我国当前进行山区交通工程建设的过程中,桥隧结构在整条线路中的比例越来越高,兰渝铁路有将近70%的线路是以桥梁和隧道形式通过,而许多墩高数十米乃至百米以上的桥梁也频频出现,这些高桥穿越河谷后紧接着就是位于边坡不同高度的隧道,而这些隧道在未来地震中的动力响应及抗震性能不仅与进洞高程密切相关,也对整条线路的安全运营和震后快速救援与修复具有重要控制作用。隧道洞口段衬砌结构受边坡在地震作用下动力放大效应的影响,加之隧道洞口段一般处在地表水侵蚀严重风化裂隙发育的斜坡上,于是,隧道在边坡上的进洞高程就成为一个关键参数。有隧道的边坡与无隧道的边坡、在边坡浅表部的隧道和深部的隧道、布置在边坡坡脚、坡腰乃至坡顶的隧道,在地震动力作用下,各自的反应必定有一定的区别。本论文采用动力有限元数值模拟的方法,首先考虑了地震波入射方向、仰坡坡度对山岭隧道洞口段的抗震影响,在此基础上重点研究了隧道洞口段及仰坡在不同入洞高程影响下的动力响应规律,并进一步探讨了仰坡坡高对边坡与隧道结构相互作用的影响,通过设置无隧道通过的纯边坡模型与相同条件下有隧道通过的边坡模型的对比分析,探究隧道的存在对坡面动力响应的影响。为山区隧道进洞方式和隧道洞口段抗震减震措施的选择,提供有益的理论依据。主要研究内容和结论如下:(1)通过研究水平x、y和竖直z向三种不同方向的地震波对隧道洞口段及坡面的动力响应影响,可以得到,在数值模拟中平行于隧道轴线的水平y向地震波为最不利入射方向,对隧道及仰坡具有更强的破坏作用。(2)分别设置30°、45°、60°、75°四种仰坡角度的模型,结果表明,随着仰坡坡度的增加,仰坡坡面的位移、隧道仰拱与拱顶的位移也逐渐增加。最大位移差△max-y也随着坡角的增大而增大。(3)分别设置坡脚处入洞、0.3倍坡高处入洞、0.6倍坡高处入洞三种不同入洞高程的模型。研究表明,最大位移差△max-y的变化趋势是随着入洞高程的增大而减小。应力峰值、轴力峰值、位移峰值并非位于隧道的洞口处,而是位于距离隧道洞口0.4倍~0.7倍隧长处。各控制点位移值、加速度值在距洞口y=40m断面后迅速下降,因此笔者提出,山岭隧道进入洞内40~70 m后地震放大效应开始趋于平稳。(4)设置无隧道的纯边坡模型,并与相同坡角与坡高条件下有隧道通过的模型进行了对比分析,结果表明,隧道存在的边坡位移峰值小于无隧道存在时的边坡位移峰值。随着入洞高程的增加,隧道的存在对坡面位移的动力响应影响愈加明显。在隧道入洞高程处,坡面加速度出现“拐点”现象,拐点后加速度的变化趋势与仰坡坡角大小有关。(5)设置不同坡高的模型,研究了隧道穿过不同坡高模型时的动力响应规律。研究表明,在地震波入射方向、仰坡坡度、入洞高程一定的情况下,高边坡隧道坡面的加速度、位移、应力的动力响应趋势与中低边坡类似。