计划,对公路隧道的施工技术提出了更高的要求。公路隧道施工过程中,洞室周围岩体发生应力重分布作用,当这种重分布应力超过围岩的强度极限时,将造成围岩的失稳破坏。在地震作用下,这种应力作用对围岩稳定性影响更加显著。本文对杜家山隧道千枚岩围岩及衬砌结构地震动力效应进行了数值分析和研究。通过选择适当的边界条件,模拟施工过程中常见余震的地震波,建立合理的计算模型,运用有限单元法分析隧道围岩及衬砌结构的地震效应,讨论其动力响应规律及对工程的影响。对比分析了隧道裸洞围岩、初支及二衬结构在输入水平地震波作用下,富水千枚岩和天然千枚岩两种围岩条件下隧道衬砌结构的地震效应。本文主要做了以下几方面的研究,得到杜家山隧道千枚岩围岩及衬砌结构地震响应的一些结论:1、调查了本文研究区隧道围岩岩体区域地质资料;阐述千枚岩岩体的岩性以及在室内的其物理力学试验,并得到相关参数;阐述结构动力学理论基础、有限元理论基础;2、建立了隧道的地震动力分析模型,通过模拟杜家山隧道的裸洞模型地震效应,得出隧道千枚岩围岩在地震作用下的响应规律。再运用有限元软件ANSYS中的动力时程分析方法,分析隧道衬砌的地震响应特性,并对影响千枚岩隧道衬砌的受力与变形的因素(主要是含水率)作了相应的计算与归纳;3、通过对比千枚岩围岩在富水与天然状态下的动力分析,得出富水千枚岩受地震影响比较大;4、地下结构的埋深对其动力响应的影响也是很大。在一定范围内,地下结构的埋深越大,其抗震安全性能越好;5、在地下结构的地震响应分析中,隧道衬砌结构左右两侧壁的上、下部易出现应力集中,变形也较大。从整个结构来看,衬砌结构侧壁上下处及其端部最容易发生破坏,因此在设计和施工过程中,应对上述部位予以重视。
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