基于损伤理论的大断面隧道结构地震响应机理研究

针对我国高烈度地震区大断面隧道不断发展和隧道结构抗震设计研究明显不足的现状，采用理论分析、数值计算和模型试验相结合的研究方法，系统研究大断面隧道结构的地震响应规律和损伤特征。将损伤变量耦合到经典的屈服方程中，建立混凝土动力损伤本构模型，并将其应用于隧道结构地震响应时程分析，量化衬砌结构的损伤程度；重点分析地震烈度、入射方向、围岩条件、衬砌形状、埋深等因素对隧道结构地震响应、动力损伤的影响，揭示大断面隧道结构的地震响应机理和损伤破坏特征；建立隧道结构抗震安全性评价方法，最终提出大断面隧道结构薄弱部位的具体抗震构造技术，以确保结构罕遇地震时的抗震能力。项目成果有助于完善我国隧道结构地震响应计算理论和抗震设计方法，为大断面隧道结构抗震安全性评价提供科学依据，具有重要的理论意义和工程应用价值。

基于既有的损伤理论研究成果，通过定义由拉、压应力损伤组成的双标量损伤变量来描述混凝土的材料特性，将双标量损伤变量引入到经典的Drucker-Prager屈服准则中，采用非关联流动法则构建了合理、有效的混凝土材料弹塑性损伤模型，编写了该损伤模型的相应计算程序，并通过二次开发技术实现了混凝土弹塑性损伤模型的数值分析程序化；以强震区大断面隧道工程为研究对象，建立了隧道结构地震响应动力损伤计算模型，系统分析了不同地震强度、地震波入射方向、围岩等级等条件下隧道结构的地震响应规律与损伤程度，探讨了大断面隧道结构的地震损伤特性和破坏机理，研究了加固圈范围与隧道结构地震损伤量之间的关系，确定了大断面隧道结构的合理抗震加固范围。课题组成员已公开发表论文10篇，其中EI源刊论文4篇；已录用待发表论文3篇，其中SCI源刊论文1篇，EI源刊论文2篇；培养硕士研究生和博士研究生各1人，研究成果可为我国隧道结构抗震设计与抗震安全性评价提供理论依据，同时对我国隧道结构地震响应计算理论的提高具有重要意义。