中文摘要：

目前公路隧道的抗震设计对深浅埋的划分仍然采用静力分析中的方法，难以充分反映地震作用的动力特性，同时不同埋深的隧道地震作用力计算公式及参数也有待修正。对此，本项目拟采用波动理论分析特定条件的隧道和地层中地震波的传播规律，初步了解衬砌受力与埋深之间的相互关系；然后在考虑隧道埋深、围岩级别、形状、尺寸等因素的情况下，通过质量弹簧模型以及有限元方法对隧道进行动力响应分析，研究地震作用下不同条件的隧道衬砌的受力规律；再通过反复对比，验证并优化抗震设计中不同埋深隧道地震力的计算公式及参数，研究洞顶土柱地震作用力的施加方法，提出隧道动力深浅埋划分的限界；最后通过模型试验进行验证和完善。研究成果可用于隧道抗震设计，为隧道抗震设计规范的形成提供参考依据。

结论摘要：

一、项目背景震害调查分析反映出埋深与隧道的破坏程度有较大的关系。目前对于不同埋深的隧道地震特性的研究主要通过病害调查和统计的方法，还缺少深入的理论及试验研究。在采用惯性力法（地震系数法）进行隧道抗震设计时，对隧道埋深因素的影响体现的不够，深浅埋的划分仍然采用静力分析中的方法，难以充分反映地震作用的动力特性，同时其不同埋深的隧道地震作用力计算公式及参数的准确性有待于验证。为此，本课题对隧道抗震深浅埋的划分及隧道地震作用力问题进行了研究。二、主要研究内容 1 分析计算（1）地下结构波动法和振动法对比分析（2）地下结构静-动力分析中的人工边界转换方法研究（2）隧道动力深浅埋界限及其影响因素研究（3）地震中隧道上方土体作用问题研究 2 模型试验不同埋深隧道的地震响应振动台试验研究三、主要研究成果及科学意义 1、采用波动法和振动法进行动力分析所得的计算结果基本一致，振动法可以满足精度要求。 2、静-动力分析人工边界转换时须保证模型动力分析在零时刻为静力平衡体，提出了在动力分析中施加零动力荷载的方法来检验静-动力人工边界转换方法准确性。给出了一种较为合理的地下结构静-动力分析的人工边界转换方法。 3 在静力和动力分析过程中均采用粘弹性静-动力统一人工边界时，该静-动力分析从静力状态到动力分析的过渡是合理的，但该边界在半无限体有限元模型的静力计算中误差较大。 4、提出了采用隧道上方竖向应力沿深度变化确定隧道上方土体地震作用高度HP的方法，通过对比分析，验证了其可行性。结果表明隧道埋深较小时，隧道规范计算出的HP偏大，隧道埋深较大时，隧道规范计算出的HP偏小。 5.影响隧道上方土体地震作用高度最重要因素是隧道跨度，同时也受到隧道埋深、隧道结构形式和围岩级别等因素的影响。 6. 给出了考虑隧道跨度、围岩级别、隧道结构形状和埋深等因素的隧道上方土体对衬砌地震作用高度的计算公式；确定了作用在衬砌上的作用力，明确了其作用方式以切向力的形式分布在衬砌上半拱，并验证了其适用性。 7在地震作用下，隧道埋深较浅时（15m），隧道衬砌地震应力较大；埋深大于40m后，衬砌地震应力有较明显的减小，且随埋深的增加其应力变化不明显。 8.研究成果可为隧道的抗震计算和设计提供依据。