地震荷载作用下海底隧道三维多场耦合作用的动力响应分析研究

The cross-harbor tunnel is a transportation hub connecting the coastal orriver economic zone, which plays a great role in China's promoting economic andsocial development.Therefore, submarine tunnel’s seismic safety is extremely important. In this project, the combination of geotechnical tests and theoretical analysis is first used to obtain the mechanical properties and nonlinear dynamic constitutive models of saturated marine soils. Second, the input methods of non-uniform ground motions and the implementation of boundary conditions in water areas are studied.Finally, considering the dynamic consolidation theory, elastic-plastic dynamic theory and friction contact theory are established a three-dimensional multi-field coupled finite element model and analysis method for subsea tunnels under earthquake .Based on those, the characteristics of ground motion, site conditions, water depth, and joint stiffness are considered to affect the dynamic characteristics of the subsea tunnel, ultimately revealing the failure mechanism and failure mode of the submarine tunnel, thus providing a theoretical basis for earthquake disaster reduction in China's coastal traffic. .

海底隧道是连接沿海/江经济区的交通枢纽，对我国经济和社会发展的推动作用巨大，其地震安全性至关重要。本项目首先拟通过土工试验和理论分析相结合的方法，得到饱和海洋土的力学性能指标与非线性动力本构模型，其次研究非一致地震动的输入方法和水域边界条件的实现，最后考虑动力固结理论、弹塑性动力理论和摩擦接触理论，建立地震作用下海底隧道的三维多场耦合有限元模型和分析方法。在此基础上考虑地震动特性、场地条件、水深和接头刚度等因素对海底隧道的动力特性的响，最终揭示海底隧道的破坏机理和失效模式，从而为我国的近海交通提供抗震减灾的理论依据。

海底隧道是连接沿海/江经济区的交通枢纽，对我国经济和社会发展的推动作用巨大，其地震安全性至关重要。本项目首先针对海洋土开展室内试验研究，得到了其基本物理性质、静动强度、动弹模、阻尼比和动力变形规律。通过试验分析和数据拟合得到累积应变、软化系数与振动周次关系的经验公式，并提出考虑土“软化”特征的动力本构边界面模型。基于人工边界的推导和地震动的输入，分析了不同波浪荷载作用下对隧道内应力及其周围海床的动力响应和基于 Biot 动力固结理论和弹性动力学理论，考虑海床（土壤）的两相性、人工边界及流（水）-固耦合作用，建立了隧道-土-流体相互作用的力学模型(二维)，讨论了 P 波作用下有无水的情况以及水深、水域隧道埋深、海床土性质和地震波入射角等因素对隧道及其周围海床应力的影响。在非一致地震动输入时，考虑入射波频谱特性对成层自由场和软弱夹层位置对海底隧道结构的影响分析。为得到地震作用下沉管（海底）隧道的动力特性及其影响因素，通过试验考虑了3种不同场地条件（非饱和砂土场地、均质饱和砂土场地和非均匀场地）、结构的刚度和地震波输入方向等影响因素，开展了6组振动台模型试验研究，并通过对比上述影响因素得到影响沉管隧道地震反应规律。结合人工边界的推导及非一致地震动输入方法，并利用有限元软件建立沉管隧道三维分析模型，采取该模型考虑了水深的变化、不同入射角的地震波（SV波、P波）和隧道接头的刚度等因素对海底隧道的动力特性的影响，初步揭示了海底隧道的破坏机理。