随着西部大开发战略的实施,大量公路、铁路和水电建设中的隧道工程将修建在活断层附近和高烈度地震区。山岭隧道在强烈地震作用下的动力响应有何规律?在高烈度地震区或活断层附近修建隧道是否安全?如何进行抗减震设计?这些都是工程设计人员关心的问题。目前,我国对隧道及地下工程的抗震研究才刚起步。因此,研究高烈度地震区山岭隧道地震动力响应及减震措施具有重大现实意义。本文旨在通过对黄草坪2#隧道洞口段进行大型三维振动台物理模型试验,深入了解该隧道的地震动力响应特征,从而总结出偏压隧道的地震响应规律。首先,本文借鉴黄草坪2#隧道已开展的小型振动台模型试验,推导出的几何相似比1/40、弹模相似比1/20、密度相似比1/0.75为主控因素的各种相似关系;以重晶石粉、石英砂、氧化锌、石膏、甘油、乳胶和水为基材,按不同的配合比配制的混合材料作为黄草坪2#隧道Ⅱ类、Ⅲ类围岩的相似材料;以内置钢丝网的石膏圆管作为隧道二衬结构模型;将初期支护结构简化为不同直径的钢丝加以模拟;同时,对模型材料的物理力学参数进行了必要的补充试验。其次,在参考已有的各种物理模拟试验与数字模拟成果的基础上,确定了模型的模拟范围,通过相似比换算确定了模型尺寸大小;结合振动台要求,设计并制作了本项试验的模型箱,使其在满足模型自振频率和承载力要求的基础上,尽量使得浇注模型便利;根据数字模拟得出的动力响应规律,设计了模型试验的测试方案。选取了适合本次试验的各种测试仪器,根据本次试验模型材料特性设计了布安装仪器的方式、方法;制作了围岩预制块、隧道衬砌结构、工字刚、格栅钢拱架、锚杆等结构部件,按照浇注方案,分次、分层浇注,每层之间养护3～5天,结构与围岩预制块之间用现浇围岩连接;由此完成了模型的设计、制作、浇筑与养护,形成了一套制作模拟的工艺流程。待测试仪器调试完毕后输入白噪音扫描对模型特性进行识别后,按安装试验设计加载制度,分别由弱至强输入地震波。在三向六自由度大型振动台上,对黄草坪2#隧道洞口段模型进行了63%、10%、5%、1%超越概率,不同激振方向人工合成地震波输入的振动台试验。为使试验具有普遍意义,在试验中加入了实测地震波Kobe波。地震模拟试验过程中,除了传感器测试外,还采用摄像机进行全程监控,并在每次工况输入完毕后对隧道衬砌进行扫描,观察二衬变形破坏情况。将各种工况下采集到的加速度曲线,应变曲线,以及应力曲线进行分析得到:不同地震激振方向对隧道影响不同,其中与隧道轴向垂直的水平激振(Y向)、垂直方向和Y向合成激震(即YZ向激振)隧道结构的动力响应最大;随埋深增加隧道动力响应不断减弱,在大于10倍洞径后动力响应值趋于平稳;偏压隧道靠山侧边墙动力响应大于临空侧边墙,在动荷载作用下拱顶和边墙处应力集中;随地震强度的增加,拱顶和边墙的动力响应值最大;减震层、抗震缝等减震措施的减震效果较好,能起到减震消能的作用;黄草坪隧道洞门转角及其临空侧在地震作用下产生应力集中,为洞门最易破坏的区域;洞口边坡在动荷载作用下,在仰坡未支护区域产生多条拉裂缝,但未发生整体失稳,仅局部有掉块现象。最后用物理模拟试验、数字模拟、现场监测资料进行综合分析,对黄草坪2#隧道的抗震安全性进行了评价。