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渗流作用下海底隧道结构流-固耦合地震动响应研究
| 论文题名： | 渗流作用下海底隧道结构流-固耦合地震动响应研究 |
| 关键词： | 渗流作用;海底隧道;流-固耦合;地震响应;多孔介质;粘弹性人工边界 |
| 摘要： | 随着现代交通建设的快速发展，海底隧道的建设解决了横跨海峡、海湾、海岛之间的交通连接问题，其所产生的巨大的经济效益和社会效益已经逐步走进公众视野。鉴于海底隧道处于复杂的地质环境和海洋环境中，其建设与维护存在着非常明显的困难，海水渗透防治与隧道结构抗震便是工程中所要解决的两个主要技术难题。为了研究渗流和地震作用对海底隧道结构的影响，本文的研究重点主要集中于以下两个方面: (1)不考虑围岩的含水率和渗透性，利用有限元软件ADINA，建立了粘弹性边界条件下的二维有限元计算模型，首先进行了自重应力下的固结计算，以消除非固结围岩对于计算结果的影响，然后输入地震荷载进行重新启动计算，得到了不考虑渗流作用下的海底隧道结构的地震动力时程响应。 (2)考虑围岩的含水率和渗透性，将隧道围岩定义为等效各向同性连续多孔介质，考虑粘弹性人工边界及固体围岩与岩体孔隙水之间的流-固耦合作用，建立二维有限元计算模型，采用与(1)中相同的计算顺序，分析了水平地震作用下隧道围岩中孔隙水压力的变化、多孔介质中的动水压力对隧道衬砌的作用、多孔介质渗流场与地震应力场的耦合作用对隧道安全性与稳定性的影响，并对考虑渗流作用与否以及不同地震烈度下的海底隧道结构的地震动响应作了相应的对比，得出了一些结论。 数值计算结果表明:隧道衬砌结构的地震动响应与地震加速度的变化密切相关，渗流作用对于隧道衬砌结构的安全性和稳定性影响显著:考虑渗流作用时，多孔介质围岩中的动水压力对隧道结构内力具有明显的影响，不可忽略;水平地震使得隧道衬砌两侧、拱肩至拱脚区域应力应变显著增大，岩体破坏的临界应力减小，隧道衬砌结构的安全性和稳定性降低。不同地震烈度对于隧道衬砌结构的地震响应具有不同的影响，地震响应随着地震加速度的增大而增大，其增幅与地震加速度的增幅具有基本一致的比例。这些结果将为工程实践和相关领域的科学研究提供参考依据。 |
| 作者： | 王建华 |
| 专业： | 结构工程 |
| 导师： | 程选生 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 兰州理工大学 |
| 学位年度： | 2013 |
| 正文语种： | 中文 |
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