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研究亮點
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 點擊數(shù)量：4917研究背景：
近年來，基礎設施抗災韌性已經(jīng)成為了一個研究熱點，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)的重要交通基礎設施，是未來“區(qū)域韌性”的重要組成部分。山嶺隧道抗災韌性是指隧道結構在遭遇災害作用時，能夠保持其結構完整性、穩(wěn)定性和功能性，以及在災后快速恢復到正常使用狀態(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。關于隧道韌性的研究主要集中于隧道的襯砌結構，還沒有涉及到整個隧道系統(tǒng)，包括通風系統(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：
隧道錯動響應的數(shù)值計算通常耗時較長，且易出現(xiàn)收斂困難。為此，本研究提出子結構法。該方法通過縮小模型尺寸，可節(jié)省約70%的計算時間，同時有效克服斷層錯動面大位移導致的收斂問題。該方法的計算流程簡潔（圖1），數(shù)據(jù)提取與荷載施加僅需編寫相應代碼即可高效完成。
采用分層置信規(guī)則庫（HBRB）方法計算隧道系統(tǒng)的剩余功能。HBRB是一種專家系統(tǒng)，能夠構建輸入與輸出之間的復雜非線性關系。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：建立基礎組件與隧道系統(tǒng)之間的層級關系；
步驟二：對基礎組件進行易損性分析，量化其剩余功能。其中，結構構件（如襯砌、路面等）的易損性數(shù)據(jù)通過有限元方法（結合子結構法）計算獲取，非結構構件的易損性數(shù)據(jù)則通過查閱相關規(guī)范及文獻確定；
步驟三：采用分層置信規(guī)則庫（HBRB）方法整合所有基礎組件的剩余功能，進而求得隧道系統(tǒng)的整體剩余功能。同時，借鑒《建筑抗震韌性評價標準》（GB/T 38591-2020）中的構件損傷狀態(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：基于隧道功能恢復曲線，計算隧道的抗錯動韌性指數(shù)。
該成果發(fā)表在國際權威期刊《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 子結構法流程圖
圖2 分層置信規(guī)則庫方法的基本結構
圖3 隧道抗錯動韌性評價框架
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