隧道抗震减震的研究进展

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1、隧道抗震减震的研究进展摘要：该文综合大量关于隧道抗震、减震，隧道动力分析以及隧道稳定性分析的文献资料，对隧道抗震研究的现状进行了归纳总结，同时对有待解决的一些问题作了初步探讨。引言19世纪是桥的世纪，20世纪是高层建筑的世纪，而21世纪则是人类利用和开发地下空间的世纪。发展地下交通运输系统是我们必须面对和必须解决的问题。其中，隧道建设首当其冲。隧道的抗震、减震设计和施工方面的研究在1995年日本阪神地震后才达到一个高潮。国外对隧道抗震的研究起步相比国内较早，国内研究相对比较滞后。我国是地震多发地区，所以如何解决好交通系统中隧道的抗震问题是一个重要课题。本文综合大量的关于隧道抗震

2、、减震，隧道动力分析以及隧道稳定性分析的文献资料，总结了目前国内外尤其是国内关于隧道抗震、减震研究的现状，同时通过对这些文献资料的分析也对隧道抗震、减震方面的研究做了一些展望。1抗震研究现状简介抗震就是通过加强建筑物本身的强度来抵抗地震对建筑物的影响，从而使这种影响被控制在建筑物能够承受的范围之内。一般来说，抗震和减震是双管齐下的。目前，抗震理论分析方法主要分为解析法和数值方法两类。国内相关隧道规范采用的是沿用地面结构抗震设计方法的解析法中的拟静力法。由于地下结构有自己的特殊性即地下结构要受到周围岩土介质很强的约束作用，所以套用地面结构的抗震设计方法偏于保守，从而必须对隧道抗震

3、进行研究以解决目前理论存在的缺陷。1.1隧道和周围岩土介质以及衬砌在地震下相互作用的研究隧道不像是地面结构，地面结构除了基础外，其余部分不受约束，而隧道是全部或部分处于周围介质的约束下的，从而研究隧道和周围土体的相互作用是从本质上解决隧道在地震作用下受力特点这一问题的关键。张鸿等[4]讨论了动力有限元法中土体材料非线性、土与结构间的接触非线性和边界条件等一系列重要问题，并以实际工程为例应用动力有限元法对地铁隧道的地震反应进行了非线性分析。杨小礼等采用有限元与无限元耦合方法讨论交通隧道在地震波作用下震动反应问题，并考虑地基土的非线性与层状性，运用等效线性模型处理土的非线性，New

4、mark-β求解动态平衡方程；地震荷载作用下，交通隧道与周围介质是一起振动的，初砌结构刚度不同，跟随周围介质振动的情况也不一样，初砌结构与周围介质相对刚度差决定初砌结构的受力特征，柔性地下结构更能适应地震反应。石申同等进行土-地铁隧道动力相互作用的大型振动台模型试验，分别测出了模型地基的加速度反应、隧道结构的加速度反应、结构的侧向土压力反应和隧道结构的应变反应，分析了模型地基的边界模拟效果、模型地基和隧道结构的加速度反应规律；其次对模型隧道结构的应变实测结果进行了分析，给出了地铁区间隧道在水平向地震动作用下横截面的应变分布规律，分析了模型箱侧壁与地基土以及隧道结构与土体接触面上

5、的动土压力实测结果及其反应的规律，对试验中模型土的液化现象、地震裂缝和地下结构上浮等震害现象进行了描述。F.Kirzhner等分析了地震作用下隧道围岩的动力响应，阐述了动力荷载对隧道稳定性的影响，指出在一般情况下由地震产生的压力要小于隧道围岩的强度，隧道在地震作用下一般是有较高安全度的，但是地震作用在地表产生的反应将导致复杂的后果，并提出了用于动荷载作用下隧道围岩压力和位移发展区域的判断方法。谷拴成等考虑土与隧道体的相互作用，忽略结构惯性力，根据反应位移法，将隧道设计过程中各种动荷载(包括地震和爆破荷载)形成的地震波引起的隧道周围的土体位移作为荷载，通过弹簧作用于支护结构体上，

6、推导出较为简单实用的公式来计算隧道在地震中的纵向和弯曲荷载，并讨论了其设计中的塑性问题，提出在隧道的设计中，是否考虑土与结构相互作用是很重要的，因为两者的计算结果相差比较大，对于塑性问题，在实际工程中可以作为一种评价，因为到达塑性阶段以后，隧道已经发生裂缝。许增会等研究了地震对隧道围岩稳定性的影响规律，得出了在不同岩性、跨度、地震波的类型情况下地震作用对隧道围岩产生拉应力和位移的特征，指出围岩的位移差异是破坏衬砌的主要原因。L.C.F.Ingerslev[10]讨论了沉管隧道完成设计和建造要求后应该考虑其受震后如何确保其周围软弱砂土的稳定性。KazuoKonagai等[11]研

7、究Kizawa隧道在日本新滹中部地震后出现严重裂缝，调查造成损坏的原因，指导对隧道周围土体的长期观察，从而为合理的恢复提供依据。张华兵等通过模拟发生在一个线性轴对称的隧道内的爆炸来分析隧道周围土体的弹塑性压力密度行为以及土体的剪力参数对土-结构相互作用的影响。王祥秋等[13]基于等厚度夹层单元与粘弹性边界条件，建立隧道-围岩体系的动力有限元分析模型，模拟围岩及其衬砌结构之间的力学性态。陈健云等[14]采用阻尼影响抽取法研究了围岩动刚度的动力特性，提出了岩石地下结构抗震分析的实用算法，在此基础