[发明专利]一种山岭隧道抗震分析的方法

说明书

技术领域

本发明属于隧道抗震分析技术领域，尤其涉及一种山岭隧道抗震分析的方法。

背景技术

随着西部大开发战略的深入推进，我国西部地区基础设施建设将得到大力的发展，尤其是公路和铁路交通建设得到跨越式发展，这样势必要修建许多隧道，这些地区大都处于高烈度的地区，保证隧道工程在地震时的功能正常，深具战略意义。尤其是日本“阪神”地震中地铁震害和中国“5.12汶川“地震中109隧道的严重震害，使得人们对地下工程的震害有了更加清楚的认识。

山岭隧道抗震分析方法大都采用ANSYS等有限元数值分析技术来进行，但是先进的数值模拟技术对工程设计人员来说比较复杂，而且时间和费用都比较高，而寻找一种简单、高效和适用的近似分析方法，对于山岭隧道工程的初步设计是必要的。

目前，山岭隧道实用设计方法比较多，诸如前苏联的福季耶娃法、美国ST.John法等，但这些方法均没有考虑到上覆岩体和隧道结构自重的影响，实际上，山岭隧道由于目前施工技术的局限，在隧道拱顶势必产生山体松散压力，这些荷载在地震时将产生比较大的地震惯性力，忽略这些荷载对山岭隧道是不安全的。而且，目前的方法在分析山岭隧道横截面抗震分析和纵向抗震分析时采用了不同的思想和方法，在体系上不完整。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种山岭隧道抗震分析的方法，旨在解决山岭隧道在强震作用下，利用比较简单的方法和程序进行山岭隧道的初步设计，为工程设计人员提供必要的设计参数和资料的问题。

本发明实施例是这样实现的，一种山岭隧道抗震分析的方法，该山岭隧道抗震分析的方法包括：

步骤一，确定山岭隧道的几何参数，确定和简化地层基本参数，确定岩体的动力参数；

步骤二，根据地质勘探资料和地震地层变形统计资料，确定地层的变形模式和地层变形的水平和竖向变形量；

步骤三，山岭隧道横截面抗震分析；

步骤四，山岭隧道水平振动分析(水平形变压力q_h)；山岭隧道竖向振动分析(包括地层竖向变形压力q_v1和松散岩体地震惯性力q_v2)；利用结构力学，确定隧道衬砌的内力；

步骤五，山岭隧道纵向整体抗震分析，建立山岭隧道纵向整体抗震分析的控制方程确定变形传递系数ξ_w和ξ_a；

步骤六，确定隧道纵向地震应力，考虑到地震作用的随机性和作用方向的不确定性，确定隧道结构的纵向应力组合；

步骤七，对山岭隧道进行纵向抗震分析时，根据山岭隧道的具体情况，进行分析计算。

进一步，在步骤一中，确定山岭隧道的几何参数包括：h₁-隧道埋深(m)，h₂-隧道衬砌总高度(m)，B-隧道的总跨度(m)，δ-隧道衬砌的平均厚度(m)，R₀-隧道的等效半径(m)，E_S—隧道衬砌的弹性模量(Gpa)，μ_S—隧道衬砌的泊松比；

确定地层基本参数和简化包括：γ＝∑γ_ih_i/H，μ_d＝0.45，v_s＝H/∑(h_i/v_si)，G_d＝γv_s²/g，E_d＝2(1-μ_d)G_d，H—表层地基的厚度(m)，E—土介质弹性模量；μ—土的泊松比；

确定岩体的动力参数包括：K_H—表层地基设计水平地震系数，K_v—表层地基设计竖向地震系数；a_v—地层最大竖向加速度(m/s)，T—地层固有周期，V_s—弹性剪切波速，S_v-震动基准面的速度反应谱，K_a—水平弹性地基系数，K_w—竖向平弹性地基系数。

进一步，在步骤二中，确定地层的变形模式和地层变形的水平和竖向变形量的公式为：

进一步，在步骤四中，确定隧道衬砌的内力据材料力学，隧道横截面地震应力为: