地震作用下水下隧道破坏机理

发布时间：2020-09-29 18:51

　　 随着中国经济发展,水下隧道的修建产生了巨大社会经济效应。但由于水下隧道所处的地质环境复杂,地震作用下水下隧道的破坏机理一直困扰着岩土工程师,因此本文重点研究地震作用下液化区与非液化区水下隧道的破坏机理。(1)考虑混凝土在地震循环荷载作用下的损伤累计,基于Mazars损伤理论,在D-P本构模型基础上,提出了考虑混凝土损伤的处理方法。在FLAC~(3D)平台上实现了非线性混凝土损伤动力本构模型的二次开发,并通过了计算结果与试验数据进行验证。结果表明:模型的收敛性较好,计算结果与实验数值契合度高,且破坏形式与实验高度吻合。开发的非线性混凝土损伤模型可为实际工程中的地震灾害评估提供支持。(2)运用开发的损伤模型,对非液化区的水下隧道破坏机理进行研究。从基岩底部同时输入压缩波和剪切波,着力于研究隧道衬砌在地震响应下初始损伤的薄弱点,以及损伤拓展的过程。结果表明:在地震作用下,隧道的损伤最先始于断面的拱脚与拱底,之后损伤区域逐渐向上发展、贯通,导致隧道的破坏。(3)针对液化区水下隧道的破坏机理,本节运用有限差分软件FLAC~(3D)对局部穿越液化土层中的盾构隧道进行纵向三维数值分析,从基岩底部同时输入压缩波和剪切波,研究双向地震波激励条件下土层液化对盾构隧道的影响。结果表明局部土层液化上浮使该处隧道衬砌结构产生相对较大的上浮位移,而处于非液化部位的隧道衬砌结构的位移量较小,使隧道沿纵向产生较大的弯矩。隧道上浮最严重断面顶部受拉,底部受压,顶部所受拉应力远超过了衬砌的设计抗拉强度,可见受拉破坏才是液化导致隧道破坏的真正主导因素。
【学位单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：U451
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 隧道破坏过程的分析方法
    1.3 研究内容与章节分布
3D在岩土工程抗震中的运用'>2 FLAC^3D在岩土工程抗震中的运用
    2.1 基本理论
        2.1.1 偏微分方程
        2.1.2 空间导数的有限差分近似
    2.2 时程分析法
3D施加荷载方式'>        2.2.1 FLAC^3D施加荷载方式
3D边界的设定'>        2.2.2 FLAC^3D边界的设定
3D提供的力学阻尼'>        2.2.3 FLAC^3D提供的力学阻尼
3D对加速度时程的要求'>        2.2.4 FLAC^3D对加速度时程的要求
    2.3 本构模型理论
    2.4 流固耦合理论
    2.5 液化分析理论
3 损伤本构开发与验证
    3.1 D-P模型的基本理论框架
        3.1.1 增量弹性法则
        3.1.2 屈服函数和势函数
        3.1.3 材料参数说明
    3.2 混凝土损伤本构模型原理
3D环境下的二次开发'>    3.3 FLAC^3D环境下的二次开发
3D中的本构特点'>        3.3.1 FLAC^3D中的本构特点
        3.3.2 二次开发环境
        3.3.3 混凝土损伤模型开发的程序流程
        3.3.4 程序代码解析
    3.4 模型验证
4 非液化区工程实例模拟
    4.1 水下隧道地震响应特点
    4.2 工程概况
    4.3 数值模拟与模拟过程
        4.3.1 有限差分模型
        4.3.2 材料本构关系及计算参数
        4.3.3 接触面的设置
        4.3.4 边界条件
        4.3.5 材料阻尼
        4.3.6 地震波输入
        4.3.7 场地水位设置
    4.4 模拟结果分析
        4.4.1 损伤过程分析
        4.4.2 隧道衬砌受力分析
        4.4.3 隧道衬砌孔压分析
        4.4.4 隧道衬砌变形分析
    4.5 小结
5 液化区工程实例模拟
    5.1 工程概况
    5.2 数值模拟与模拟过程
        5.2.1 有限差分模型
        5.2.2 材料本构关系及计算参数
        5.2.3 接触面的设置
        5.2.4 边界条件
        5.2.5 材料阻尼
        5.2.6 地震波输入
        5.2.7 场地水位设置
    5.3 模拟结果分析
        5.3.1 液化区域分析
        5.3.2 变形分析
        5.3.3 隧道地震分析
    5.4 小结
6 结论与展望
    结论
    展望
参考文献
攻读硕士学位期间科研工作情况
致谢

【参考文献】

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本文编号：2830116