渗流和温度作用下海底隧道结构的地震动稳定分析

【摘要】在当今世界,海底隧道已成为影响地区经济发展和推动社会进步的重要交通设施,但是由于其所处地理环境的复杂性,设计、施工及运营都较陆上隧道有着更大的困难,所以对其安全稳定性作出综合评价显得尤为重要。本文以青岛胶州湾海底隧道为研究背景,主要研究以下两个方面：(1)研究单向地震时渗流和温度作用下,海水深度、覆岩层厚度及渗透系数的改变对海底隧道结构稳定性的影响,借助于有限元ADINA软件及粘弹性人工边界,采用强度折减法,首先通过固结计算达到消除岩体内的超孔隙水压力的目的；然后,输入El-Centro地震波进行动力分析,得到模型边界顶点的最大水平位移；最后,建立温度场模型对结构进行热分析,将得到的结构各节点温度值作为外荷载的形式施加到折减模型中,并且输入顶点水平位移最大时刻的两侧竖向边界节点的水平位移值和重力进行静力分析,通过不断折减抗剪强度参数,得到海底隧道结构的安全系数,以及安全系数、主应力及位移随海水深度、围岩厚度和渗透系数改变时的变化规律。(2)研究双向地震作用对海底隧道结构稳定性的影响,在上一步研究的基础上,输入顶点位移矢量最大时刻的两侧边界的水平位移和竖向位移进行静力强度折减计算,得到海底隧道结构的安全系数。最后通过对单、双向地震作用下海底隧道结构稳定性分析的对比,以及同现有文献中不考虑温度作用的海底隧道结构稳定性对比,得到一些结论。数值结果表明：采用动力有限元静力抗剪强度折减法求解得到的安全系数作为海底隧道结构稳定性判断依据是合理的；考虑渗流、温度及单向地震作用.时海底隧道结构的安全系数随着上覆岩层厚度、上覆海水深度的增大而减小,渗透系数的变化对安全系数影响不大；温度作用对海底隧道结构稳定性的影响不可忽视；对分析得到的结构薄弱部位采取相应的构造措施予以加强。通过这些结果为海底隧道工程相关领域的研究提供一定的参考依据。
【作者】任毅；
【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】海底隧道；渗流；温度；地震；强度折减；安全系数；

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