穿活动断裂带隧洞地震动力响应及对策研究

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大量震后调查显示,活动断裂带是隧洞地震震害最严重区段,严重影响隧道(洞)工程的安全运营和使用寿命。为此,本文依托白龙江引水工程,以穿越六盘山东麓断裂带的六盘山隧洞为研究对象,结合区域地质背景和断裂活动性,基于岩体动力学基本理论,采用数值计算等方法,开展活动断裂洞段地震动力响应研究,分析三向地震力作用下活动断裂洞段动力响应的时空特征,进而分析设置减震措施后断裂带洞段的地震动力响应特征,据此阐释减震机理及减震效果评判依据。主要研究成果如下:(1)三向地震波初始加速度时程变化规律及峰值大小对隧洞衬砌结构的加速度、位移、应力时程及峰值有控制作用。入射波特征对工程地震动力响应分析起到关键影响。此外,衬砌加速度峰值到达时间有滞后现象,衬砌最大、最小主应力及最大剪应力有明显的时程堆积放大效应。(2)活动断裂带段隧洞岩体及衬砌结构动力响应具有显著的放大效应,活动断裂带内围岩及衬砌的加速度、应力、变形明显大于两盘洞段,两者界面处存在显著突变现象。(3)活动断裂带洞段围岩和衬砌的动力响应具有显著的各向异性效应,其中隧道横向、轴向加速度峰值在隧道衬砌边墙部位放大显著,而竖向加速度峰值在隧洞拱顶、仰拱位置放大更为显著。断层破碎带内衬砌结构出现拉应力分布,其中仰拱及拱脚部位拉应力、剪应力较为集中,表明仰拱及拱脚部位为衬砌抗震薄弱部位。(4)减震层及减震缝通过消纳地震能量,改善段断裂带段隧洞衬砌应力状态,从而提高隧道破碎带段抗震水平。具体减震效果主要体现在,设置减震层及减震缝能够降低隧洞衬砌结构的应力峰值、震期衬砌应力和变形的震荡幅度、衬砌峰值加速度等。
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