【摘 要】
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本文以某海底隧道为工程背景,通过相似比设计,利用石膏为主要材料制作了相似比为1/20的海底隧道模型,并进行了相似土配比试验,设计了水-海床-海底隧道动力反应振动台装置以研究不同水深条件下的海底隧道地震响应。另一方面,基于二维一致粘弹性人工边界及地震动等效荷载输入法,通过Open Sees软件建立了二维饱和土自由场模型,研究二维一致粘弹性人工边界单元的精度,其次建立了水-饱和土自由场模型,研究覆盖水
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本文以某海底隧道为工程背景,通过相似比设计,利用石膏为主要材料制作了相似比为1/20的海底隧道模型,并进行了相似土配比试验,设计了水-海床-海底隧道动力反应振动台装置以研究不同水深条件下的海底隧道地震响应。另一方面,基于二维一致粘弹性人工边界及地震动等效荷载输入法,通过Open Sees软件建立了二维饱和土自由场模型,研究二维一致粘弹性人工边界单元的精度,其次建立了水-饱和土自由场模型,研究覆盖水层的深度对自由场地震响应的影响,最后建立了水-饱和土-海底隧道整体模型,研究了海底隧道的地震响应。本文的主要工作和相应成果如下:(1)基于相似理论,利用石膏、重晶石粉进行隧道模型材料配比试验,利用砂、碳酸钙、重晶石粉等材料进行相似土配比试验。采用特制模具进行隧道模型浇筑,研究了石膏制品的防水措施,并最终付诸于隧道模型的防水处理上。考虑振动台尺寸和模型尺寸相似比,设计并制作了模型箱,对模型箱内的布置进行了设计,对海底隧道上安装的传感器进行了防水处理。最后根据液体压强原理设计了一套可变水压的水-海床-海底隧道动力反应振动台装置进行海底隧道振动台试验。(2)基于OpenSEES软件,首先建立了二维饱和土自由场模型,分别对比分析了二维粘弹性人工边界、粘性边界、固定边界模型与扩展模型的结果,结果表明,二维粘弹性人工边界能够较好地模拟有限域中的无限域问题。而后建立了水-饱和土自由场模型,研究了覆盖水层对自由场模型地震响应的影响,结果表明P波和SV波作用下,水层的深度对自由场的位移响应影响几乎可以忽略,在P波作用下,自由场竖向加速度随水深的增加有逐渐减小的趋势,而在SV波作用下,自由场水平向加速度随水深的增加有逐渐增加的趋势。最后建立了水-饱和土-海底隧道模型,研究了P波和SV波垂直入射下不同水深时海底隧道的地震响应,结果表明,海底隧道的内力随着水深的增加有逐渐增加的趋势,在隧道拱肩、拱腰和拱脚处的内力较大,因而在结构设计时应特别引起重视。(3)振动台试验结果和数值模拟结果基本规律类似,海底隧道在地震荷载作用下拱肩和拱脚处内力或应力较大,而拱顶和仰拱处的较小,海水的深度变化对于隧道的加速度、相对位移、孔隙水压和内力有一定影响,但整体而言影响不大,特别是对相对位移几乎无影响。
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