本书针对山岭隧道洞口段地震损伤识别与分区设防措施中涉及的基础理论和技术难点，基于文献调研、数值模拟、理论分析、大型振动台试验等手段，对山岭隧道洞口段震害特征、大型振动台试验设计、动态损伤识别方法、隧道洞口段地震损伤识别、洞口段合理设防分区及洞口段仰坡加固等开展研究。总结分析了近年来典型大地震的隧道震害，尤其是洞口段震害实例，分析隧道洞口段震害特征及成因，介绍了洞口段振动台试验设计，重点关注模型材料配比、模型箱设计和加载地震波选取，提出基于改进的小波包变换和希尔伯特黄变换的损伤识别方法，详细论述了小波包变换的改进内容及该方法的具体实施过程，并用振动台试验验证所提方法的合理性和先进性，通过理论分析提出了不同地震波作用下隧道洞口段的合理设防分区，通过振动台试验验证了微型桩体系加固洞口仰坡的有效性。
本书对大型振动台试验分析细致，理论分析系统全面，可供从事隧道及地下工程的科研和设计方面的专业技术人员参考。

当今世界地震活动频繁，我国西部山区正是典型的高烈度地震区。随着交通强国战略的深入实施，交通工程将进一步向我国西部山区延伸，而隧道作为重要的组成部分，在穿山越岭方面发挥着不可替代的作用。因此，我国大量的建成、在建和拟建隧道会不可避免地处于高烈度地震区。近年来，数次大地震都对隧道造成了严重的破坏，而洞口段作为隧道的暴露部位，是抗震的薄弱环节。隧道洞口段一旦遭遇强烈地震而发生破坏，极易造成交通中断，严重影响震后救灾，威胁人民群众生命安全。因此，地震作用下隧道洞口段的动力响应特征、动态损伤识别、洞口合理的抗震设防范围和抗减震技术值得深入研究。
著者在相关课题支持下，从山岭隧道洞口段震害出发，以大型振动台试验为主要研究手段，辅以理论分析和数值模拟，详尽论述了振动台试验设计的主要关键问题，首次提出基于现代信号分析理论的动态损伤识别方法，创造性地将小波包变换和希尔伯特-黄变换进行联合应用，并对小波包变换这一经典工具进行了针对性的改进提升，用振动台试验对该方法进行了应用检验。结果表明该方法科学、合理且具有先进性。在探明隧道洞口段的损伤发展特征后，基于理论分析对洞口的设防范围进行了细致分析，通过参数化研究厘定洞口段的合理设防范围，并与振动台试验结果进行了相互验证。最后，采用微型桩体系作为洞口段抗震设防的落脚点，详尽分析了微型桩对隧道洞口段的抗减震效果。
本书共分为7章：第1章绪论；第2章隧道洞口段振动台试验方案设计；第3章基于改进小波包联合希尔伯特-黄变换的地震损伤识别方法；第4章基于振动台试验的隧道洞口段地震损伤识别；第5章地震作用下隧道洞口段合理设防分区研究；第6章隧道洞口段微型桩体系抗减震效果研究；第7章结论与展望。本书由王琦、耿萍、沈火明和郭翔宇著述，王松、赵言等做了部分资料收集与文字整理工作。本书部分插图的彩色效果请扫描二维码观看。
本书出版获得了国家自然科学基金（52130808、52408443）、国家资助博士后研究人员计划（GZB20230614）、四川省青年基金（2025ZNSFSC1292）和中央高校基本科研业务费（2682024CX090）的联合资助，编写过程中得到了西南交通大学土木工程学院和力学与航空航天学院的大力支持，在此一并表示感谢。
由于著者水平有限，书中难免存在疏漏和不足之处，敬请读者指正。

著者2025年1月

第1章绪论 1
1.1研究背景及意义 1
1.2国内外研究现状 3
1.3存在的问题 12
1.4本书主要研究内容与技术路线 13
第2章隧道洞口段振动台试验方案设计 15
2.1振动台系统 15
2.2试验相似关系设计 16
2.3模型材料设计及制作 18
2.4刚性模型箱设计 27
2.5激励地震动选取 33
2.6传感量测系统 40
2.7本章小结 41
第3章基于改进小波包联合希尔伯特-黄变换的地震损伤识别方法 43
3.1改进的小波包变换 43
3.2希尔伯特-黄变换 55
3.3仿真信号及实测信号验证 61
3.4隧道地震损伤识别具体实施过程 65
3.5本章小结 66
第4章基于振动台试验的隧道洞口段地震损伤识别 68
4.1输入地震动及测试方案 68
4.2洞口段仰坡围岩的损伤识别 70
4.3洞口段衬砌的损伤识别 76
4.4传统的振动台试验分析方法 79
4.5本章方法的可靠性与先进性分析 86
4.6本章小结 88
第5章地震作用下隧道洞口段合理设防分区研究 89
5.1基于射线理论的洞口段边坡位移场 89
5.2基于弹性地基梁的洞口段隧道动力响应 92
5.3地震作用下隧道洞口段衬砌环向应变封闭解 95
5.4基于参数化分析的隧道洞口段合理抗震设防分区 96
5.5基于振动台试验验证的洞口段合理抗震设防分区 108
5.6本章方法与现有成果对比研究 115
5.7本章小结 116
第6章隧道洞口段微型桩体系抗减震效果研究 117
6.1试验工况及测点布置 117
6.2洞口段围岩动力响应 121
6.3洞口段衬砌动力响应 125
6.4隧道洞口段模型破坏特征 132
6.5本章小结 134
第7章结论与展望 135
7.1结论 135
7.2展望 136
参考文献 138

王琦：博士，西南交通大学力学与航空航天学院助理研究员，中国土木工程学会、岩石力学与工程学会及中国公路学会会员，主研国家重点研发计划（项目编号：2022YFB2302100）、国家自然科学基金重点项目（项目编号：52130808）、四川省重点研发项目（项目编号：2019YFG0001）等5项，参与了川藏铁路康定2号隧道、通麦隧道、易贡隧道、多雄拉越岭隧道、青岛胶州湾第二海底隧道、汕头湾海底隧道、引大济岷输水隧洞及苏通GIL特高压输电隧道等重大工程科研项目，发表相关论文20余篇，以第一作者在Mechanical Systems and Signal Processing、Tunnelling and Underground Space Technology、中国公路学报等权威期刊发表论文9篇（含中科院一区6篇，其中Top期刊4篇，总 IF=39.5，总被引160余次），担任International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences、Engineering Failure Analysis、Nuclear Engineering and Design等著名期刊审稿人，授权发明专利3项，申报发明专利6项，申报软件著作权3项，参编《川藏铁路隧道施工安全监测技术规程 TB 10315-2021》第6章监测方法，《公路隧道抗震设计规范 JTG 2232-2019》第6章抗震计算方法及附录A-静力法、B-反应位移法、C-时程分析法，《盾构隧道工程设计标准GB/T 51438-2020》第12章抗震设计及附录A-反应位移法、B-静力法、C-时程分析法、《川藏铁路超长大纵坡大规模隧道群运营风险防控及安全保障设计标准 2020JS003》第3章地震风险及防控措施，教材《高速铁路隧道（主编：何川院士）》第8章高速铁路隧道抗震设计和大百科全书《土木工程健康监测与维护》词条：隧道工程灾害应急抢修。,耿萍：西南交通大学教授。沈火明：西南交通大学副校长，博士/教授/博士生导师，国家高层次领军人才（国家教学名师）、首届“天府万人计划”教学名师、四川省教书育人名师，是教育部力学基础课程教学指导委员会委员、四川省公共基础课程教学指导委员会主任委员、中国高等教育学会创新创业分会副理事长、四川省力学学会教育科普工作委员会主任委员，是国家级教学团队负责人，国家级课程思政示范教学团队负责人是。主持国家级、省部级科研和教改项目30余项，发表论文120余篇，主编教材、教辅、科普读物、数字课程、组卷系统、论文集15种，获国家教学成果二等奖4项、四川省教学成果奖8项。郭翔宇：华侨大学土木工程学院讲师。

本书从山岭隧道洞口段震害出发，以大型振动台试验为主要研究手段，辅以理论分析和数值模拟，详尽论述了振动台试验设计的主要关键问题，首次提出基于现代信号分析理论的动态损伤识别方法，创造性地将小波包变换和希尔伯特-黄变换进行联合应用，并对小波包变换这一经典工具进行了针对性的改进提升，用振动台试验对该方法进行了应用检验。