顶出现拉裂缝和剪切破坏的主要区域，拱脚部位也是最大弯矩出 现的地方，这些结论也与山岭隧道地震破坏的现状是一致的。说明本发明不但极大的节省 了时间、解放人力资源，而且计算质量也比较高。
[0068] (3)从山岭隧道纵向整体抗震分析来看，本发明提供的方法能在上述各个方面进 行综合比较分析，进行隧道优化抗震分析，不但方便、计算效率高，而且其结果与工程实例 一致。而ANSYS等数值方法不但纵向整体建模困难，而且很难进行上述分析，所以，目前大 多数山岭隧道的ANSYS等数值分析均进行横截面分析，很少有纵向整体分析的应用实例。
【附图说明】
[0069]图1是本发明实施例提供的建立隧道横截面震动分析的方法流程图；
[0070] 图2是本发明实施例提供的地层变形模式示意图；
[0071] 图3是本发明实施例提供的单位水平地震系数的速度反应谱示意图；
[0072]图4是本发明实施例提供的水平震动应力分布示意图；
[0073]图5是本发明实施例提供的隧道-围岩体系的变形示意图；
[0074]图6是本发明实施例提供的隧道单元受力示意图。
【具体实施方式】
[0075] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明 进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于 限定本发明。
[0076] 下面结合附图及具体实施例对本发明的应用原理作进一步描述。
[0077] 本发明具体实施例为：某山岭隧道，地层比较单一，其地层参数、围岩参数和隧道 支护参数见表1。
[0078] 表1实施例计算参数
[0079]
[0080] 如图1所示，本发明实施例的山岭隧道抗震分析的方法包括以下步骤：
[0081] S101:确定山岭隧道的几何参数，确定地层基本参数和简化，确定岩体的动力参 数；
[0082] S102:根据地质勘探资料和地震地层变形统计资料，确定地层的变形模式和地层 变形的水平和竖向变形量；
[0083] S103:山岭隧道横截面抗震分析；
[0084] S104:山岭隧道水平振动分析（水平形变压力qh);山岭隧道竖向振动分析（包括 地层竖向变形压力qvl和松散岩体地震惯性力q v2);利用结构力学，确定隧道衬砌的内力；
[0085] S105:山岭隧道纵向整体抗震分析，建立山岭隧道纵向整体抗震分析的控制方程 确定变形传递系数MP I a;
[0086] S106:确定隧道纵向地震应力，考虑到地震作用的随机性和作用方向的不确定性， 确定隧道结构的纵向应力组合；
[0087] S107:对山岭隧道进行纵向抗震分析时，根据山岭隧道的具体情况，进行分析计 算。
[0088] 在步骤S101中，确定山岭隧道的几何参数包括：匕-隧道埋深（m)，h2-隧道衬砌 总高度（m)，B-隧道的总跨度（m)，S -隧道衬砌的平均厚度（m)，&-隧道的等效半径（m)， &一隧道衬砌的弹性模量（Gpa)，&一隧道衬砌的泊松比；
[0089]确定地层基本参数和简化包括：y= Ey九/H，y d= 0.45,vs=H/E (hi/vsi)， Gd=丫vs2/g，Ed= 2(1- yd)Gd，H-表层地基的厚度（m)，E-土介质弹性模量；y - 土的泊松 比；
[0090] 确定岩体的动力参数包括：KH-表层地基设计水平地震系数，Kv-表层地基设计竖 向地震系数；a v-地层最大竖向加速度（m/s)，T-地层固有周期，Vs-弹性剪切波速，Sv-震动 基准面的速度反应谱，Ka-水平弹性地基系数，Kw-竖向平弹性地基系数。
[0091] 在步骤S102中，确定地层的变形模式和地层变形的水平和竖向变形量的公式为：
[0092]
[0093] 在步骤S104中，确定隧道衬砌的内力据材料力学，隧道横截面地震应力为：
[0094]
[0095]在步骤S106中，确定隧道结构的纵向应力组合公式为：
[0096]
尸 ^ …，一 一
[0097] 在步骤S107中，根据山岭隧道的具体情况，进行的分析计算包括：
[0098] ①结构-围岩相互作用对衬砌纵向应力的分析；
[0099] ②隧道埋深对衬砌纵向应力的分析；
[0100] ③基岩剪切波输入方向对衬砌纵向应力分析；
[0101] ④上覆地层特征周期对衬砌纵向应力分析；
[0102] ⑤隧道地基基床系数Ka= Kw= f3G，0改变时对衬砌应力的分析；
[0103] ⑥围岩弹性模量变化时对衬砌应力的分析。
[0104] 本发明实施例的山岭隧道抗震分析的方法主要包含了以下两个方面：
[0105] 1、对于隧道横截面抗震分析方面，以地层弹性剪切变形理论为基础，首次同时考 虑地层水平变形、地层竖向变形、隧道顶部破碎岩体的地震自重惯性力，研宄隧道横截面抗 震的相关问题；
[0106] 具体的实现方法：
[0107] 为了建立隧道横截面震动分析的数学模型和便于得到近似计算方法，特提出以下 几点假定：
[0108] ①土体为各向同性的线弹性连续介质；
[0109] ②隧道埋深一般为隧道半径的5倍以上，可以认为隧道为深埋隧道，符合图4简化 条件；
[0110] ③地层变形从上到下按线性变化考虑，隧道剪切变形可近似用隧道中心地层变形 来代替。
[0111] ④洞室形状的不同造成的影响多局限在棱角等局部地方，对总体地层空间应力场 的演变变化规律影响不大。因此，对断面形状非圆形的其他形状地下结构，采用"当量半径" 的折算形式，不但有利于问题的理论分析，而且易于工程现场实际应用。
[0112] 第一步，根据地质勘探资料和地震地层变形统计资料，确定地层的变形模式（如 图2所示）和地层变形（水平和竖向变形）量，如图3所示：
[0113]
[0114] 式中：SV-单位地震系数时的速度反应谱（m/s);
[0115] T-表层地基的基本固有周期（s);
[0116] KH_表层地基上的设计水平地震系数（震度）；
[0117] 第二步，如图4所示，水平震动应力分布，山岭隧道水平振动分析：
[0118]
[0119] 第三步，山岭隧道竖向振动分析：
[0120] a?地层竖向形变压力：
[0121]
[0122] b.利用现有公路或铁路设计规范，洞顶松散岩体压力为：
[0123]
[0124] 式中：ajg地层最大竖向加速度：
[0125]
[0126] 第四步，剪切波作用下衬砌横截面内力计算：
[0127] 强震区的公路和铁路隧道多采用曲线墙式衬砌，根据假设条件知，这种衬砌的结 构形式可以应用"当量半径"的思想转化为一个等效圆形衬砌来进行隧道的拟静力地震反 应分析，利用结构力学和材料力学知识得到隧道衬砌结构的内力和横截面应力：
[0128]
[0129]
[0130]
[0131] 式中：S为隧道衬砌的平均厚度（m);
[0132] 第五步，利用钢筋混凝土基本理论，进行隧道衬砌截面的配筋。
[0133] 对于山岭隧道横截面抗震分析设计的上述过程，关键是计算隧道水平和竖向形变 压力以及竖向地震惯性力，应用MATLAB编程技术，上述思想可按如下程序实现：
[0134] %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%隧道横截面地震荷载分析子程序
[0135]
[0137] 2、对于隧道纵向整体抗震分析方面，以弹性地基梁为模型，考虑隧道和围岩的相 互作用，利用连续介质力学、依据抗震动力学理论、变形传递理论，建立隧道结构动力平衡 方程，该方程从理论上考虑隧道的自重惯性力。从该方程可以看出，经典反应变位法是该 方法的特例。对比分析隧道在基岩地震波的输入方向、地震剪切波速的大小、上覆地层的厚 度、地层的特征周期（软硬程度）、地层的弹性刚度系数影响下的隧道纵向应力和应变的变 化规律，对比各个因素的变化对隧道纵向应力的影响，找到合理的参数取值范围。
[0138] 具体的实现方法：
[0139] 为了建立隧道横截面震动分析的数学模型和便于得到近似计算方法，特提出以下 几点假定：
[0140] ①土体为各向同性的线弹性连续介质；
[0141] ②隧道视为弹性地基梁，即隧道与围岩之间为弹簧连接；
[0142] ③隧道与围岩之间存在相互作用，考虑隧道与围岩之间的相对位移。隧道在地震 作用下产生变形，其变形包括轴向变形和横向变形。
[0143] ④不考虑地震波的随机性、时频特性及在土层中的反射和散射，将地震波看成是 单一频率的简谐波。
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