大型盾構(gòu)隧道地震動(dòng)力響應(yīng)數(shù)值模擬方法及應(yīng)用.pdf

1、經(jīng)濟(jì)的發(fā)展離不開交通，隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，隧道等地下結(jié)構(gòu)的大量建設(shè)已成為解決我國(guó)交通問題的一個(gè)重要手段，確保其抗震安全性具有重要的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)意義。目前，地下結(jié)構(gòu)抗震研究已成為我國(guó)乃至國(guó)際上的重要課題，關(guān)于隧道等地下結(jié)構(gòu)地震動(dòng)力響應(yīng)已有不少數(shù)值模擬研究，如何更真實(shí)地反映地震激勵(lì)下大型盾構(gòu)隧道的動(dòng)力響應(yīng)以及提高數(shù)值模擬的準(zhǔn)確性和計(jì)算效率越來越受到重視。
　　本文提出了大型盾構(gòu)隧道地震動(dòng)力響應(yīng)數(shù)值模擬方法，創(chuàng)建了上海市長(zhǎng)江隧道及周圍

2、土體全尺寸三維有限元模型，結(jié)合曙光5000A高性能計(jì)算平臺(tái)，再現(xiàn)了大型隧道結(jié)構(gòu)在不同地震激勵(lì)工況下的復(fù)雜動(dòng)力響應(yīng)，對(duì)隧道結(jié)構(gòu)的抗震性能進(jìn)行了綜合分析，為隧道結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)提供了參考依據(jù)，本文主要研究?jī)?nèi)容包括：
　　研究了大型盾構(gòu)隧道地震動(dòng)力響應(yīng)數(shù)值模擬基本方法及理論?？紤]到整體有限元模型單元數(shù)量龐大，因此在計(jì)算過程中采用了不需要迭代求解的顯式積分算法。與節(jié)點(diǎn)位移變形協(xié)調(diào)一致的方法相比，建立動(dòng)態(tài)接觸模型能更好的反映接觸表面的接觸及相

3、對(duì)滑動(dòng)。對(duì)于大規(guī)模復(fù)雜工程問題的求解，采用并行計(jì)算技術(shù)已成為必然。通過采用區(qū)域分解算法可降低大型工程問題規(guī)模，實(shí)現(xiàn)并行計(jì)算。
　　研究了上海長(zhǎng)江隧道及周圍土體數(shù)值建模方法。為了減小因結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化而導(dǎo)致的誤差，創(chuàng)建了長(zhǎng)江隧道全尺寸三維有限元模型。考慮到各土層不同動(dòng)力特性對(duì)仿真結(jié)果的影響，土體模型依據(jù)了相關(guān)資料完成分層。建模過程中需確保隧道與土體的有效配合，之間的接觸通過建立三維動(dòng)態(tài)接觸模型來實(shí)現(xiàn)。整體有限元模型單元數(shù)目龐大，故采用并行計(jì)

4、算方法完成數(shù)值模擬，同時(shí)研究了并行計(jì)算對(duì)計(jì)算效率的提高作用。
　　研究了初始工況下隧道結(jié)構(gòu)的響應(yīng)。采用了分步加載方式，較好的模擬了隧道開挖過程，得到了重力作用下的初始地應(yīng)力，最后將初始地應(yīng)力與通過編程求得的隧道外壁靜水壓力導(dǎo)入初始有限元模型。通過數(shù)值模擬，研究了在初始工況下，各控制斷面（包括普通斷面和聯(lián)絡(luò)通道）變形及應(yīng)力，分析了可導(dǎo)致隧道破壞的不利位置和不利斷面，并為之后研究考慮重力場(chǎng)影響的地震工況提供了基礎(chǔ)。
　　研究了地

5、震工況下隧道結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)。通過在整體模型底部加載基巖加速度時(shí)程曲線，作為地震輸入激勵(lì)，模擬了長(zhǎng)江隧道在橫向及縱向激勵(lì)下的動(dòng)力響應(yīng)。并在整體模型四周添加了粘彈性人工邊界，減小了有限域邊界條件影響，并考慮了阻尼在結(jié)構(gòu)動(dòng)力分析中的作用。通過數(shù)值模擬，研究了在地震激勵(lì)下各控制斷面變形及應(yīng)力規(guī)律，分析了不利位置、不利斷面和不利工況，為隧道等地下結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)及分析提供了有益的參考。
　　研究了考慮初始工況下的隧道結(jié)構(gòu)地震動(dòng)力響應(yīng)。首次采用