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研究亮點(diǎn)
穿越正斷層山嶺隧道抗錯動韌性評價方法
發(fā)布時間： 2026-06-24 點(diǎn)擊數(shù)量：8690研究背景：
近年來，基礎(chǔ)設(shè)施抗災(zāi)韌性已經(jīng)成為了一個研究熱點(diǎn)，是“十四五”規(guī)劃中提出的“韌性城市”的重要組成部分。山嶺隧道作為連接城市或地區(qū)的重要交通基礎(chǔ)設(shè)施，是未來“區(qū)域韌性”的重要組成部分。山嶺隧道抗災(zāi)韌性是指隧道結(jié)構(gòu)在遭遇災(zāi)害作用時，能夠保持其結(jié)構(gòu)完整性、穩(wěn)定性和功能性，以及在災(zāi)后快速恢復(fù)到正常使用狀態(tài)的能力。目前，涉及隧道抗震或抗錯動韌性的研究內(nèi)容較少。關(guān)于隧道韌性的研究主要集中于隧道的襯砌結(jié)構(gòu)，還沒有涉及到整個隧道系統(tǒng)，包括通風(fēng)系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、防排水系統(tǒng)、供電系統(tǒng)等。因此，需要逐步開展涉及整個隧道系統(tǒng)的抗震或抗錯動韌性研究工作。
研究方法及結(jié)果：
為解決上述問題，本研究提出了一種穿斷層山嶺隧道抗錯動韌性評價方法，該方法包含了三個核心創(chuàng)新：
隧道錯動響應(yīng)的數(shù)值計(jì)算通常耗時較長，且易出現(xiàn)收斂困難。為此，本研究提出子結(jié)構(gòu)法。該方法通過縮小模型尺寸，可節(jié)省約70%的計(jì)算時間，同時有效克服斷層錯動面大位移導(dǎo)致的收斂問題。該方法的計(jì)算流程簡潔（圖1），數(shù)據(jù)提取與荷載施加僅需編寫相應(yīng)代碼即可高效完成。
采用分層置信規(guī)則庫（HBRB）方法計(jì)算隧道系統(tǒng)的剩余功能。HBRB是一種專家系統(tǒng)，能夠構(gòu)建輸入與輸出之間的復(fù)雜非線性關(guān)系。該方法由多個子規(guī)則庫組成，每個子規(guī)則庫包含若干IF-THEN規(guī)則，其基本思想是將底層輸入逐層傳遞，最終獲得頂層輸出（圖2）。在本研究中，將基礎(chǔ)組件的剩余功能作為輸入，經(jīng)HBRB方法推理后，輸出隧道系統(tǒng)的整體剩余功能。
提出了完整的穿斷層隧道抗錯動韌性評價框架，如圖3所示。該流程主要包括以下四個步驟：
步驟一：建立基礎(chǔ)組件與隧道系統(tǒng)之間的層級關(guān)系；
步驟二：對基礎(chǔ)組件進(jìn)行易損性分析，量化其剩余功能。其中，結(jié)構(gòu)構(gòu)件（如襯砌、路面等）的易損性數(shù)據(jù)通過有限元方法（結(jié)合子結(jié)構(gòu)法）計(jì)算獲取，非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的易損性數(shù)據(jù)則通過查閱相關(guān)規(guī)范及文獻(xiàn)確定；
步驟三：采用分層置信規(guī)則庫（HBRB）方法整合所有基礎(chǔ)組件的剩余功能，進(jìn)而求得隧道系統(tǒng)的整體剩余功能。同時，借鑒《建筑抗震韌性評價標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 38591-2020）中的構(gòu)件損傷狀態(tài)判定方法，在求解過程中引入蒙特卡洛模擬以處理不確定性；
步驟四：基于隧道功能恢復(fù)曲線，計(jì)算隧道的抗錯動韌性指數(shù)。
該成果發(fā)表在國際權(quán)威期刊《Tunnelling and Underground Space Technology》（Tonglai Zhou, Binbin Hu, Tan He, Shuang Li*）. Study on the anti-dislocation resilience of mountain tunnels crossing normal faults[J]. Tunnelling and Underground Space Technology, 2025, 164: 106844.
https://doi.org/10.1016/j.tust.2025.106844.（IF:8.7, *通訊作者）
圖1 子結(jié)構(gòu)法流程圖
圖2 分層置信規(guī)則庫方法的基本結(jié)構(gòu)
圖3 隧道抗錯動韌性評價框架
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