【摘 要】
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随着我国经济的快速发展,公路运输量不断增长,山岭隧道大量修建。我国地处世界两大活跃地震带之间,高烈度地震区分布广泛,地震灾害频发。由于受到水文地质、勘察精度、施工水平和养护技术等的限制,隧道地层空洞等隐蔽性病害大量出现,严重降低围岩的整体性,地震作用下空洞和隧道衬砌结构产生动力相互作用,威胁隧道结构的稳定性安全性。本论文采用理论分析、有限元计算和正交试验等分析方法,研究了地层空洞对隧道地震动力响应
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随着我国经济的快速发展,公路运输量不断增长,山岭隧道大量修建。我国地处世界两大活跃地震带之间,高烈度地震区分布广泛,地震灾害频发。由于受到水文地质、勘察精度、施工水平和养护技术等的限制,隧道地层空洞等隐蔽性病害大量出现,严重降低围岩的整体性,地震作用下空洞和隧道衬砌结构产生动力相互作用,威胁隧道结构的稳定性安全性。本论文采用理论分析、有限元计算和正交试验等分析方法,研究了地层空洞对隧道地震动力响应的影响规律。主要研究内容及结论如下:（1）采用自由场边界,模拟地震动在无限空间中的传播,选择具有代表性的神户地震波,并进行噪音过滤和基线校正,考虑地震波的能量区间以及计算成本对地震波进行适当截断。（2）基于工程波动理论,采用波函数展开法和Fourier-Bessel级数变换,给出平面SV波入射下含空洞地层隧道动力响应的位移解析解,并与数值模拟解进行对比论证,解析解位移幅值峰值与数值模拟解位移幅值峰值相差9%左右,表明该解析解作为快速计算隧道动力响应位移的方法具有较好的实用性。（3）以某山岭隧道为工程背景,采用正交试验方法,考虑5种影响因素,建立三维有限元模型,通过极差分析和方差分析对计算数据进行梳理,确定了空洞和隧道相互作用下的破坏机理和变化规律:地震波入射角度与埋深为显著性影响因素,对空洞和隧道的局部位移以及有效应力起到控制作用,其他影响因素对隧道地震动力响应作用效果不同,空洞距离隧道越近,隧道的危险性并非线性增加,空洞与隧道中心距为隧道直径的1.25倍时或者空洞半径为隧道直径的0.15倍时,空洞对隧道可起到减能消震的作用。本研究可为地下工程的抗震设计提供参考。
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