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地震作用下盾构隧道性状

作　者: 隋来才
导　师: 王立忠
学　校: 浙江大学
专　业: 岩土工程
关键词: 地震弹性地基梁纵向弯矩等效刚度系数衬砌参数震陷剪切传递荷载
分类号: U451
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

地铁在世界上大多数经济发达地区的交通中发挥了不可替代的作用，长期以来，人们认为地下结构具有较强的抗震性能，直到1995年日本兵库县南部地震中，以地铁车站、区间隧道为代表的大型地下结构遭受严重破坏，才出现了对地下结构抗震研究的热潮。在盾构隧道的抗震研究方法中，拟静力法和反应位移法由于自身简便易用的优点，目前仍是国外抗震规范中推荐使用的方法。盾构隧道的震害可以分为两类：地层震动产生的震害和地层破坏产生的震害。地层震动使隧道承受纵向的拉、压力和弯矩，以及横向的剪切荷载；地层破坏使地层产生液化、滑坡和震陷，盾构隧道随之发生相应的变形。本文首先介绍了纵向等效刚度，由于传统求解等效刚度的方法没有考虑螺栓预应力和土体对等效刚度的影响，本文对这些不足进行了修正，接着用弹性地基梁模型，求出地震发生时作用在隧道纵向上的最大拉、压力和弯矩，并考察在最大拉(压)力和弯矩共同作用下环缝位置的螺栓、混凝土管片的受力、变形以及环缝的张开量。其次，在隧道横向设计中等效刚度系数是极其重要的参数。以前人们通常认为地下结构在地震过程中不会破坏，所以等效刚度系数的求解都是建立在静止上覆土压力的基础上，而没有考虑地震剪切荷载，本文将地震剪切荷载考虑进去，根据45°、135°位置的位移等效，用等效圆环法求解衬砌的等效刚度系数。然后，通过算例分析了螺栓相对刚度、土层抗力系数、螺栓分布、螺栓数目、衬砌半径、衬砌厚度等各因素对等效刚度系数的影响，得出一些对衬砌抗震设计有益的结论。最后，本文用弹性地基梁模型推导了地层震陷产生的地层不均匀沉降引起的隧道沉降，同时求出了隧道沉降引起的隧道纵向弯矩、剪力、剪切传递荷载，并考察了剪切传递荷载引起的隧道横断面的内力和变形，为隧道的纵向抗震和横向抗震建立了联系。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-8
第一章绪论  8-14
  1.1 研究背景  8-9
  1.2 盾构隧道震害及其研究方法  9-13
    1.2.1 盾构隧道震害  9-11
    1.2.2 盾构隧道震害的研究方法  11-13
  1.3 本文的主要工作  13-14
第二章地震引起的盾构隧道的纵向内力和变形  14-40
  2.1 盾构隧道的纵向等效模型  14-18
    2.1.1 盾构隧道纵向等效模型原理  14-17
    2.1.2 螺栓预应力对纵向等效模型的影响  17-18
  2.2 等效拉压刚度  18-19
  2.3 等效弯曲刚度  19-26
    2.3.1 等效弹性弯曲刚度  20-22
    2.3.2 等效塑性弯曲刚度  22-25
    2.3.3 等效弯曲刚度的修正  25-26
  2.4 地震对衬砌环缝的影响  26-31
    2.4.1 最大拉、压力的求解  27-29
    2.4.2 最大弯矩的求解  29-30
    2.4.3 地震对隧道环缝的影响  30-31
  2.5 计算实例  31-38
    2.5.1 地震的输入  31
    2.5.2 计算实例一  31-35
    2.5.3 计算实例二  35-38
  2.6 小结  38-40
第三章地震剪切荷载下衬砌横向等效刚度系数  40-66
  3.1 地震发生时作用在衬砌上的荷载  41-45
    3.1.1 上覆静止土压力  41-43
    3.1.2 地震剪切荷载  43-45
  3.2 等效圆环法求解地震剪切荷载下衬砌等效刚度系数的步骤  45-46
  3.3 地震剪切荷载下衬砌参数对等效刚度系数的影响  46-64
    3.3.1 参数的确定  46-48
    3.3.2 地震剪切荷载下衬砌参数对衬砌等效刚度系数的影响  48-59
    3.3.3 三种受力情况下，等效刚度系数的比较  59-64
  3.4 小结  64-66
第四章地层震陷引起的隧道内力和变形  66-80
  4.1 地层震陷引起的隧道纵向内力和剪切传递荷载  66-70
    4.1.1 地层震陷及隧道响应  66-68
    4.1.2 隧道纵向弯矩、剪力、剪切传递荷载  68-70
  4.2 剪切传递荷载产生的横断面受力和变形  70-74
    4.2.1 横截面剪切力的确定  70-71
    4.2.2 剪切传递荷载产生的横断面内力和变形  71-74
  4.3 计算实例  74-79
    4.3.1 参数取值  74
    4.3.2 隧道沉降曲线  74-75
    4.3.3 纵向弯矩、剪力、剪切传递荷载  75-77
    4.3.4 剪切传递荷载引起的横截面内的弯矩、变形  77-79
  4.4 小结  79-80
第五章结论与建议  80-82
  5.1 本文的主要结论  80-81
  5.2 对进一步研究工作的建议  81-82
参考文献  82-88
附录I 地震剪切荷载下衬砌等效刚度系数求解公式的推导  88-100
附录II 地震剪切荷载下衬砌等效刚度系数计算流程图  100-101
致谢  101

地震作用下盾构隧道性状

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