黄草坪隧道距全新世活动断裂巴塘断裂仅300～400m,场地的基本地震烈度为Ⅸ度。它的实施开了我国距活动断裂带最近距离修建隧道的先河,并由此引发了潜在地震对隧道安全性的忧虑。本文以该隧道为研究对象,采用地质调查、室内资料分析和数值模拟分析相结合的研究手段对国内外隧道震害特点及其动力作用规律进行了归纳总结,对隧道地震动力响应过程及其减震措施进行了深入的研究和探讨,主要开展的工作及取得的认识总结如下: 1.在分析总结前人资料的基础上,建立隧址区的地质概化模型,并对隧址区内主要断裂活动性和场地地震动力特征进行归纳总结。认为巴塘断裂和金沙江断裂对隧道稳定性起控制性作用。 2.在广泛收集整理国内外地铁和山岭隧道震害实例的基础上,对这两种线性结构的震害形式及特点进行分析总结,将隧道的震害机制概况为:a.震动-滑塌机制;b.震动-液化机制;c.震动-坍塌机制;d.震动-剪切机制;e.震动-张剪机制五种类型。并分析了地震烈度及震级、地震波震动方向与隧道交切关系、埋深、地层岩性及地质条件和地下结构模式等因素对隧道震害程度的影响。 3.以黄草坪为地质原型,采用FLAC-3D(快速拉格朗日有限差分程序)模拟了自由场围岩和隧道的地震动力响应过程,研究了地震激震方向、地震烈度、隧道埋深、地质条件等因素对隧道衬砌、围岩加速度、应力位移响应的影响。通过改变洞形结构、衬砌刚度和设置变形缝等方式,对隧道减震的途径和效果进行了分析和探讨。主要得到了以下认识: (1) 自由场中,围岩的震动特征不受地下结构的影响,遵循输入地震波的震动规律;而隧道衬砌的震动规则受控于围岩的动力特性。 (2) 地震动力响应因素分析表明:a.地震波入射方向的变化,将会对隧道各点的变形破坏方式带来很大的变化;b.平行入射的地震波在地表附近的破坏性要强于垂直入射的地震波,而垂直入射的在隧道洞身段的破坏性要强于平行入射;c.地震引起隧道衬砌位移随地震烈度的增大而明显加大,拱顶部位尤为明显;d.埋深大于50m后的隧道洞身段的地震反应随埋深发生的变化并不明显;e.围岩地质条件好的地段,受到的震害程度也就越小,而围岩交替变化部位在地震中易发生破坏。 (3) 黄草坪2~#隧道洞门外的边坡和洞口的偏压地段在地震中易受到破坏,而拱顶和仰拱为隧道的抗震薄弱部位,需要对其进行加固处理。 (4) 黄草坪隧道所设计的带仰拱的曲墙式洞形结构可以有效缓冲地震波传递的震动变形,衬砌刚度具有足够韧性而又不降低承载能力,抗震缝的设置明显减弱了围岩向衬砌传递加速度的特性,因此它为一种即经济又有效的减震设计。