平面波作用下饱和土马蹄形隧道动力响应分析

研究目的:我国地处地震活跃带,在深埋和沿海等富水地区,马蹄形断面的隧道分布广泛,然而在理论解析研究方面,有关马蹄形隧道动力响应的研究还比较少。饱和土体介质的模拟以及非圆形隧道断面映射精度等是问题的主要难点。因此,本文基于Biot饱和多孔介质动力学理论,引入保角变换和波函数展开法,采用复变函数解法得出富水地区开挖马蹄形隧道在平面波作用下的应力与位移解析解,分析动应力响应影响因素。研究结论:(1)透水和不透水边界下,隧道的动力响应差别较大,透水情况下的最大动应力集中系数远大于不透水情况,隧道穿越富水地区时,开挖后需立即采取防水封闭措施;(2)动应力响应和孔压响应受入射频率影响较大,随孔隙率和渗透参数的增大,孔压响应增大,可见采用饱和土多孔介质模拟富水地区隧道围岩动力响应更接近实际情况;(3)本文为马蹄形隧道动力响应的求解提出了一种快速、准确的计算方法,可克服数值计算中网格划分造成的计算慢、精度低等问题,可为抗震设计提供一种理论依据。