大跨度地下空间结构的强动载破坏特征和计算方法研究

采用理论分析、数值计算和结构模型试验相结合的方法研究强动载作用下大跨度地下空间结构的动力响应特征和计算方法。对拱形结构-岩土相互作用机理进行分析，建立正确反映拱形曲率特征的反射系数计算方法，确定强动载作用下大跨度地下结构所承担的动荷载。在单自由度和多自由度方法、平面模型与空间模型对比的基础上，建立强动载作用下大跨度地下结构的等效静载计算方法。以理论分析为基础，结合数值计算和结构模型试验，讨论跨度、被覆结构形式、岩土特征、动力荷载类型对地下结构动力破坏形式的影响，依据计算方法的有效性和破坏特征的变化对大跨度进行正确定义，确立与跨度相对应的计算方法。将该理论应用于震后地下工程结构的抗冲击计算，建立受损地下结构抗力等级的评估方法。

课题以大跨度地下空间结构的强动载破坏特征和计算方法研究为背景，采用理论分析、数值模拟和试验研究相结合的方法，深入研究了爆炸荷载作用下地下大跨度拱形结构爆炸荷载分布、结构动态响应以及结构破坏。研究的主要创新成果包括：. （1）系统讨论了国内外洞库工程建设现状、国内外洞库跨度界定以及大跨度洞库力学特点，给出了不同围岩中的大跨度结构的跨度界定。. （2）采用工程类比法，在试验数据和经验公式的基础上，给出了岩石中爆炸自由场应力波的计算公式。. （3）利用TM5-855-1中自由场地冲击计算公式理论分析了爆炸自由场应力波在拱结构表面的分布形式，得到了大跨度拱结构表面自由场应力分布局部作用效应凸显，呈类三角形分布规律。. （4）考虑拱结构拱曲率对介质-结构相互作用机理的影响，在单自由度体系位移模式的基础上得到了爆炸荷载作用下拱形结构的动力反射系数。利用修正系数对规范中平顶结构的综合反射系数计算方法进行修正，得到了适用于大跨度拱结构计算的动力反射系数计算方法。. （5）采用Henrych振型，利用结构的振动方程求解了地下大跨度拱结构的动力响应解析解，建立了大跨度地下洞库结构抗爆动力响应理论计算方法。. （6）完成了大跨度拱结构模型爆炸试验研究。得到了爆炸荷载的三角形分布特征，结构位移、应变、加速度分布特征，表明大跨度拱结构具有弯曲变形主导模式，最终将发生具有4或5条塑性铰线的破坏模式。. （7）评估震后地下防护结构的抗爆炸冲击性能。结合地震灾害归纳总结出强地震条件下地下工程结构的主要灾害模式，评估震后受损防护结构的承载能力。. 通过研究，发表SCI论文3篇， EI论文5篇。同时建立了一套完整、适用于大跨度地下空间结构抗爆设计的计算方法。