断层错动下隧道外包减震层纵向内力解析解

摘要

为研究断层错动作用下外包减震层对隧道纵向响应的影响，考虑断层场地-减震层-隧道系统各接触面间切向相互作用，推导了断层错动下外包减震层隧道纵向响应解析解。首先，提出隧道-减震层的等效Timoshenko梁模型，建立考虑减震层与围岩间切向与法向相互作用的等效梁-弹性地基模型，推导隧道-减震层的位移挠度解析公式。随后，针对隧道结构，推导出表示减震层-隧道接触面切向相互作用的扭转弹簧刚度表达式，建立隧道梁-弹性地基模型，得到隧道弯曲转角解析公式。最终，基于隧道的挠度与弯曲转角解析公式并结合Timoshenko梁的物理和几何方程，推导出隧道弯矩和剪力解析解。通过与三维实体有限元模型对比，验证了提出的解析解的精度，并研究了减震层弹性模量、厚度及泊松比对跨断层隧道内力响应的影响。结果表明:减震层降低隧道的峰值剪力响应，但放大峰值弯矩响应;隧道的峰值剪力随着减震层弹性模量的增加而增加，峰值弯矩表现出相反趋势;随减震层厚度的增加，隧道峰值剪力降低，峰值弯矩增加;减震层泊松比对隧道纵向响应影响较小。该文提出的解析解可为断层错动作用下跨断层隧道外包减震层纵向内力计算和抗错断优化设计提供理论依据。

关键词

跨断层隧道 / 断层错动 / 减震层 / 弹性地基梁 / 解析解 / 纵向响应