地下結構柔性支護地震動回響特性研究

《地下結構柔性支護地震動回響特性研究》是依託武漢大學，由肖明擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：地下結構柔性支護地震動回響特性研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：肖明
• 依託單位：武漢大學

項目摘要

地下廠房洞室一般採用柔性支護。目前柔性支護都是採用工程類比法按靜力狀態設計，其地震動回響的影響缺乏理論指導和相應研究。我國大部分大型地下廠房建在地震高發的西南地區，研究地下結構柔性支護地震動回響特性，對地下廠房運行的安全評估理論具有重要意義。本項目依託已建大型地下廠房設計資料，採用現場調查、實驗模擬、理論分析、數值計算等手段，研究圍岩與柔性支護地震動回響聯合作用機理，建立圍岩與柔性支護動力聯合作用模型；研究柔性支護岩體地震波折射、反射波疊加特性，分析柔性支護結構和圍岩動回響損傷演化規律；研究高效有限元並行計算方法，開發地下結構柔性支護地震動回響高效計算平台；研究地震動回響的時效和耗散能累積突變理論，建立地下結構柔性支護地震動回響安全評價體系。通過研究，為大型地下廠房的抗震安全運行和生命周期的評估提供理論依據和技術支持。該項研究成果不僅具有重要的理論意義，對工程設計也具有重大的指導意義。

結題摘要

我國水利水電大型地下廠房多建在地震高發的西南地區，研究地下結構柔性支護地震動回響特性，對地下廠房運行的安全評估具有重要意義。本項目依託已建大型地下廠房設計資料，採用實驗模擬、理論分析、數值分析相結合的研究方法，研究地下結構柔性支護的地震動回響特性，圍繞柔性支護的作用機理、力學模型、地震動回響、高效算法和安全評價等方面展開研究。經歷四年的努力，取得的主要成果有：（1）基於柔性支護加固圍岩的作用機理，建立了錨桿的複合錨固單元模型，揭示了地震動荷載在圍岩與柔性支護的相互作用機理。建立了錨桿和圍岩協同變形的力學模型，建立了考慮錨桿沿程應力、錨桿受剪下作用和岩錨吊車梁塗瀝青段的數值分析模型。（2）提出“開源節流”的高效計算最佳化思路，構建了基於計算機集群和CPU/GPU異構的高效並行平台。針對柔性支護與圍岩的相互作用特性，構建地下洞室柔性支護抗震計算數值分析平台。（3）研究了地震作用下錨桿應力的回響過程，及錨桿和圍岩的接觸界面、錨頭界面的損傷過程，揭示地震災變中柔性支護和圍岩的損傷演化規律。（4）研究了不同的錨固參數組合下，柔性支護的地震動破壞機制、破壞過程及破壞形式，揭示了柔性支護加固圍岩的抗震機理，提出了柔性支護抗震設防的建議。在本項目資助下，在《Computers and Geotechnics》、《Soil Dynamics and Earthquake Engineering》、《Shock and Vibration》、《岩石力學與工程學報》、《岩土力學》等期刊上發表學術論文22篇，其中SCI收錄8篇，EI收錄14篇。培養博士研究生13人，碩士研究生15人。取得的相關研究成果完善了地下結構抗震計算基本理論，同時為地下結構柔性支護的抗震設計提供理論支撐。