地下结构抗震研究综述

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1、地下结构抗震研究综述-结构理论摘要：对不同地下结构的震害特点和影响因素进行分析，并对地下结构抗震分析方法进行分类，最后对目前地下结构抗震研究中的存在的问题进行探讨。关键词：地下结构；抗震；综述　　1引言　　地震对人们的生命财产安全带来严重威胁。随着城市建设的发展，地下铁道、地下管道等地下结构蓬勃发展，其结构的抗震减震问题得受到工程人员的日益关注。同一次地震作用，对地下结构和地面结构的结构动力反应是不一样的。对于地上结构的自振特性变化可以引起结构反应产生质的突变；对于地下结构，由于地基土对振动变形的约束作用，地基的运动特性对于地下结构的影响更大。针对此类结构，地基地震动的研究意

2、义更为重要。　　2各类地下结构震害特点及影响因素　　2.1地下铁道震害特点及影响因素　　1995年阪神地震前，关于地下结构的震害研究，工程人员的关注点主要侧重于地下线型结构及供水系统，并且“地下建筑物在地震时随着地基的运动而运动”是工程人员的共识，因此地下结构的震害报道范围较为狭窄。而阪神地震中，地震对于地铁车站和区间隧道产生不同程度的破坏，例如大开站超过50%的中柱完全倒塌，上覆层大量沉降，最大值能达2.5m。此次震害调查的主要结果为：中柱开裂、坍塌，顶板开裂、坍塌，侧墙开裂等。　　震害影响因素主要有：地质状况优劣的影响；地层构造的影响；地震波对结构造成的水平及垂直振动的影

3、响；结构体型和建筑材料的影响；上覆土层厚度的影响；软弱地基的影响等　　2.2地下管道震害特点及影响因素　　地下管道的种类繁多，归纳起来主要有：地下供水管线，地下排水管道，地下输油、输气管道，大直径混凝土管道等。通过震害调查发现，地下管道的破坏形式如下：（1）小直径的管道由于截面尺寸小，易发生破坏；（2）接头处连接不可靠，脱位现象严重；（3）地层液化导致管体塌落；（4）对于采用焊接工艺的钢管，若处于液化、断层错动和滑坡现象的地区，其发生破坏的概率相当高。　　分析地下管道的结构，通常由管段和管道附件组成。此类结构在地震中，较易发生以下基本破坏类型：（1）管道接口破坏；（2）管段破

4、坏；（3）其他连接部位的破坏。通常管道接口破坏居多，因为接口处的抗震能力较为薄弱。工程中为了防范此类破坏，常采用抗震能力较强的柔性接口，变形较大，延性良好，震害率明显低于刚性接口。　　地震对地下管道破坏原因，主要包括由场地破坏造成的次生破坏，以及由强烈的地震波传播造成的破坏。场地破坏主要是大地的构造性运动，比如断层滑动、地壳构造性上升或沉陷等；砂土液化、土的侧向移位、土体震密及土层震裂等。　　2.3地下隧道震害特点及影响因素　　地下隧道所处的环境一般在山岭或者水底。通常认为隧道本身也是一种有利的抗震结构体系。除非地震烈度比较高，或者地震坐落在地震烈度带或者隧道本身具有特殊的地

5、质或者构造条件，若遭遇普通地震作用，隧道的震害较为轻微。通过广泛的震害调查，隧道震害的主要特点如下：（1）隧道拱顶部易出现由于拱顶的剪切破坏而产生的裂缝；（2）隧道内部施工缝处为抗震薄弱环节，比如在拱、侧壁的施工缝部位容易出现压缩性裂缝，或者环向施工缝处剥落，造成板底隆起或倾斜。　　目前对隧道地震作用机理研究较少，通过理论分析和数值计算进行抗震设计尚无成熟方法。隧道抗震设计，一般依据以往经验采取适当的抗震措施进行保证。抗震措施包括合理选择隧道地址、衬砌材料的选择和保证施工质量等方面的综合考虑，以及在必要时采用加固措施。　　3地下结构抗震研究方法　　3.1原型观测　　原型观测主

6、要是了解实际地震作用下，地下结构的地震动力响应特点。模型试验很难模拟地震后土体和结构物的变形，故采用原型观测对地下隧道结构进行抗震研究，主要方法为震害调查和现场试验。震害调查虽然有一定的滞后性，但真实性最强。1995年日本阪神地震后进行的震害调查，为地下结构的抗震研究积累了大量的有益资料。但动力响应量测困难，同时地震波的输入机制和边界条件控制较为困难，更无法主动改变各种因素，因此如果要对某一现象进行有目的、多角度的研究，仍得借助现场试验。　　3.2模型试验　　随着土-地下结构相互作用的研究深入，不同地下结构地震响应的计算方法不断发展。模型试验对于验证理论计算模型的合理性，以及

7、分析土-结构动力相互作用的机制必不可少。通过激振实验（人工震源实验和振动台实验）研究地下结构的响应特性。人工震源实验应用不多，主要是较难反映结构的非线性及地基断裂等因素对隧道结构的影响。振动台实验则能弥补这方面的缺陷，但是对试验区域的选择和地基特性的模拟有待进一步研究。　　3.3理论分析　　目前，地下结构抗震理论分析方法种类繁多。按照解析法或数值法的应用程度，大致分为解析法、半解析法半数值法和数值法。也可根据分析对象的空间考虑情况，分为横断面抗震计算方法、纵向抗震计算方法和三维有限元整体动力计算法。本文