任意形状深埋隧道地震响应解析解

作     者：禹海涛 陈功 YU Hai-tao;CHEN Gong

作者机构：同济大学土木工程防灾国家重点实验室上海200092 同济大学岩土及地下工程教育部重点实验室上海200092 同济大学地下建筑与工程系上海200092 

出 版 物：《岩土工程学报》 (Chinese Journal of Geotechnical Engineering)

年 卷 期：2021年第43卷第7期

页      面：1331-1337页

核心收录：

学科分类：08[工学] 081401[工学-岩土工程] 0818[工学-地质资源与地质工程] 0815[工学-水利工程] 0813[工学-建筑学] 0814[工学-土木工程] 

基　　金：国家自然科学基金项目(41922059,51678438) 国家重点研发计划项目(2017YFC1500703,2017YFC0805501) 中央高校基本科研业务费专项资金项目。 

主　　题：隧道工程 地震响应 任意形状 解析解 复变函数 

摘      要：考虑地层-结构相互作用的拟静力法广泛应用于隧道抗震设计和分析,而以拟静力法为基础推导出的解析解则更是备受工程设计人员所青睐,但现有解析方法仅适用于圆形或矩形隧道。以均质地层中的任意形状深埋隧道为对象,将衬砌简化为均质地层中的壳体,并考虑隧道内部中隔墙的影响,建立了远场剪切波作用下隧道结构和地层各自的控制方程,结合地层与结构之间不滑移和全滑移两种典型接触边界,运用复变函数及保角映射方法,推导出均质地层中任意形状深埋隧道地震响应的解析解。通过与有限元基准模型在相同计算条件下的结果对比,验证了本文解析方法的正确性。最后应用该解析表达式开展多工况参数化分析,揭示了地层–结构相对刚度比和中隔墙厚度等因素对不规则断面隧道结构的地震响应的影响规律。结果表明:隧道结构内力响应随地层-结构相对刚度的增大而增大,而位移响应则相反;不滑移条件下隧道的内力响应要大于全滑移条件的内力响应,而位移响应相比全滑移条件则较小;与不考虑中隔墙的隧道相比,当中隔墙厚度大于隧道衬砌厚度1.5倍时,中隔墙的存在将显著增大衬砌的最大内力响应。