【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及跨断层隧道抗震数值仿真领域，具体涉及一种跨断层隧道地震反应简化分析方法。
技术介绍
1、受地形条件及线路走向的限制，隧道在修建过程中会不可避免地会穿越活动断裂带。穿越活动断裂区的隧道由于易受到非一致地震作用的影响，在地震中震害严重，是隧道抗震设防的重点控制区域。
2、对于跨超大活动断裂区隧道结构的地震响应数值模拟中，需要建立公里级的三维数值模型，这就导致模型尺寸过大，划分的网格数量会随模型长度成倍数增加，因此计算工作量较大，耗时较长，对计算机的性能要求较高，很难快速获得跨超大断层区隧道的地震响应及损伤特征。
3、专利技术人鉴于此，提出一种跨断层隧道地震反应简化分析方法。
技术实现思路
1、针对现有技术存在的不足，本专利技术提出一种跨断层隧道地震反应简化分析方法，克服了传统跨断层隧道地震响应分析过程中建模复杂、计算成本高及计算不宜收敛的问题，以此缩短了分析的前处理时间，计算效率高。
2、本专利技术提供一种跨断层隧道地震响应简化分析方法，包括以下步骤：选择典型隧道、断层场地条件及输入地震波；采用当量半径折算方法将典型隧道断面折算为标准圆形断面；根据刚度和质量不变原则将所述等代圆形断面等效化为二维平面断面；基于断层场地条件和所述二维平面断面尺寸建立围岩-隧道有限元模型；在有限元模型左、右两侧及底边界施加黏弹性人工边界；基于所述黏弹性人工边界将所述输入地震波转化为作用在人工边界上的等效节点荷载；读取所述地震等效节点荷载对结构进行非一致激励动
3、进一步的，所述当量半径折算方法为外接圆半径法、内接圆半径法、大小半径和之半法和高跨之和四分之一法。
4、进一步的，所述外接圆半径法适用于直墙拱形断面及近似与圆形的断面，具体公式为：
5、
6、其中，b为断面宽度，h为断面高度；
7、所述内接圆半径法适用于直墙拱形断面，具体公式为：
8、r0＝b/[2sin(α/2)]，
9、b为隧道跨度，α为圆拱对应的圆心角；
10、所述大小半径和之半法适用于椭圆形、矩形断面，具体公式为：
11、r0＝(a1+a2)/2，
12、其中，a1、a2为大小半径；
13、所述高跨之和四分之一法适用于大跨度高边墙断面，具体公式为：
14、r0＝(h+b)/4，
15、其中，b为断面宽度，h为断面高度。
16、进一步的，在所述施加黏弹性人工边界步骤中，还包括以下步骤：基于ansys软件获取模型两侧及底边节点的影响面积ab；根据围岩的物理力学参数计算sv波波速cs和p波波速cp；计算并联弹簧-阻尼器系统弹簧刚度和阻尼系数；根据弹簧刚度和阻尼系数，在模型边界自动生成黏弹性人工边界。
17、进一步的，所述sv波波速cs和p波波速cp的计算公式具体如下：
18、
19、
20、其中，λ为切向的阻尼器阻尼系数，
21、ρ为无限域介质的密度，
22、g为无限域介质的剪切模量。
23、进一步的，所述弹簧-阻尼器系统弹簧刚度和阻尼系数的计算公式具体如下：
24、cn＝ρcpab，
25、ct＝ρcsab，
26、其中，kn为法向的弹簧刚度系数，kt为切向的弹簧刚度系数，
27、cn为法向的阻尼器阻尼系数，ct为切向的阻尼器阻尼系数，
28、r为人工边界节点到波源的距离，
29、g为无限域介质的剪切模量，
30、ρ为无限域介质的密度，αn为黏弹性人工边界的法向修正系数，αt为黏弹性人工边界的切向的修正系数。
31、进一步的，在所述将地震波作用转换为在人工边界上的等效节点荷载步骤中，具体包括以下步骤：
32、输入地震波入射角度，对边界处的自由波场进行分解，求解模型边界节点的位移场u0和v0、速度场和以及应力场τ0和σ0；
33、通过人工边界节点的运动方程计算施加在边界节点上的地震等效荷载。
34、进一步的，所述人工边界节点的运动方程的计算公式具体为：
35、
36、
37、其中，fbt为切向的等效荷载，fbn为法向的等效荷载。
38、由上述技术方案可知，本专利技术的有益技术效果如下：
39、1.本专利技术提供一种跨断层区隧道地震响应简化分析方法，首先通过选择典型隧道、断层场地条件及输入地震波，然后采用当量半径折算方法将典型隧道断面折算为标准圆形断面，根据刚度和质量不变原则将所述等代圆形断面等效化为二维平面断面，以对地震响应分析方法的过程进行简化，很大程度上减少了数值计算工作量，使得前处理流程得到优化，减少需要的计算资源，因此能够较快速的获得跨断层隧道的地震响应。
40、2.本专利技术在折算隧道断面时，采用了当量半径折算方法，因此能够将不同形状的隧道结构折算为标准的圆形断面隧道结构，进而能够适应不同断面类型的隧道的地震分析。
41、3.本专利技术能够充分考虑地震波倾斜入射对跨断层隧道造成的非一致激励的影响，进而能够获得地震波在不同角度入射的跨断层隧道的地震响应，使用简单方便，实用性强。
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1.一种跨断层区隧道地震响应简化分析方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的地震响应简化分析方法，其特征在于，所述当量半径折算方法为外接圆半径法、内接圆半径法、大小半径和之半法和高跨之和四分之一法。
3.根据权利要求2所述的地震响应简化分析方法，其特征在于，所述外接圆半径法适用于直墙拱形断面及近似与圆形的断面，具体公式为：
4.根据权利要求1所述的地震响应简化分析方法，其特征在于，在所述施加黏弹性人工边界步骤中，还包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的地震响应简化分析方法，其特征在于，所述SV波波速Cs和P波波速Cp的计算公式具体如下：
6.根据权利要求4所述的地震响应简化分析方法，其特征在于，所述弹簧-阻尼器系统弹簧刚度和阻尼系数的计算公式具体如下：
7.根据权利要求1所述的地震响应简化分析方法，其特征在于，在所述将地震波作用转换为在人工边界上的等效节点荷载步骤中，具体包括以下步骤：
8.根据权利要求7所述的地震响应简化分析方法，其特征在于，所述人工边界节点的运动方程的计算公
...【技术特征摘要】
1.一种跨断层区隧道地震响应简化分析方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的地震响应简化分析方法，其特征在于，所述当量半径折算方法为外接圆半径法、内接圆半径法、大小半径和之半法和高跨之和四分之一法。
3.根据权利要求2所述的地震响应简化分析方法，其特征在于，所述外接圆半径法适用于直墙拱形断面及近似与圆形的断面，具体公式为：
4.根据权利要求1所述的地震响应简化分析方法，其特征在于，在所述施加黏弹性人工边界步骤中，还包括以下步骤：
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【专利技术属性】
技术研发人员：孙纬宇，朱辉，张建哲，严松宏，欧尔峰，马勤国，曹小平，
申请(专利权)人：兰州交通大学，
类型：发明
国别省市：
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