強(qiáng)震作用下大型地下廠房洞室群災(zāi)變仿真研究.pdf

1、隨著大批大型地下廠房洞室群的興建及地下工程震害實(shí)例的不斷出現(xiàn),地震作用下地下洞室群的工程安全問題越來越受到重視,特別是近年來我國地下廠房洞室群工程數(shù)量眾多、體型復(fù)雜,建設(shè)規(guī)模史無前例,面臨的地震安全挑戰(zhàn)十分嚴(yán)峻。地震作用是影響大型地下廠房洞室群長(zhǎng)期安全運(yùn)行的重要因素,一旦發(fā)生地震,地下洞室結(jié)構(gòu)將有可能發(fā)生破壞,乃至誘發(fā)災(zāi)變。因此研究強(qiáng)震作用下大型地下廠房洞室群的災(zāi)變破壞,對(duì)地下洞室的長(zhǎng)期安全運(yùn)行及防止重大工程事故發(fā)生有重大意義。本文針對(duì)

2、強(qiáng)震作用下大型地下廠房洞室群災(zāi)變分析中存在的關(guān)鍵科學(xué)問題,融合三維地質(zhì)建模技術(shù)、數(shù)值分析方法等多個(gè)交叉學(xué)科的先進(jìn)理論與技術(shù),開展了強(qiáng)震作用下大型地下廠房洞室群災(zāi)變仿真的研究工作。本文主要工作與研究成果如下:
　　1.提出基于三維地質(zhì)模型的強(qiáng)震作用下地下廠房洞室群災(zāi)變仿真建模理論與分析方法。綜合考慮空間曲面斷層、起伏地層、節(jié)理裂隙以及這些曲面網(wǎng)絡(luò)切割形成的局部塊體等復(fù)雜地質(zhì)因素,建立了大型地下廠房洞室群三維地質(zhì)精細(xì)模型,引入隨機(jī)概率

3、模型,分析了不同斷層節(jié)理組合形成的曲面塊體生成概率,有針對(duì)性的對(duì)其進(jìn)行建模分析。在此基礎(chǔ)上,建立了耦合地質(zhì)模型、地下廠房結(jié)構(gòu)、地震動(dòng)輸入的災(zāi)變仿真有限元模型。地震災(zāi)變仿真模型的建立為揭示地下洞室地震災(zāi)變的內(nèi)在規(guī)律提供了理論基礎(chǔ)。
　　2.研究了地震波動(dòng)輸入的處理及合理的輸入方式。根據(jù)廖振鵬所提出的成層巖土體在頻域內(nèi)的暫態(tài)地震反應(yīng)分析理論,利用matlab編程實(shí)現(xiàn)地表地震波記錄向基巖深處的反演,通過均方加速度法對(duì)地震動(dòng)加速度時(shí)程曲線

4、進(jìn)行基線校正;通過巴特沃斯濾波法濾去地震波記錄中的高頻分量,從而提高了地震波數(shù)值模擬的有效性和合理性。利用無限元作為地震災(zāi)變分析靜動(dòng)力邊界條件,建立了有限元-無限元耦合計(jì)算模型,同時(shí)還探討了地震災(zāi)變分析中涉及到的動(dòng)阻尼的選擇及網(wǎng)格尺寸的確定。
　　3.研究提出了局部與整體相結(jié)合的地下廠房洞室群地震災(zāi)變的動(dòng)態(tài)仿真計(jì)算分析理論與方法?；谒⒌牡卣馂?zāi)變有限元模型,將洞室整體分析與局部曲面塊體分析相結(jié)合,形成從局部到整體的地震響應(yīng)與災(zāi)

5、變的數(shù)值模擬方法?？紤]圍巖與塊體間的節(jié)理裂隙由粘結(jié)到破裂滑動(dòng)的過程,開發(fā)了能夠反映塊體節(jié)理面粘結(jié)作用的非線性動(dòng)接觸本構(gòu)模型,仿真模擬了局部曲面塊體在強(qiáng)震作用下的破壞過程。
　　4.結(jié)合實(shí)際水利水電工程地下廠房洞室群穩(wěn)定性研究,提出了大型地下廠房洞室群地震災(zāi)變分析與評(píng)價(jià)方法。運(yùn)用改進(jìn)的Newmark法—Hilber-Hughes-Tayor法對(duì)地下洞室整體及所識(shí)別出的局部曲面塊體地震響應(yīng)進(jìn)行了分析研究,通過分析地震作用下洞室整體及各