近断层地面运动作用下双拱隧道地震分析的理论计算方法：方法体系、数值与物理试验验证、参数分析

《Scientific Reports》：Theoretical calculation method for seismic analysis of twin-arch tunnels under near-fault ground motions: methodology, numerical and physical test validation, parametric analysis

　　

摘要

地震断层带在全球范围内广泛分布，构造挤压常常会导致地质条件复杂的山脉形成。在这类地形复杂、地质条件较差的山区，由于施工空间有限且路线选择受限，双拱隧道往往是建设双车道公路或铁路的唯一可行方案。当这些隧道穿过近断层地震带时，会面临巨大的地震工程难题，尤其是近断层地震特有的长周期脉冲效应和强烈的垂直地面运动。然而，现有研究缺乏专门用于评估近断层双拱隧道抗震性能的理论方法。为填补这一空白，本研究首先建立了专为双拱隧道设计的地震力学模型，随后通过数值模拟确定了该理论模型相关的计算参数。接着，通过数值模拟和物理模型试验验证了该双拱隧道地震计算方法的有效性。最后，运用所提出的方法进行了参数分析，结果表明隧道结构几何形状与应力响应之间存在复杂的关系：适度增加中心墙的宽高比可以减轻其中的应力集中，而过高的宽高比则会加剧主隧道衬里的拉压应力。在岩土工程和地震参数方面，更深的埋深可以通过产生更高的压应力来提高结构稳定性，从而避免拉伸破坏。此外，水平PGV/PGA比值对内衬的影响相对较小，但对外衬和中心墙的影响更为显著。