20 / 2025-03-10 10:53:11

考虑土体参数空间变异的隧道地震变形研究

隧道,空间变异性,不确定,随机有限元,地震变形响应

土体固有的参数空间变异特性是影响隧道地震变形响应的重要因素，目前既有隧道结构动力响应分析大多采用确定性分析，尚未充分考虑土体参数的空间变异性，导致不确定土体中隧道动力响应规律不明。基于此，本研究开展了考虑土体参数空间变异的隧道地震变形分析，首先，结合Monte Carlo模拟，提出了考虑土体参数空间变异的隧道动力响应随机有限元分析方法；然后，建立了土体－隧道相互作用动力有限元分析模型，基于随机场理论采用Karhunen-Loève（K-L）级数展开法生成不同条件下的土体参数随机场，基于上述随机有限元方法开展了大量数值模拟；最后，分析了不同地震动强度、土体参数变异系数、水平和竖向相关距离等因素下的隧道收敛变形概率分布特征，系统揭示了土体空间变异性对隧道收敛变形的影响规律。研究结果表明：（1）考虑土体参数空间变异性的随机分析结果波动范围较大，其波动幅度达到确定性结果的90.48%。（2）土体参数的变异系数对隧道地震变形的随机结果标准差影响显著。（3）竖向和水平相关距离对隧道地震变形响应均会产生影响，但水平相关距离影响相对较小。（4）随着地震动强度增加，考虑土体空间变异性时隧道变形响应的均值和标准差均呈上升趋势。上述研究表明隧道结构地震变形响应的预测和评估必须合理考虑土体参数的空间变异特征，研究成果为不确定地层中隧道抗震设计优化和韧性提升提供了理论依据。