地下結(jié)構(gòu)抗震研究綜述

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1、地下結(jié)構(gòu)抗震研究綜述　　摘要：對不同地下結(jié)構(gòu)的震害特點和影響因素進行分析，并對地下結(jié)構(gòu)抗震分析方法進行分類，最后對目前地下結(jié)構(gòu)抗震研究中的存在的問題進行探討。關(guān)鍵詞：地下結(jié)構(gòu)；抗震；綜述　　1引言　　地震對人們的生命財產(chǎn)安全帶來嚴(yán)重威脅。隨著城市建設(shè)的發(fā)展，地下鐵道、地下管道等地下結(jié)構(gòu)蓬勃發(fā)展，其結(jié)構(gòu)的抗震減震問題得受到工程人員的日益關(guān)注。同一次地震作用，對地下結(jié)構(gòu)和地面結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)動力反應(yīng)是不一樣的。對于地上結(jié)構(gòu)的自振特性變化可以引起結(jié)構(gòu)反應(yīng)產(chǎn)生質(zhì)的突變；對于地下結(jié)構(gòu)，由于地基土對振動變形的約束作用

2、，地基的運動特性對于地下結(jié)構(gòu)的影響更大。針對此類結(jié)構(gòu)，地基地震動的研究意義更為重要?！　?各類地下結(jié)構(gòu)震害特點及影響因素　　地下鐵道震害特點及影響因素　　1995年阪神地震前，關(guān)于地下結(jié)構(gòu)的震害研究，工程人員的關(guān)注點主要側(cè)重于地下線型結(jié)構(gòu)及供水系統(tǒng)，并且“地下建筑物在地震時隨著地基的運動而運動”是工程人員的共識，因此地下結(jié)構(gòu)的震害報道范圍較為狹窄。而阪神地震中，地震對于地鐵車站和區(qū)間隧道產(chǎn)生不同程度的破壞，例如大開站超過50%的中柱完全倒塌，上覆層大量沉降，最大值能達。此次震害調(diào)查的主要結(jié)果為：中柱

3、開裂、坍塌，頂板開裂、坍塌，側(cè)墻開裂等。　　震害影響因素主要有：地質(zhì)狀況優(yōu)劣的影響；地層構(gòu)造的影響；地震波對結(jié)構(gòu)造成的水平及垂直振動的影響；結(jié)構(gòu)體型和建筑材料的影響；上覆土層厚度的影響；軟弱地基的影響等　　地下管道震害特點及影響因素　　地下管道的種類繁多，歸納起來主要有：地下供水管線，地下排水管道，地下輸油、輸氣管道，大直徑混凝土管道等。通過震害調(diào)查發(fā)現(xiàn)，地下管道的破壞形式如下：小直徑的管道由于截面尺寸小，易發(fā)生破壞；接頭處連接不可靠，脫位現(xiàn)象嚴(yán)重；地層液化導(dǎo)致管體塌落；對于采用焊接工藝的鋼管，若處

4、于液化、斷層錯動和滑坡現(xiàn)象的地區(qū)，其發(fā)生破壞的概率相當(dāng)高?！　》治龅叵鹿艿赖慕Y(jié)構(gòu)，通常由管段和管道附件組成。此類結(jié)構(gòu)在地震中，較易發(fā)生以下基本破壞類型：管道接口破壞；管段破壞；其他連接部位的破壞。通常管道接口破壞居多，因為接口處的抗震能力較為薄弱。工程中為了防范此類破壞，常采用抗震能力較強的柔性接口，變形較大，延性良好，震害率明顯低于剛性接口?！　〉卣饘Φ叵鹿艿榔茐脑?，主要包括由場地破壞造成的次生破壞，以及由強烈的地震波傳播造成的破壞。場地破壞主要是大地的構(gòu)造性運動，比如斷層滑動、地殼構(gòu)造性上升或

5、沉陷等；砂土液化、土的側(cè)向移位、土體震密及土層震裂等?！　〉叵滤淼勒鸷μ攸c及影響因素　　地下隧道所處的環(huán)境一般在山嶺或者水底。通常認(rèn)為隧道本身也是一種有利的抗震結(jié)構(gòu)體系。除非地震烈度比較高，或者地震坐落在地震烈度帶或者隧道本身具有特殊的地質(zhì)或者構(gòu)造條件，若遭遇普通地震作用，隧道的震害較為輕微。通過廣泛的震害調(diào)查，隧道震害的主要特點如下：隧道拱頂部易出現(xiàn)由于拱頂?shù)募羟衅茐亩a(chǎn)生的裂縫；隧道內(nèi)部施工縫處為抗震薄弱環(huán)節(jié)，比如在拱、側(cè)壁的施工縫部位容易出現(xiàn)壓縮性裂縫，或者環(huán)向施工縫處剝落，造成板底隆起或傾斜

6、。　　目前對隧道地震作用機理研究較少，通過理論分析和數(shù)值計算進行抗震設(shè)計尚無成熟方法。隧道抗震設(shè)計，一般依據(jù)以往經(jīng)驗采取適當(dāng)?shù)目拐鸫胧┻M行保證?？拐鸫胧┌ê侠磉x擇隧道地址、襯砌材料的選擇和保證施工質(zhì)量等方面的綜合考慮，以及在必要時采用加固措施?！　　　?地下結(jié)構(gòu)抗震研究方法　　原型觀測　　原型觀測主要是了解實際地震作用下，地下結(jié)構(gòu)的地震動力響應(yīng)特點。模型試驗很難模擬地震后土體和結(jié)構(gòu)物的變形，故采用原型觀測對地下隧道結(jié)構(gòu)進行抗震研究，主要方法為震害調(diào)查和現(xiàn)場試驗。震害調(diào)查雖然有一定的滯后性，但真實性

7、最強。1995年日本阪神地震后進行的震害調(diào)查，為地下結(jié)構(gòu)的抗震研究積累了大量的有益資料。但動力響應(yīng)量測困難，同時地震波的輸入機制和邊界條件控制較為困難，更無法主動改變各種因素，因此如果要對某一現(xiàn)象進行有目的、多角度的研究，仍得借助現(xiàn)場試驗。　　模型試驗　　隨著土-地下結(jié)構(gòu)相互作用的研究深入，不同地下結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)的計算方法不斷發(fā)展。模型試驗對于驗證理論計算模型的合理性，以及分析土-結(jié)構(gòu)動力相互作用的機制必不可少。通過激振實驗研究地下結(jié)構(gòu)的響應(yīng)特性。人工震源實驗應(yīng)用不多，主要是較難反映結(jié)構(gòu)的非線性及地基

8、斷裂等因素對隧道結(jié)構(gòu)的影響。振動臺實驗則能彌補這方面的缺陷，但是對試驗區(qū)域的選擇和地基特性的模擬有待進一步研究。　　理論分析　　目前，地下結(jié)構(gòu)抗震理論分析方法種類繁多。按照解析法或數(shù)值法的應(yīng)用程度，大致分為解析法、半解析法半數(shù)值法和數(shù)值法。也可根據(jù)分析對象的空間考慮情況，分為橫斷面抗震計算方法、縱向抗震計算方法和三維有限元整體動力計算法。本文主要針對數(shù)值方法進行相關(guān)闡述。　　將場地地基土、基礎(chǔ)與結(jié)構(gòu)各個部分視為整體計算，考慮土體的非線性和非均質(zhì)性等動力特性，得到結(jié)構(gòu)和