强震区穿越反倾断层隧道洞口结构动力特性及控制技术研究

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高烈度地震区山岭隧道洞口段是隧道震害的易发部位,特别是穿越不良地质或地质条件发生较大变化的区域时,隧道结构更容易遭受破坏。目前,国内外对于地震动为0.4g以上的山岭隧道的相关研究较少,且现有规范体系对于强震区设计规定内容太少,规范明确只适用于地震动为0.4g及以下地区。中亚某线石油管道隧道工程作为国家级战略工程,处于世界上地质构造最为活跃的区域之一,区域地震的强烈程度和地质、地形复杂程度都远远超过了以往国内外遇到的任何工程。因此,本文以中亚某线石油管道隧道工程为依托,基于PGA=0.6g地震动作用下,采用资料调研、理论分析和数值模拟的手段,开展穿越反倾断层隧道洞口结构的动力特性及抗减震措施研究。具体研究内容如下:(1)考虑断层的倾向效应,即顺倾、反倾两种断层倾向的动力特性研究。分析不仅考虑了在不同峰值加速度地震波作用下两种断层倾向仰坡的加速度、速度放大效应,同时研究了不同峰值加速度地震波作用下的仰坡坡内位移和应力响应特性,得出反倾断层为较不利的断层倾向。(2)研究了不同仰坡倾角和岩层交界面倾角下穿越反倾断层隧道洞口结构的动力响应特性,得出:随着洞口仰坡倾角的增加,隧道结构的应力响应和位移响应增加,围岩塑性区范围增大;随着岩层交界面倾角的增加,隧道结构的应力响应和位移响应减小,围岩塑性区范围减小。并通过最小主应力放大系数确定典型隧道结构的合理影响分区,即隧道洞口至交界面位置及交界面沿隧道纵向4D(D为隧道跨径)范围为主要影响区。(3)开展了洞口段穿越反倾断层隧道结构的不同抗减震措施研究。研究分析了在不同抗震缝设置形式、不同减震层厚度及在不同注浆加固厚度下的抗减震效果。结果表明:设置抗震缝明显减小了隧道结构的应力响应,但是隧道结构的位移响应增大,采用与岩层交界面倾角平行的环向抗震缝的抗震效果优于常规竖直环向抗震缝;设置减震层减小了隧道结构的应力响应和位移响应,但对隧道结构的位移响应减小幅度较小,减震层厚度以10~15cm较为合适;注浆加固围岩能够有效减小隧道结构的应力和位移响应,当注浆圈厚度达到3m左右时,这种减小效果趋于平稳不再增加。
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