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-結(jié)構(gòu)理論摘要：對(duì)不同地下結(jié)構(gòu)的震害特點(diǎn)和影響因素進(jìn)行分析，并對(duì)地下結(jié)構(gòu)抗震分析方法進(jìn)行分類(lèi)，最后對(duì)目前地下結(jié)構(gòu)抗震研究中的存在的問(wèn)題進(jìn)行探討。關(guān)鍵詞：地下結(jié)構(gòu)；抗震；綜述　　1引言　　地震對(duì)人們的生命財(cái)產(chǎn)安全帶來(lái)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(wèn)題得受到工程人員的日益關(guān)注。同一次地震作用，對(duì)地下結(jié)構(gòu)和地面結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)動(dòng)力反應(yīng)是不一樣的。對(duì)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(duì)于地下結(jié)構(gòu)，由于地基土對(duì)振動(dòng)變形的約束作用，地基的運(yùn)動(dòng)特性對(duì)于地下結(jié)構(gòu)的影響更大。針對(duì)此類(lèi)結(jié)構(gòu)，地基地震動(dòng)的研究意

2、義更為重要?！　?各類(lèi)地下結(jié)構(gòu)震害特點(diǎn)及影響因素　　2.1地下鐵道震害特點(diǎn)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(diǎn)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(shí)隨著地基的運(yùn)動(dòng)而運(yùn)動(dòng)”是工程人員的共識(shí)，因此地下結(jié)構(gòu)的震害報(bào)道范圍較為狹窄。而阪神地震中，地震對(duì)于地鐵車(chē)站和區(qū)間隧道產(chǎn)生不同程度的破壞，例如大開(kāi)站超過(guò)50%的中柱完全倒塌，上覆層大量沉降，最大值能達(dá)2.5m。此次震害調(diào)查的主要結(jié)果為：中柱開(kāi)裂、坍塌，頂板開(kāi)裂、坍塌，側(cè)墻開(kāi)裂等?！　≌鸷τ绊懸蛩刂饕校旱刭|(zhì)狀況優(yōu)劣的影響；地層構(gòu)造的影響；地震波對(duì)結(jié)構(gòu)造成的水平及垂直振動(dòng)的影

3、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　　2.2地下管道震害特點(diǎn)及影響因素　　地下管道的種類(lèi)繁多，歸納起來(lái)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(guò)震害調(diào)查發(fā)現(xiàn)，地下管道的破壞形式如下：（1）小直徑的管道由于截面尺寸小，易發(fā)生破壞；（2）接頭處連接不可靠，脫位現(xiàn)象嚴(yán)重；（3）地層液化導(dǎo)致管體塌落；（4）對(duì)于采用焊接工藝的鋼管，若處于液化、斷層錯(cuò)動(dòng)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(lèi)結(jié)構(gòu)在地震中，較易發(fā)生以下基本破壞類(lèi)型：（1）管道接口破壞；（2）管段破

4、壞；（3）其他連接部位的破壞。通常管道接口破壞居多，因?yàn)榻涌谔幍目拐鹉芰^為薄弱。工程中為了防范此類(lèi)破壞，常采用抗震能力較強(qiáng)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?duì)地下管道破壞原因，主要包括由場(chǎng)地破壞造成的次生破壞，以及由強(qiáng)烈的地震波傳播造成的破壞。場(chǎng)地破壞主要是大地的構(gòu)造性運(yùn)動(dòng)，比如斷層滑動(dòng)、地殼構(gòu)造性上升或沉陷等；砂土液化、土的側(cè)向移位、土體震密及土層震裂等?！　?.3地下隧道震害特點(diǎn)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

5、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(guò)廣泛的震害調(diào)查，隧道震害的主要特點(diǎn)如下：（1）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；（2）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?！　∧壳皩?duì)隧道地震作用機(jī)理研究較少，通過(guò)理論分析和數(shù)值計(jì)算進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)尚無(wú)成熟方法。隧道抗震設(shè)計(jì)，一般依據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)采取適當(dāng)?shù)目拐鸫胧┻M(jìn)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(shí)采用加固措施?！　?地下結(jié)構(gòu)抗震研究方法　　3.1原型觀測(cè)　　原型觀測(cè)主

6、要是了解實(shí)際地震作用下，地下結(jié)構(gòu)的地震動(dòng)力響應(yīng)特點(diǎn)。模型試驗(yàn)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(cè)對(duì)地下隧道結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震研究，主要方法為震害調(diào)查和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。震害調(diào)查雖然有一定的滯后性，但真實(shí)性最強(qiáng)。1995年日本阪神地震后進(jìn)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(dòng)力響應(yīng)量測(cè)困難，同時(shí)地震波的輸入機(jī)制和邊界條件控制較為困難，更無(wú)法主動(dòng)改變各種因素，因此如果要對(duì)某一現(xiàn)象進(jìn)行有目的、多角度的研究，仍得借助現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)?！　?.2模型試驗(yàn)　　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(jì)算方法不斷發(fā)展。模型試驗(yàn)對(duì)于驗(yàn)證理論計(jì)算模型的合理性，以及

7、分析土-結(jié)構(gòu)動(dòng)力相互作用的機(jī)制必不可少。通過(guò)激振實(shí)驗(yàn)（人工震源實(shí)驗(yàn)和振動(dòng)臺(tái)實(shí)驗(yàn)）研究地下結(jié)構(gòu)的響應(yīng)特性。人工震源實(shí)驗(yàn)應(yīng)用不多，主要是較難反映結(jié)構(gòu)的非線性及地基斷裂等因素對(duì)隧道結(jié)構(gòu)的影響。振動(dòng)臺(tái)實(shí)驗(yàn)則能彌補(bǔ)這方面的缺陷，但是對(duì)試驗(yàn)區(qū)域的選擇和地基特性的模擬有待進(jìn)一步研究?！　?.3理論分析　　目前，地下結(jié)構(gòu)抗震理論分析方法種類(lèi)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(duì)象的空間考慮情況，分為橫斷面抗震計(jì)算方法、縱向抗震計(jì)算方法和三維有限元整體動(dòng)力計(jì)算法。本文