随着我国经济的快速发展,国家对西北地区交通基础项目投资越来越大,如已建成的郑西客运专线、宝兰客运专线、兰渝铁路,正在修建的成兰铁路、银西铁路等。这些工程的建设都要穿越黄土地区,黄土地区特殊的地质地貌特点和强烈的地震活动背景给交通工程的建设和运营带来很多复杂的科学技术问题。因此关于地震作用下的黄土地区隧道动力响应特征及其抗震性能研究也就显得尤为重要,特别是随着近些年来我国西部地区构造运动和地震逐渐活跃,黄土隧道在强地震动作用下的稳定性研究对交通工程的整体通畅及震后快速修复具有十分重要的意义。本文通过大型振动台模型试验进行了黄土边坡-隧道地震动力响应特征的相关研究,并对边坡-隧道结构在不同方向下的反应谱及谱比进行了研究,主要的研究内容和结论有:(1)查阅国内外关于边坡-隧道结构地震作用下的动力响应特征和地震动加速度反应谱及谱比的相关文献,经过梳理归类,总结了隧道抗震的研究方法、隧道震害的机理分析,加速度反应谱及谱比的研究与应用,根据最新的研究成果确定出本文的研究内容。(2)以相似理论为依据得出围岩相似材料的相似参数,完成隧道模型的填筑并进行大型振动台模型试验,在不同加载方向、不同地震波输入下得到模型试验的现场影像资料,得出本模型在工况1~7处于弹性阶段,8~12为弹塑性阶段,工况13、14为破坏阶段。(3)在不同波形,不同加载方向下,各监测点的峰值加速度随高程和隧道进深的变化规律不一致,随道的存在抑制了周围坡面的峰值加速度,隧道洞口处是抗震的薄弱点。在不同烈度单向加载下,水平向峰值加速度放大系数变化规律一致,近似于一条直线,竖向峰值加速度放大系数呈现锯齿形变化,在双向加载下,水平向峰值加速度放大系数和竖向峰值加速度放大系数变化趋势相反,放大系数比单向加载时要小很多。汶川汤峪波加载下峰值加速度出现时刻集中在42 s附近,El Centro波集中在21 s附近。(4)引入阿里亚斯强度反映地震动的能量大小,通过绘制纵剖面能量云图判断模型内部的变形过程,得出模型内部弹塑性阶段和破坏阶段相对于影像资料均发生了提前,说明在模型内部的变形和破坏会先于模型的外观反应。在单向加载下,模型内部土体既有能量增强区、也有衰减区,在双向加载下,增强或是衰减与波形有较大关系。(5)在不同地震动输入下,研究边坡-隧道结构在不同工况下的反应谱及谱比,研究结果表明不同工况下加速度反应谱随着周期的增大先增大后减小,最后趋近于零,均有较突出的峰值。加速度平均反应谱最大值随着地震动输入的增大而增大,水平向加速度平均反应谱整体大于竖向加速度平均反应谱。加速度平均反应谱谱比在短周期段各曲线形状较为相似,在中长周期段变化规律不一致。在短周期段,平均规准反应谱随着地震动的增大而减小,在中长周期段,随着地震动的增大而增大,平均规准反应谱的峰值随着地震动的增大呈现出向中长周期段推移的趋势。在短周期段平均规准反应谱谱比变化规律一致,在中长周期段,变化规律不一致,在短周期段竖向平均规准反应谱大于水平向,在中长周期段水平向平均规准反应谱大于竖向平均规准反应谱。