摘要
近年来，随着西部大开发和“一带一路”倡议的推进，我国黄土地区的公路建设发展迅猛。受地形限制，工程造价等因素影响，双连拱隧道形式在穿越沟壑纵横的黄土地貌时逐渐被采用。黄土具有动力易损特性，而西北黄土地又属于强震易发区，地震容易造成坡体坡面滑塌和衬砌结构破坏等震害。同时，双连拱隧道上部覆土存在偏压、双洞间变形协调等问题，导致在地震中的动力响应较单洞更为复杂。而关于黄土地区浅埋偏压双连拱隧道的地震动研究较少，因此，对黄土地区的浅埋偏压双连拱黄土隧道和边坡地震动力特征进行研究具有现实意义。 本文从文献调研出发，归纳和总结了黄土地区坡隧体系和含双连拱隧道坡体的动力响应研究现状，通过数值模拟和模型试验，对坡隧体系的位移、加速度和应力应变响应进行了分析;并以此为基础，运用小波包变换(WPT)和希尔伯特黄变换(HHT)，深入探究了坡面和衬砌结构的波动特性，主要内容与创新性成果如下: (1)浅埋偏压双连拱隧道数值模拟研究。隧道的存在会对坡体内位移响应具有的抑制效应。不同类型的地震波加载时，EL波引起的位移、加速度、应力应变均为最大，对坡体和衬砌的破坏作用最强，岷县波次之，兰州人工波最小。竖直面内垂直于隧道轴线的激振方向(Z)和水平面内垂直于隧道轴线的激振方向(X)引起坡体和隧道结构响应较大，而水平面内平行于隧道轴线的加载方向(Y)产生的响应较小;不同方向地震波所引起的坡面加速度放大系数在边坡不同位置处达到峰值:X方向在坡顶，Y方向在坡腰，Z方向在坡腰附近;地震波耦合加载引起各分方向响应更为强烈。 (2)浅埋偏压双连拱隧道振动台动力特征研究。根据震害现象和位移响应规律，将坡面受损至破坏过程分为弹塑性变形累积阶段、临界破坏阶段和整体破坏阶段。坡面加速度响应规律显示，高程放大效应明显，在坡顶产生位移和PGA放大系数峰值。地震强度较小时，各测点应变差值较小;输入地震波峰值较大时，局部损伤效应更为显著。因埋深较浅，浅埋侧的隧道应变更大，其受力更为不利。通过振动台试验与数值模拟结果对比，验证了两种研究方法和研究结果的准确性和合理性。 (3)地震引起坡隧体系波动特性研究。低频波(≤20Hz)是导致坡面破坏的主要原因，随着地震动强度增加，低频波能量显著增加，在破坏时坡顶测点有突增现象;坡面的希尔伯特谱呈现出“坡脚峰值小且分布集中，坡顶峰值大且分布离散”的特点。高频波引起隧道结构整体性振动，低频波则造成衬砌结构抗震薄弱部位的局部破坏;能量分布在低频域上随地震强度增加而增加，高频与之相反;能量峰值响应部位随埋深、坡面是否加固而发生变化。坡体内隧道周围测点处的希尔伯特谱分布规律呈现出“低强度波（0.1、0.2g）高频段更为丰富且作用时间长，高强度波（0.8、1.0g）低频为主同时作用时效短”的特征。 （4）框格梁加固对坡体和隧道动力响应减小效果明显。对比未加固侧和加固侧坡面的位移峰值、加速度放大系数峰值、隧道应变峰值和坡隧希尔伯特谱峰值分布可知，加固措施可有效减小动力响应峰值。
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