土與襯砌結(jié)構(gòu)相互作用的隧道三維內(nèi)源瞬態(tài)動力響應(yīng)分析.pdf

1、實際工程中，地下襯砌結(jié)構(gòu)可能受到內(nèi)源瞬態(tài)荷載作用，如發(fā)生在2013年11月22日的黃島石油管道爆炸，會對襯砌結(jié)構(gòu)及其周圍巖土介質(zhì)造成嚴(yán)重破壞。為此，本文開展襯砌隧道內(nèi)表面作用有內(nèi)源瞬態(tài)荷載時，產(chǎn)生的應(yīng)力波在隧道襯砌及周圍巖土介質(zhì)中的傳播衰減規(guī)律，為地下隧道的抗爆減震設(shè)計提供理論依據(jù)。主要研究內(nèi)容如下：
　?。?）內(nèi)源爆炸荷載作用下無限彈性空間中襯砌隧道的瞬態(tài)動力響應(yīng)。采用Fourier變換和Laplace變換，推導(dǎo)出內(nèi)源爆炸荷載作

2、用下無限彈性空間中圓柱形襯砌孔洞的瞬態(tài)動力響應(yīng)無量綱解答，利用Fourier和Laplace逆變換數(shù)值方法，計算分析內(nèi)爆炸荷載產(chǎn)生的振動在襯砌和周圍彈性介質(zhì)中的分布和傳播衰減規(guī)律。計算結(jié)果表明，爆源中心處襯砌和周圍土體接觸面處徑向位移、徑向應(yīng)力、環(huán)向應(yīng)力最大，向左右兩側(cè)迅速衰減，在5倍襯砌內(nèi)徑處衰減趨于零；接觸面上徑向位移、徑向應(yīng)力、環(huán)向應(yīng)力時程曲線峰值爆源中心處最大，離爆源中心越遠，峰值越小，且在t*=10時衰減趨于零。
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3、2）內(nèi)源爆炸荷載作用下無限飽和多孔介質(zhì)中襯砌隧道的瞬態(tài)動力響應(yīng)。采用Laplace和Fourier變換，提出一種在內(nèi)源爆炸荷載作用下，飽和土體中圓形襯砌隧道的瞬態(tài)動力響應(yīng)精確解答。基于Biot波動理論，將周圍土體和襯砌結(jié)構(gòu)分別看成飽和兩相介質(zhì)和彈性介質(zhì)，推求了Laplace和Fourier變換域內(nèi)爆炸荷載作用下襯砌和周圍飽和土體的動力響應(yīng)解析解。利用Laplace和Fourier變換反變換的數(shù)值方法，進行了爆炸荷載作用下襯砌和周圍土體的

4、動力響應(yīng)數(shù)值分析。結(jié)果表明：與簡化的二維平面應(yīng)變模型相比，基于三維模型得到的環(huán)向應(yīng)力、徑向位移和孔隙水壓力較小；隧道的動力響應(yīng)隨時間而迅速減小，并隨著與爆源距離的增加，而在徑向和軸向上呈指數(shù)衰減。
　?。?）隧道襯砌周圍分別為彈性介質(zhì)和飽和多孔介質(zhì)時隧道動力響應(yīng)的對比。假設(shè)飽和多孔介質(zhì)的孔隙率n為0，將飽和多孔介質(zhì)退化為理想彈性介質(zhì)，獲得了襯砌隧道周圍為彈性介質(zhì)時的襯砌隧道的動力響應(yīng)解答，將襯砌隧道周圍為彈性介質(zhì)和飽和多孔介質(zhì)時襯