溶洞隧道地震动力响应分析

溶洞隧道地震动力响应分析

随着交通建设不断深入,越来越多的隧道将修建在高烈度地震区。我国岩溶地质分布广泛,存在着大量溶洞,部分隧道难免会穿越这些溶洞,其动力响应规律值得探究。

本论文采用数值模拟和理论解析等理论研究方法研究了溶洞隧道地震动力响应特性。首先,对国内外地下结构地震响应特性研究方法进行整理、研究,选择研究溶洞隧道的研究方法——数值模拟法和理论解析法。

概略介绍ABAQUS非线性动力分析理论基础,接着对所用地震波进行分析,选用地震响应边界为无限元边界。然后,基于工程波动理论,运用波函数展开法和Fourier-Bessel级数变换,推导了岩溶隧道在平面SH波激励下动力响应位移解析解的计算公式并提出实用的简化解,通过数值模拟解验证了该动力响应位移解析解的合理性,并研究了溶洞半径、平面SH波入射角度以及溶洞与隧道的中心距等三个影响因素对溶洞和隧道的动力响应作用。

研究表明:溶洞和隧道衬砌的位移幅值与溶洞半径成正比,与两者间的中心距成反比,与平面SH波入射角度成正比。最后,以某西南高烈度地震区隧道为原型,利用ABAQUS有限元软件分析溶洞位置、溶洞半径、溶洞与隧道之间的净距、地震波入射角度等因素对溶洞和隧道衬砌Mises应力和位移幅值峰值的影响,得出溶洞和隧道衬砌横断面Mises应力、相对位移以及位移随隧道纵向距离的地震响应规律。