穿断层分段柔性接头隧道纵向地震响应解析解

地震发生伴随的断层错动是穿断层隧道灾变防控的重点和难点,目前比较有效的措施是通过设置柔性接头来适应断层的错动,但是对于柔性接头隧道的分段设计和参数取值缺少理论依据。以穿断层分段柔性接头隧道为研究对象,将分段隧道简化成有限长梁,隧道接头简化为剪切和弯曲弹簧元件,围岩简化为Pasternak双参数地基。为了合理考虑断层场地的不连续性,将断层带及上、下盘的非连续位移场等效为荷载施加在隧道梁上。基于建立的控制方程及边界条件,推导出分段柔性接头隧道在断层错动作用下的纵向地震响应解析解。通过与相同计算条件下的模型试验和数值计算结果对比分析,验证了解析方法的正确性。最后应用解析解对穿断层分段柔性接头隧道设计的关键参数进行敏感性分析,揭示了分段柔性接头布置方式和隧道本体-接头刚度比等因素对隧道结构内力响应的影响规律。结果表明:设置柔性接头可有效降低断层带影响区域内隧道结构纵向的内力响应,且柔性接头数量越多,隧道结构内力响应越小,若将柔性接头分别布置于断层错动面、断层与上/下盘交界面处,可以显著降低隧道结构的内力响应;而通过调整接头刚度来增大隧道本体-接头刚度比可以进一步降低隧道结构的内力响应。研究可为穿断层隧道抗震分析与分段柔性接头设计提供理论依据。