近断层强震动作用下沉管隧道及其接头破坏机理研究

With the construction of a growing number of immersed tunnels and the frequent occurrence of global seismic activities, seismic performance of the immersed tunnel and its joints becomes a focus in the current research. Some studies have shown that near-fault pulse ground motion has large potential damage effect on engineering structures. Through numerical simulation method, the dynamic responses of the immersed tunnel and its joints are quantitatively analyzed under near-fault ground motions with and without velocity pulse whose acceleration response spectra are consistent. On the basis of existing test model, shaking table test of immersed tunnel and its joints will be conducted to further study the impact of the velocity pulse of near-fault ground motion on the immersed tunnel and its joints. The correlations between the maximum structural responses and the ground motion intensity indices are quantitatively analyzed through a large number of numerical simulation. Seismic vulnerability of structure will be analyzed and failure modes of the immersed tunnel and its joints under near-fault ground motions can be achieved.

随着沉管隧道越来越多地修建及近年来全球地震活动的频发，沉管隧道及其接头在地震作用下的抗震性能成为目前研究的一大热点。已有研究表明，近断层脉冲型强地震动对工程结构有很大的潜在破坏作用。本项目欲通过建立沉管隧道及其接头的数值仿真模型，对比输入多组加速度反应谱一致的包含速度脉冲的实际强震动记录和不包含速度脉冲的人工合成地震动时程，定量地分析速度脉冲地震动作用下该结构的地震响应；在已有试验模型的基础上开展沉管隧道及其接头在速度脉冲型地震动作用下的振动台试验，从试验角度研究近断层地震动对该结构动力响应的影响；通过大量数值模拟计算，研究速度脉冲地震动作用下结构最大响应与地震动输入水平的定量关系，分析该结构的地震易损性，从而得出该结构在近断层地震动作用下的破坏模式。

越来越多沉管隧道的修建，使得其抗震性能研究变得极为迫切。由于沉管隧道修建于水下，一旦发生破坏，后果将不堪设想，研究其在地震作用下的动力变化规律，有助于对地下结构破坏机理的深入认识。已有研究表明，近断层脉冲型强地震动对工程结构有很大的潜在破坏作用。本项目通过振动台模型试验获得了沉管隧道及其接头在近断层强震地震作用下的地震响应，对建立的沉管隧道及其接头的数值仿真模型进行修正，对比了加速度反应谱一致的包含速度脉冲的实际强震动记录和不包含速度脉冲的人工合成地震动时程，分析了速度脉冲地震动作用下该结构的地震响应。通过数值模拟计算，研究了速度脉冲地震动作用下结构最大响应与地震动输入水平的定量关系，分析了该结构的地震易损性，从而得出该结构在近断层地震动作用下的破坏模式。结果表明：沉管隧道及其接头处力变形的动力响应在含速度脉冲的强震动作用下的结果比不包含速度脉冲的人工合成地震动作用下的要大，速度脉冲型地震动对结构的影响需要引起足够的重视。通过开展本项目，希望可以为沉管隧道工程的抗震验算提供强有力的技术支持，为我国沉管隧道抗震规范的制定提供理论和试验依据，并为建立分析理论和设计方法，以及了解水下隧道结构的可能破坏方式积累资料。