强震作用下铁路隧道横通道交叉结构裂损机理及其防治措施研究

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1、国内图书分类号：U25密级：公开国际图书分类号：624西南交通大学研究生学位论文强震作用下铁路隧道横通道交叉结构裂损机理及其防治措施研究年级二〇一五级姓名陈政申请学位级别工程硕士专业建筑与土木工程指导老师申玉生副教授二零一八年五月ClassifiedIndex:U25U.D.C:624SouthwestJiaotongUniversityMasterDegreeThesisRESEARCHONTHEMECHANISMOFDAMAGEANDCRACKANDCONTROLMETHODSOFCROSSPASSAGEINRAILWAYTUNNELUNDERS

2、TRONGEARTHQUAKEGrade:2015Candidate:ChenZhengAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpeciality:ArchitectureandCivilEngineeringSupervisor:AssociateProfShenYushengMay,2018西南交通大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权西南交通大学可以将本论文的全部

3、或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复印手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1．保密□，在年解密后适用本授权书；2．不保密□，使用本授权书。（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导老师签名：日期：日期：西南交通大学硕士学位论文主要工作（贡献）声明本人在学位论文中所做的主要工作或贡献如下：（1）建立了有横通道的铁路隧道三维有限元模型，提出了在隧道及地下工程的结构易损性方法，研究了地震方向性对有横通道的铁路隧道二次衬砌受力损伤的影响，得到结构的最不利损伤地震入射角度为45º~60º，最不利受力地震入射角度为90º。（2

4、）运用扩展有限元原理，研究了有横通道的铁路隧道在Ⅸ度地震烈度作用下裂损力学机理，揭示了在地震入射角度分别为45º和90º时结构的裂损扩展形态，开裂区域主要集中在拱脚和横通道交叉口拱顶位置。（3）提出了减震层结合柔性接头的隧道抗减震模型，分析了有减震层的隧道抗震效果，肯定了初期支护-减震层-二次衬砌支护形式的良好抗裂损效果。本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行研究工作所得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明。本人完全了解违

5、反上述声明所引起的一切法律责任将由本人承担。学位论文作者签名：日期：西南交通大学硕士研究生学位论文第I页摘要随着我国基础事业的飞速发展，隧道形式也趋于多样化，在强震地区修建隧道交叉结构存在如变形过大、应力集中并伴随着衬砌开裂破坏等一系列问题。为保证交叉结构隧道在强震区域的正常使用，本论文以四川茂县成兰铁路隧道工程为背景，选取隧道横通道与主隧道交叉结构为研究对象，建立非线性有限元三维数值模型，运用混凝土损伤本构，结合易损性分析方法，对横通道与主隧道交叉结构进行易损性分析。通过应用扩展有限元理论，结合易损性分析结果，对横通道与主隧道交叉结构在最不利地震条

6、件下的裂损机理进行了研究，并提出了强震作用下减震层结合柔性接头的抗震措施。本论文研究结论具体如下：（1）建立了有横通道的铁路隧道三维有限元模型，提出了在隧道及地下工程的结构易损性方法，研究了地震方向性对有横通道的铁路隧道二次衬砌受力损伤的影响。通过计算112种工况，研究了地震波对隧道交叉结构二次衬砌易损性，得到该隧道交叉结构二次衬砌损伤最不利入射角度为45º~60º，受力最不利角度为90º，发生完全损伤最大概率比0º入射角情况下增大25%。该隧道交叉结构二次衬砌钢筋最大响应位置分布较为集中，而混凝土最大响应位置分布较为分散。（2）运用扩展有限元原理，

7、研究了有横通道的铁路隧道在Ⅸ度地震烈度作用下裂损力学机理，揭示了在地震入射角度分别为45º和90º时结构的裂损扩展形态，开裂区域主要集中在拱脚和横通道交叉口拱顶位置。在分析中得到：由于仰拱在施工中未施加初期支护，导致二次衬砌仰拱承受全部围岩压力，围岩等效塑形应变在隧道仰拱分布最为严重，使得围岩产生过大变形，致使在地震入射角度为90º，撕开型裂缝宽度达到了120mm；在主隧道与横通道交叉口位置出现应力集中，在交叉口拱顶应力集中最为严重，地震入射角度为45º时滑开型最大裂缝宽度达到了17mm，大于地震入射角度为90º时产生的最大裂缝。（3）提出了减震层结

8、合柔性接头的隧道抗减震模型，肯定了初期支护-减震层-二次衬砌支护形式的良好抗裂损效果。减震层结合柔性接头的设