黄土隧道地震动力响应特征及变形破坏机制研究

来源 :兰州交通大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:hainian3166
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我国黄土分布广泛,黄土高原地区为强震多发地带,研究黄土隧道地震动力响应特征和变形破坏机制能为黄土隧道抗震设计提供有效建议,对于保障人们的生命财产安全和出行安全及防灾减灾有重要的意义。目前,对于隧道抗震设防方面的研究多集中于岩质隧道,而对黄土隧道的相关研究相对较少。因此,本文依托某客专某黄土隧道实际工程,综合考虑坡高、坡角及进洞高程等因素,结合本文研究内容,从课题组完成的多组大型振动台模型试验中选取三组,通过对比分析三组振动台模型试验的结果,重点从加速度响应的角度分析研究黄土隧道地震动力响应特征及变形破坏机制。主要研究内容与成果总结如下:(1)通过观察记录三组振动台模型试验加载过程,将模型加载破坏过程划分为加载前期、加载中期、加载后期及完全破坏四个阶段。在此基础上通过分析试验所采集到的地震加速度数据,研究分析了坡面、仰拱及拱顶位置测点的峰值加速度分别在高程、隧道进深方向上的变化规律,验证了阶段划分的合理性。(2)引入小波包变换对地震加速度信号进行处理,利用MATLAB编制程序实现频谱信息的精细化分析。对三组模型试验加速度信号进行小波包处理并提取各个频段的能量占比,通过分析各频段能量占比发现:低频成分(0.1~12.51Hz)的波在隧道失稳破坏中占据主导地位,在整个加载破坏过中占比基本达到90%以上,而低频成分主要由第一频段(0.1~6.25Hz)的波组成。通过分析第一频段能量占比E1和第二频段能量占比E2发现:E1与E2此起彼伏,地震强度越高、低频成分能量占比越大、模型破坏程度更加严重,表明模型破坏主要是由低频成分导致的。(3)通过分析不同部位测点加速度信号的第一频段能量占比E1随加载工况的变化规律发现,E1在一段减小的趋势后会有一个突增,之后再重复这个规律。经过比对分析,发现E1的这个变化与上述四个破坏阶段所对应,可以作为模型进入下一阶段的标志,再次验证了加载破坏阶段划分的准确性。(4)分析总结了三组模型的变形破坏机制发现:三组模型中最容易破坏的共同部位是隧道洞口,2/3H进洞时拱顶土体破坏非常严重。通过对比分析得出坡脚进洞、坡角60°、坡高96cm的模型一变形损伤累计最缓慢,能承受的变形最大,抗震性能最好。
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