纤维混凝土隧道衬砌与围岩的地震动力相互作用研究

本项目主要采用模型试验与理论分析、数值模拟相结合的方法，研究纤维混凝土衬砌与围岩的地震动力相互作用规律，建立纤维混凝土作隧道抗震型衬砌的设计方法，主要内容包括：.（1）通过纤维混凝土衬砌-围岩相互作用的地震模拟振动台试验，研究纤维混凝土中纤维类型、纤维掺量等对纤维混凝土衬砌的破坏特征、塑性变形和耗能能力的影响规律；并优化出不同围岩条件下纤维混凝土的匹配参数。.（2）采用理论分析和数值模拟相结合的方法，对模型试验结果进行补充和验证；进一步分析影响纤维混凝土衬砌抗震性能的其他因素，并研究纤维混凝土隧道衬砌的抗减震机理。.（3）结合高烈度区隧道设计，综合考虑其他因素，形成纤维混凝土隧道抗震型衬砌的设计方法。使所设计出的纤维混凝土隧道衬砌既能维护隧道施工期间的稳定，又能抵御地震的破坏，既能承载，又能保持隧道使用空间，满足通风、防水、防灾的要求。

摘要.本项目主要采用振动台试验的方法，研究了纤维混凝土衬砌与围岩的地震动力相互作用规律，提出纤维混凝土作隧道抗震型衬砌思路。本项目主要研究内容包括：.（1）通过纤维混凝土衬砌-围岩相互作用的地震模拟振动台试验，研究纤维混凝土中纤维等对纤维混凝土衬砌的破坏特征的影响规律；.基于相似理论，采用 5 m ×5 m 三向地震模拟振动台进行模型试验，通过输入不同大小的地震波，研究纤维混凝土衬砌在地震动力作用下的破坏特征，并探讨破坏机理。.试验结果表明：素混凝土衬砌抗拉强度低、脆性大，裂缝基本呈直线型，断口干净整齐，裂缝挤压处有明显掉块痕迹； 纤维混凝土具有限制裂缝发展和结构变形的能力；在地震动力作用下，纤维通过黏结应力能够使混凝土吸收更多能量，降低幅值，反应滞后，减轻了地震力对结构的破坏；纤维混凝土衬砌裂缝多呈锯齿形，挤压松散的小碎块通过纤维黏结在裂缝口。.（2）采用理论分析和数值模拟相结合的方法，建立了纤维混凝土损伤量化的模型，并基于通用程序研究了纤维混凝土加载速率相关动力损伤弹塑性本构模型。.弹塑性损伤模型按照损伤和塑性之间的不同关系，将损伤和弹性耦合在一起。通过损伤加载函数屈服函数来控制耗散，使用单一的损伤和屈服面，使问题大为简化。.采用加载速率相关动力损伤本构模型可以有效地将动力与静力损伤演化通过应力、应变的动力放大系数联系起来。.（3）结合高烈度区隧道设计，进行纤维混凝土隧道抗震型衬砌的设计。.本项目从理论及试验上研究了纤维混凝土作为隧道抗震型衬砌的可行性，并进行工程设计，本项目的研究成果可为高烈度地震区山岭隧道的抗减震技术提供重要参考。