《強震作用下隧道洞口段失穩機理研究》是依託北京工業大學，由趙旭擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：強震作用下隧道洞口段失穩機理研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：趙旭
- 依託單位：北京工業大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
工程實踐已表明，山嶺隧道洞口段在強震作用下易發生變形及失穩破壞。本項目擬針對隧道洞口段在強震作用下的動力回響、破壞規律和分析方法進行研究。通過理論分析、數值模擬和振動台模型試驗：①提出結合突變理論的位移失穩判據，與塑性區貫通失穩判據相對比，建立適用於隧道洞口段的動力強度折減法失穩判據；②在該判據的基礎上，對計算條件和強度折減的實施步驟進行研究，建立隧道洞口段在強震作用下的三維動力強度折減法計算方法；③結合汶川地震現場回訪、數值計算結果和振動台模型試驗，給出隧道洞口段圍岩變形失穩的演化規律、邊坡失穩的空間特徵、洞口段襯砌及洞門結構的受力和變形特徵等，對隧道洞口段失穩破壞全過程的力學機理進行深入的分析。最終建立適合隧道洞口段在強震作用下失穩的分析方法。該方法對類似工程的理論研究和設計、設防等工程實踐具有重要的參考價值。
結題摘要
採用模型實驗、理論分析及數值計算等手段，研究了山嶺隧道洞口段在強震作用下的震害機理，建立了分析和評價洞口段地震穩定性的有限差分強度折減法，並分析了抗減震措施。獲得了一些新的認識：（1）實施了不同坡度、不同載入方向、含減震層的三組振動台模型試驗，發明了一種新型相似材料；採用非接觸式位移監測系統進行了表面位移的監測。（2）試驗表明，由於洞口臨空面的存在，隧道洞口處會出現加速度的放大效應。隨著仰坡坡度的增加，這种放大效應會逐漸減弱；沿隧道縱軸向載入條件下，這种放大效應會增加；減震層的設定，可以有效減小襯砌的加速度反應，對放大效應有所抑制。相應地，襯砌結構位移在洞口也有放大效應。隧道結構兩側的拱肩和拱腳位置是抗震的薄弱環節。洞口仰坡是隧道洞口段抗震設防的重點區域。沿隧道軸向載入時，坡面破壞尤為明顯，是更為不利的振動方向。（3）基於自由變形法，將三維山嶺隧道洞口段簡化為單面坡均質模型，考慮洞口仰坡的反射效應並得到圍岩中的應變和位移場，並將隧道簡化為三維薄壁殼結構，受到應變與位移場作用，最終得到垂直入射SH、SV波作用下隧道結構的應變和位移回響。獲得了應變集中的部位。不同的仰坡坡角，並不能改變應變沿橫截面的分布規律，但隨著坡角的增加，環向與切向應變逐漸增大。洞口處的剛性位移較大，這與試驗結果相符。（4）基於有限差分法強度折減計算，將塑性應變能結合突變理論的失穩判據通過編製程序引入動力強度折減法計算。認為該判據概念明確、監測量數值單一，突變點依據數學方法確定，避免了判據的主觀性，且準確性可以滿足。基於本課題的模型試驗，建立數值計算模型，採用上述判據開展了洞口邊仰坡度數分別為25度、35度和45度的不同角度的研究，結果表明，三個模型的動、靜力安全係數均是隨著坡角的增大而減小；相同坡角下，動力安全係數小於靜力安全係數，這與動力載入降低結構穩定性的一般規律一致。這些成果對相關工程具有參考意義。
