跨海减震隧道工程结构的地震动稳定分析

【摘要】为方便人们出行、促进区域经济发展,利用跨海隧道将远离陆地的各个岛屿或陆地连接起来,是世界各国人民长久以来的梦想。随着现代化的工程地质勘察、工程材料技术和施工技术的发展,这些梦想已在多处得到实现。相较于其他形式的隧道如陆上隧道,跨海隧道有着更为复杂的地质环境。海底存在着复杂的地貌；跨海隧道需要在一定深度海水之下的岩体中开挖,有时候海水深度会非常深,其围岩要承受巨大的水压力；海底地质条件普遍较差,风化覆盖层较厚,围岩多为饱和中风化和微风化裂隙岩体,其中存在着较高的孔隙水压和渗透压。因此跨海隧道跟陆上隧道相比,更容易出现失稳破坏。随着经济的快速发展和人们工作生活节奏的加快,跨海隧道必将在未来的交通运输当中起到决定性作用。因此,进行复杂地质环境下跨海隧道的地震动稳定研究,定量估计跨海隧道的地震动安全系数具有重要的理论和工程实际意义。本文以胶州湾跨海隧道为工程背景,在现有关于陆上隧道地震动稳定研究以及跨海隧道静力稳定分析的基础上,利用ADINA软件分别建立结构模型和流体模型。考虑粘弹性人工边界以及地震、渗流的影响,通过两个模型进行流-固耦合动力分析,研究海水深度、覆岩厚度和渗透系数对跨海隧道动力稳定安全系数的影响以及跨海隧道塑性区的变化规律。同时研究了有无减震层时跨海隧道围岩结构安全系数的变化情况,从而得到了设置减震层对跨海隧道安全系数的影响。研究结果表明：(1)渗流和双向地震作用下,跨海隧道的塑性区最先出现在跨海隧道两侧拱脚、拱肩周边部位,拱顶部位没有出现塑形区,较为安全。(2)在海水深度一定的情况下,覆岩厚度越大,塑性区发展愈明显,安全系数越小；在覆岩厚度一定的情况下,海水深度越大,塑性发展愈明显,安全系数越小,但变化幅度不大；渗透系数对围岩塑形区发展和地震动安全系数的影响不明显。(3)设置减震层可以提高跨海隧道结构在地震作用下的安全系数,能够起到良好的减震效果。(4)覆岩厚度越厚,设置减震层对跨海隧道在地震作用下的安全系数提高越少；海水深度和渗透系数的变化对由于设置减震层而导致的安全系数提高幅度影响不大。(5)覆岩厚度的变化较之海水深度和渗透系数对跨海隧道在地震作用下安全系数的影响更大。
【作者】徐伟伟；
【导师】程选生；
【作者基本信息】兰州理工大学，结构工程，2014，硕士
【关键词】减震；跨海隧道；渗流；流-固耦合；地震；稳定；安全系数；

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