軟弱土層輸水隧道地震響應及減震措施研究.pdf

1、隨著社會的發(fā)展和經濟的突飛猛進，安全問題越來越成為人們關注的焦點。眾所周知，水是人類生存、生活、發(fā)展的必需品，而我國的水資源分布極不均衡，南澇北旱的現狀，已經嚴重影響了我國的經濟發(fā)展和人民生活水平的提高。過度的地下水開采，使得很多中心城市地下水位下降、地面下沉，為此我國很多城市都已實施或正在實施區(qū)域性調水工程。有限水資源的利用和調配是制約我國經濟高速持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的主要因素之一，為了徹底解決這一問題，舉世矚目的南水北調工程已經在實施中。而

2、我國又是地震高發(fā)區(qū)，地質條件復雜，很多輸水隧道不可避免要穿越河流、海灣，周圍通常為砂礫層、粘土層、淤積層等構成的軟土地層。如我國南水北調的中線經過西北黃土軟弱地質，其穿黃隧洞穿過可液化黃河淤沙，基礎為粉細砂，頂部則為黃河河床，受主河槽擺動及河床沖淤影響，使洞身的受力條件惡化，地震作用下可能發(fā)生不均勻沉降。所以，研究在地震作用下軟弱土層大管徑輸水隧道考慮流一固耦合的動力響應特性及其震害影響因素是很有必要的。更何況，地下輸水隧道與一般的地下

3、結構又有所不同，它不僅存在土體和襯砌的相互作用，還存在襯砌與水體的相互作用，所以其振動特性比不考慮水體的地下結構或地面結構要復雜得多。也正因此，本文采用流一固耦合的分析方法，通過求解基于勢流體的流一固耦合運動方程來進行輸水隧道的地震動力響應研究。主要研究的內容如下： 首先，介紹了流體和固體的基本運動方程及流體的幾種簡化模型，這為本文的后續(xù)工作的展開打下堅實的基礎。 其次，根據固體、流體的基本運動方程及土體、襯砌、流體所選

4、取的計算模型，建立基于勢流體的流一固耦合運動方程；并由所建立的基于勢流體的流一固耦合運動方程對一穿越河底的輸水隧道進行全面系統(tǒng)地地震響應規(guī)律研究。此研究不僅考慮水體的附加質量的影響，還考慮具有自由液面的小振幅晃動和表面波的影響。豎井作為輸水隧道重要且必不可少的附屬結構，這里對帶有豎井的輸水隧道整體地震響應規(guī)律進行了專門的研究。 接著，針對影響輸水隧道震害的幾個主要因素：結構埋深、圍土性質、結構特性及地震動輸入機制等，對襯砌、環(huán)縫

5、接頭、豎井等部位的地震響應進行全面系統(tǒng)地研究。特別是對地震動輸入機制問題的研究，這里根據一致激勵下的流一固耦合運動方程推導了多點激勵下的流一固耦合運動方程；并結合一穿越河底的輸水隧道進行地震響應規(guī)律分析。 隨后，研究內水的簡化模型在軟弱土層輸水隧道抗震設計中的應用；同時與基于勢流體的流一固耦合模型進行比較分析。根據地質條件和震害特點，由柔度比概念，全面系統(tǒng)地探討了不同圍巖的輸水隧道的不同部位的工程減震方案及綜合振動控制措施。