隧道工程論文 城市地鐵抗震分析 .doc

西南大學(xué)地下結(jié)構(gòu)與隧道工程課程論文 論文題目： 城市地鐵抗震分析 學(xué) 院： 工程技術(shù)學(xué)院 專 業(yè)： 土木工程 年 級(jí)： 201 級(jí) 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 22 2016年6月25日目錄【摘要】3一、研究背景3二、研究現(xiàn)狀及特點(diǎn)4三、 基本問(wèn)題及分析方法探討51研究地震波場(chǎng)輸入機(jī)制以及建立地下結(jié)構(gòu)與土體系統(tǒng)的物理力學(xué)參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)52研究地基土以及土體一結(jié)構(gòu)接觸面的動(dòng)本構(gòu)模型及參數(shù)63發(fā)展合理而實(shí)用的求解非線性邊值問(wèn)題及確定地下結(jié)構(gòu)之上地震土壓力的方法6四、地鐵地下結(jié)構(gòu)的抗震性能以及抗震設(shè)計(jì)的方法、對(duì)策及技術(shù)71抗震措施認(rèn)識(shí)72研究地下結(jié)構(gòu)抗震性能的主要途徑73實(shí)例分析84擬動(dòng)力試驗(yàn)及其抗震安全性。9五、結(jié)束語(yǔ)10主要參考文獻(xiàn)103城市地鐵抗震分析【摘要】以淺埋式地鐵車站為重點(diǎn)，簡(jiǎn)析高烈度地震環(huán)境下地鐵地下結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的五個(gè)基本研究課題及其研究現(xiàn)狀，淺議采用現(xiàn)場(chǎng)調(diào)壹、材料和結(jié)構(gòu)試驗(yàn)、動(dòng)力離心模型試驗(yàn)和數(shù)值模擬等多種手段研究上述課題的思路及可行性，強(qiáng)調(diào)研究之目的是為了發(fā)展合理而實(shí)用的抗震設(shè)計(jì)理論與方法、發(fā)展經(jīng)濟(jì)而有效的抗震對(duì)策與技術(shù)、形成一套科學(xué)而系統(tǒng)的地鐵地下結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的規(guī)范體系與條例?！娟P(guān)鍵詞】地鐵，地震，抗震設(shè)計(jì)一、研究背景 近20年來(lái)，地下空間開(kāi)發(fā)利用成為眾所關(guān)心的熱點(diǎn)，地下結(jié)構(gòu)越來(lái)越被廣泛地采用。預(yù)計(jì)在21世紀(jì)，地下結(jié)構(gòu)、地下空間開(kāi)發(fā)將得到更大的發(fā)展。在我國(guó)，地下空間、地下結(jié)構(gòu)開(kāi)發(fā)利用的潛力還很大。據(jù)統(tǒng)計(jì)，到2016年止全國(guó)地鐵項(xiàng)目將達(dá)到140個(gè)，長(zhǎng)度為4394km，其中全國(guó)已建長(zhǎng)期規(guī)劃中的地鐵項(xiàng)目達(dá)到110個(gè),長(zhǎng)度為26445 km幾條海底隧道和過(guò)江隧道也正在積極籌建中。 我國(guó)地處于歐亞大陸板塊、太平洋板塊、印度板塊和菲律賓板塊之間，地震活動(dòng)非常頻繁。1995年阪神地震中地鐵結(jié)構(gòu)的嚴(yán)重破壞給全世界人們一個(gè)警示地下結(jié)構(gòu)的抗震非常重要。所以今年來(lái)在我國(guó)地鐵抗震問(wèn)題日益受到人們的關(guān)注。 隨著地下空間的開(kāi)發(fā)，地下結(jié)構(gòu)建設(shè)規(guī)模的日益擴(kuò)大，加強(qiáng)地下結(jié)構(gòu)的抗震能力及其安全性已成為亟待解決的首要問(wèn)題。這是因?yàn)椋?)長(zhǎng)期以來(lái)，人們普遍認(rèn)為地下結(jié)構(gòu)的抗震性能較好，地震時(shí)偏于安全。但是近-十年來(lái)全球范圍內(nèi)發(fā)生的幾次強(qiáng)烈地震特別是神戶地震，地下結(jié)構(gòu)均有明顯破壞，以往的“地下結(jié)構(gòu)在地震時(shí)是安全的”這一傳統(tǒng)觀點(diǎn)受到了質(zhì)疑。2)地下工程一般采用無(wú)梁樓蓋結(jié)構(gòu)或框架結(jié)構(gòu)，根據(jù)地下結(jié)構(gòu)地震破壞的特點(diǎn)，這些結(jié)構(gòu)抗水平地層運(yùn)動(dòng)的能力較弱，因此這預(yù)示著地下結(jié)構(gòu)地震時(shí)存在易損性，有必要對(duì)現(xiàn)行的地下結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震校校。如果在設(shè)計(jì)和施工時(shí)不充分考慮地震荷載因素，一旦有強(qiáng)震發(fā)生，其后果不堪設(shè)想。3)由于地下工程擔(dān)負(fù)著重要的社會(huì)功能，其投資成本比地面結(jié)構(gòu)高得多，且建于地下，一旦有裂縫或其它變形，將會(huì)發(fā)生滲水、漏水等現(xiàn)象，嚴(yán)重影響它的使用。4)下結(jié)構(gòu)的震害現(xiàn)象不易于發(fā)現(xiàn)，檢修不便。除此之外，其他一些學(xué)者也對(duì)地鐵地下車站、區(qū)間隧道等地下結(jié)構(gòu)抗震的相關(guān)方面進(jìn)行了大量有益的探索二、研究現(xiàn)狀及特點(diǎn) 與一般的地面結(jié)構(gòu)相比，地鐵車站及隧洞等地下結(jié)構(gòu)的使用周期更長(zhǎng)，而且一旦發(fā)生破壞，除了破壞隱蔽和修復(fù)困難外，所帶來(lái)的直接和間接損失也遠(yuǎn)大于一般的地面結(jié)構(gòu)。因此對(duì)地鐵地下結(jié)構(gòu)的設(shè)防水準(zhǔn)以及抗震分析與設(shè)計(jì)方法理應(yīng)有更高的要求。但是，與地面結(jié)構(gòu)豐富的震害記錄相比，地下結(jié)構(gòu)在歷次地震中的震害記錄較少、程度較輕，人們逐漸形成了這樣一種觀點(diǎn)，即地下結(jié)構(gòu)在地震作用下所受破壞程度遠(yuǎn)比地面結(jié)構(gòu)輕，而且認(rèn)為地鐵地下結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)與基巖輸入加速度峰值關(guān)系很小，地下結(jié)構(gòu)在地震作用下破壞的可能性不大，對(duì)地下結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)也只是仿照地面結(jié)構(gòu)的做法。譬如，將水平地震作用模擬為按一定形式分布的慣性力荷載作用于結(jié)構(gòu)之上，或者采用地基的靜力剛度代替動(dòng)力剛度來(lái)計(jì)算地下結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)。又如，在確定地震土壓力荷載時(shí)，常用的方法有兩種，一是根據(jù)地震烈度對(duì)土體的內(nèi)摩擦角進(jìn)行折減，二是采用物部一岡部擬靜力地震土壓力公式進(jìn)行計(jì)算，這種設(shè)計(jì)方法具有明顯的局限性。還有些專家認(rèn)為，地鐵地下結(jié)構(gòu)可以不考慮抗震設(shè)計(jì)問(wèn)題。 實(shí)際上，地下結(jié)構(gòu)一土體系統(tǒng)的震動(dòng)災(zāi)變動(dòng)力學(xué)行為是極其復(fù)雜的。在高烈度地震環(huán)境下結(jié)構(gòu)與土材料均可能呈現(xiàn)出明顯的非線性、彈塑性或者塑性性態(tài)：結(jié)構(gòu)和土體之間的接觸面處還可能出現(xiàn)局部脫開(kāi)、滑動(dòng)、錯(cuò)位、張閉等非連續(xù)變形現(xiàn)象；地下結(jié)構(gòu)一土體系統(tǒng)的動(dòng)力相互作用的過(guò)程多是強(qiáng)非線性的、三維的、速率效應(yīng)和循環(huán)效應(yīng)影響均很突出的，并伴隨有結(jié)構(gòu)材料、特別是土材料本身的物理力學(xué)性質(zhì)的弱化；地下結(jié)構(gòu)一土體系統(tǒng)的破壞通常是漸進(jìn)性的、局部化的，相互關(guān)聯(lián)的。所以，高烈度地震條件下地下結(jié)構(gòu)與土體系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)行為的評(píng)價(jià)與災(zāi)變預(yù)測(cè)，需要合理地考慮材料非線性、幾何非線性、彈塑性、接觸面、局部不連續(xù)、漸進(jìn)破壞等現(xiàn)象。 經(jīng)過(guò)近幾十年的努力，有關(guān)上述問(wèn)題的理論和應(yīng)用研究已經(jīng)取得了非常大的進(jìn)展”。J。但是，由于問(wèn)題本身的極其復(fù)雜性，特別是強(qiáng)烈地震環(huán)境下地下結(jié)構(gòu)一土體系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)行為及其災(zāi)變過(guò)程評(píng)價(jià)的理論及方法離能夠真實(shí)地模擬工程實(shí)際，還有相當(dāng)一段路要走。目前對(duì)已有的理論及方法的驗(yàn)證，還主要依靠災(zāi)后的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查、數(shù)值模擬以及十分簡(jiǎn)化的模型試驗(yàn)。對(duì)復(fù)雜的土體一地鐵地下結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)行為、過(guò)程和后果的預(yù)測(cè)與評(píng)價(jià)，還遠(yuǎn)不能滿足工程建設(shè)的迫切需要。3、 基本問(wèn)題及分析方法探討 為了提高我國(guó)在該領(lǐng)域的科技水乎，需要緊密結(jié)合我國(guó)地鐵地下結(jié)構(gòu)工程中出現(xiàn)的科學(xué)技術(shù)問(wèn)題，展開(kāi)從基礎(chǔ)、應(yīng)用基礎(chǔ)到實(shí)用技術(shù)的研究工作。具體地說(shuō)，需要以我國(guó)大城市地鐵工程為背景，以強(qiáng)震時(shí)易于受損的淺埋式大空間的地鐵車站為重點(diǎn)，一方面對(duì)地鐵地下結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)方法及其理論基礎(chǔ)進(jìn)行深入而系統(tǒng)的研究，另一方面在深入認(rèn)識(shí)地下結(jié)構(gòu)物一土體系統(tǒng)震動(dòng)災(zāi)變動(dòng)力學(xué)規(guī)律的基礎(chǔ)之上發(fā)展經(jīng)濟(jì)而有效的抗震技術(shù)與工程措施，著重研究地鐵地下結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)中迫切需要船決的五個(gè)關(guān)鍵性科學(xué)技術(shù)問(wèn)題：1)地震波場(chǎng)輸入機(jī)制以及土體與地下結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的物理力學(xué)參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)；2)土與結(jié)構(gòu)材料的動(dòng)本構(gòu)模型、土體結(jié)構(gòu)接觸面的動(dòng)本構(gòu)模型以及模型參數(shù)；3)可考慮非線性及大變形的動(dòng)力分析模型，包括遠(yuǎn)場(chǎng)與近場(chǎng)的描述、無(wú)限地基的模擬；4)求解非線性邊值問(wèn)題以及確定地下結(jié)構(gòu)之上地震土壓力的方法； 1研究地震波場(chǎng)輸入機(jī)制以及建立地下結(jié)構(gòu)與土體系統(tǒng)的物理力學(xué)參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)地下結(jié)構(gòu)一土體系統(tǒng)的地震反應(yīng)分析，通常需要先進(jìn)行靜力分析，計(jì)算出地震以前整個(gè)系統(tǒng)的靜應(yīng)力場(chǎng)；然后再進(jìn)行動(dòng)力分析，計(jì)算出由于地震動(dòng)引起的動(dòng)應(yīng)力場(chǎng)。這樣，地震過(guò)程中任一時(shí)刻總的應(yīng)力場(chǎng)是由地震以前的靜應(yīng)力場(chǎng)和地震中的動(dòng)應(yīng)力場(chǎng)疊加而成的。所以，土體的初始物理力學(xué)狀態(tài)及其與結(jié)構(gòu)物的接觸方式對(duì)地下結(jié)構(gòu)一土體系統(tǒng)的動(dòng)力反應(yīng)影響非常大。目前已有的研究大多都集中于地下結(jié)構(gòu)一土體系統(tǒng)的動(dòng)力分析模型和求解方法以及地震波場(chǎng)的輸入機(jī)制。土體多被簡(jiǎn)化為彈性或者粘彈性介質(zhì)。由于地鐵地下結(jié)構(gòu)周圍的土介質(zhì)本身的物理力學(xué)性質(zhì)極其復(fù)雜，具有碎散性、多相性、特別天然性(以及由此引起的結(jié)構(gòu)性、非均勻性、各向異性以及時(shí)空分布變異性)，土層中地下水的分布十分復(fù)雜”，加之震動(dòng)孔隙水壓力的影響“，導(dǎo)致了結(jié)構(gòu)物與土體所構(gòu)成的系統(tǒng)在地震激勵(lì)下的動(dòng)力學(xué)行為也干差萬(wàn)別。因而，合理地評(píng)價(jià)地鐵沿線場(chǎng)地的工程地質(zhì)條件、合理地確定土體與地下結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的原位起始物理力學(xué)狀態(tài)及其參數(shù)是至關(guān)重要的?？梢酝ㄟ^(guò)對(duì)地鐵沿線場(chǎng)地的典型工程地質(zhì)條件深入細(xì)致的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，通過(guò)對(duì)有代表性的現(xiàn)場(chǎng)土層進(jìn)行試驗(yàn)研究，特別是通過(guò)對(duì)已有勘測(cè)試驗(yàn)資料的整理分析，在此基礎(chǔ)上采用先進(jìn)的工具和手段(譬如GIS信息系統(tǒng)平臺(tái)及技術(shù))，建立服務(wù)于地鐵設(shè)計(jì)的場(chǎng)地土層物理力學(xué)參數(shù)及地震動(dòng)參數(shù)的數(shù)據(jù)庫(kù)。 2研究地基土以及土體一結(jié)構(gòu)接觸面的動(dòng)本構(gòu)模型及參數(shù) 目前研究土與結(jié)構(gòu)接觸面動(dòng)力學(xué)特性的主要途徑有三種：其一是將接觸面與土體視為一體，構(gòu)成所謂的阻抗函數(shù)問(wèn)題(也稱作地基動(dòng)力剛度問(wèn)題)，通過(guò)理論推導(dǎo)或者數(shù)值計(jì)算求解地基的動(dòng)力剛度或者阻抗，由此可得出接觸面處的力和位移之間的關(guān)系；其二是提出了多種接觸模型及分析方法。例如Penalty方法和Hybrid方法、動(dòng)接觸力模型以及節(jié)理單元等；其三是在接觸面力學(xué)特性試驗(yàn)基礎(chǔ)上直接建立接觸面動(dòng)本構(gòu)關(guān)系。需要指出，地基的阻抗是頻率相關(guān)的復(fù)函數(shù)，其實(shí)部為動(dòng)力剛度、反映了地基士的剛度和慣性，其虛部是阻尼。阻抗函數(shù)問(wèn)題研究的歷史溯源于Iamb(1904)對(duì)點(diǎn)荷載作用下彈性地基振動(dòng)問(wèn)題的分析。此后的40多年來(lái)，對(duì)剛性基礎(chǔ)板的各類振動(dòng)問(wèn)題進(jìn)行了廣泛的研究，但基本上都將士體視為彈性體或者粘彈性體。通過(guò)接觸面動(dòng)力學(xué)特性試驗(yàn)來(lái)再現(xiàn)和研究土體一結(jié)構(gòu)接觸面非線性動(dòng)力學(xué)特性規(guī)律，是一個(gè)十分有效的途徑。在試驗(yàn)基礎(chǔ)上進(jìn)行接觸面動(dòng)本構(gòu)關(guān)系的數(shù)學(xué)描述方面，目前主要有三種方法：1)直接根據(jù)試驗(yàn)成果或者對(duì)結(jié)果進(jìn)行一些修正，提出描述接觸面力學(xué)特性的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系；2)根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果修正已有的土動(dòng)本構(gòu)模型，以用于描述接觸面動(dòng)力學(xué)特性；3)在試驗(yàn)及機(jī)理分析的基礎(chǔ)上，直接建立接觸面動(dòng)力特性的本梅模型。已有的接觸面動(dòng)本構(gòu)關(guān)系的研究大都集中在描述其剪切特性上，但是接觸面試驗(yàn)成果表明，合理的描述應(yīng)該系統(tǒng)地考慮切向應(yīng)力應(yīng)變和法向應(yīng)力應(yīng)變及其耦合特性。 3發(fā)展合理而實(shí)用的求解非線性邊值問(wèn)題及確定地下結(jié)構(gòu)之上地震土壓力的方法 目前已經(jīng)發(fā)展了多種求解結(jié)構(gòu)一土體系統(tǒng)動(dòng)力相互作用問(wèn)題的方法”。J，按求解域劃分，有頻域法和時(shí)域法，前者適用于線性問(wèn)題，后者既適用于線性問(wèn)題(模態(tài)綜合)，也適用于非線性問(wèn)題(逐步積分)；按求解方法劃分，則有解析法，數(shù)值法，雜交法和集中質(zhì)量法。數(shù)值法適用性強(qiáng)，得到了廣泛應(yīng)用，包括有限元法(FEM)，邊界元法(BEM)，有限差分法(FDM)，離散元法(DEM)，嫁接法(Cloning Method)。雜交法是將兩種或兩種以上不同的方法耦合起來(lái)的求解方法，由于其取各方法之所長(zhǎng)而應(yīng)用廣泛。耦合的方式包括解析法與數(shù)值法；近場(chǎng)用有限元，遠(yuǎn)場(chǎng)用邊界元、無(wú)窮元、邊界阻抗和半解析法和有限條法(在結(jié)構(gòu)物或者介質(zhì)的一個(gè)方向采用數(shù)值法，另一個(gè)或兩個(gè)方向上采用解析法)等。集中質(zhì)量法是將研究對(duì)象等效為質(zhì)量一彈簧一阻尼系統(tǒng)的一種分析方法。已得到廣泛應(yīng)用。總的說(shuō)來(lái)，近年來(lái)雜交數(shù)值模型發(fā)展很快，線性小變形動(dòng)力相互作用問(wèn)題的求解方法已達(dá)到相當(dāng)高的水平，但非線性大變形問(wèn)題卻有很多問(wèn)題尚待解決。解析法多是針對(duì)基礎(chǔ)振動(dòng)問(wèn)題和地下結(jié)構(gòu)物的動(dòng)力反應(yīng)分析提出的，能解決的問(wèn)題十分有限，但與其它數(shù)值方法相耦合，仍能發(fā)揮重要的作用。有限元法、子結(jié)構(gòu)法和集中質(zhì)量法相對(duì)已比較成熟，應(yīng)用也十分廣泛。同濟(jì)大學(xué)周健教授采用有限單元法對(duì)上海地鐵車站的震動(dòng)響應(yīng)作了十分深入的研究”J。在已有研究工作基礎(chǔ)上，尚需針對(duì)地鐵車站和區(qū)問(wèn)隧道的具體特點(diǎn)，一方面改進(jìn)和發(fā)展物理概念正確、數(shù)學(xué)模型嚴(yán)密、計(jì)算方法可靠的高精度的分析方法，另一方面還需注意發(fā)展計(jì)算模型簡(jiǎn)單、參數(shù)便于確定、易為工程師所接受的實(shí)用性強(qiáng)的分析方法，以滿足具有不同抗震設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)及要求的動(dòng)力相互作用分析的實(shí)際需要。四、地鐵地下結(jié)構(gòu)的抗震性能以及抗震設(shè)計(jì)的方法、對(duì)策及技術(shù) 1抗震措施認(rèn)識(shí) 目前我國(guó)對(duì)趣鐵車站及區(qū)聞隧遂等她下結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)采用的抗震構(gòu)造措施還缺乏統(tǒng)一認(rèn)識(shí)。一種觀點(diǎn)認(rèn)為單建的地下結(jié)構(gòu)由于受到地層的約束，地震時(shí)構(gòu)件不大可能出現(xiàn)交變內(nèi)力，無(wú)須特別考慮抗震構(gòu)造措施；當(dāng)?shù)叵陆Y(jié)構(gòu)與地面建、構(gòu)筑物合建時(shí)，才需按地面結(jié)構(gòu)的抗震要求考慮構(gòu)造措施。另一種觀點(diǎn)認(rèn)為基本可以照搬地面民用建筑結(jié)構(gòu)的要求，例如，抗震設(shè)防烈度位7度城市，按8度采取相應(yīng)構(gòu)造措施，并將抗震等級(jí)提高一級(jí)。比較看來(lái)，這兩種觀點(diǎn)都有一定的片面性，前者完全忽視了地震對(duì)單建地下結(jié)構(gòu)可能造成的破壞；后者又完全把地下結(jié)構(gòu)等同予選上結(jié)構(gòu)。實(shí)際上應(yīng)該區(qū)別不同的圍巖條件和施工方法，根據(jù)地下結(jié)構(gòu)在地震作用下的受力和破壞 2研究地下結(jié)構(gòu)抗震性能的主要途徑 原型觀測(cè)(包括現(xiàn)場(chǎng)震害調(diào)查和足尺試驗(yàn))、構(gòu)件試驗(yàn)、模型試驗(yàn)(主要是動(dòng)力離心模型試驗(yàn))和數(shù)值模擬。由于地震作用具有隨機(jī)性、難以預(yù)測(cè)性以及結(jié)構(gòu)物和周圍土體及其所構(gòu)成系統(tǒng)本身的極其復(fù)雜性，目前還設(shè)有哪一種手段能夠完全的對(duì)地下結(jié)構(gòu)動(dòng)力反應(yīng)進(jìn)行全面而真實(shí)的解釋和模擬。一般通過(guò)原型觀測(cè)和模型試驗(yàn)結(jié)果來(lái)部分的或定性的再現(xiàn)實(shí)際現(xiàn)象、解釋物理機(jī)制、推斷變化過(guò)程、總結(jié)特性規(guī)律和分析災(zāi)變后果；在此基礎(chǔ)上建立合理的能夠反映實(shí)際動(dòng)力相互作用規(guī)律的數(shù)理分析模型。發(fā)展相應(yīng)的數(shù)值分析方法；再通過(guò)模型試驗(yàn)和原型觀測(cè)結(jié)果加以驗(yàn)證。然后對(duì)不同抗震設(shè)計(jì)方案進(jìn)行計(jì)算分析，盡可能地再現(xiàn)和模擬其實(shí)際的動(dòng)力反應(yīng)，研究其抗震性能，提出相應(yīng)的抗震對(duì)策。這是研究和評(píng)價(jià)地下結(jié)構(gòu)抗震性能的較為合理的途徑。所以，應(yīng)該基于震害調(diào)查資料的分析、地鐵車站中的中柱及柱端節(jié)點(diǎn)的擬動(dòng)力試驗(yàn)、地鐵車站及區(qū)間隧道與周圍土體系統(tǒng)的動(dòng)力離心模型試驗(yàn)和數(shù)值模擬，來(lái)綜合研究地下結(jié)構(gòu)的抗震性能。3實(shí)例分析 1995年日本阪神地震對(duì)地鐵車站及區(qū)間隧道的破壞引起了土木工程界的廣泛重視。神戶市內(nèi)有兩條地鐵線路，分別長(zhǎng)為76km和227km，共有18座地鐵車站。震害調(diào)查表明，其中有5座車站受到明顯的破壞。它們大都位于烈度為7度的地區(qū)，建造時(shí)均采用了明挖法，斷面結(jié)構(gòu)形式為有中柱的多層或單層涵箱型板柱框架結(jié)構(gòu)體系，原設(shè)計(jì)中沒(méi)有考慮地震因索；車站的破壞主要發(fā)生在中柱上，出現(xiàn)不少裂縫、混凝土剝落、鋼筋彎曲外露、甚至有不少柱整體被壓垮；側(cè)墻、頂板也受到不同程度的損害，且其損害程度與中柱密切相關(guān)；當(dāng)中柱破壞較為嚴(yán)重時(shí)，側(cè)墻和頂板就會(huì)出現(xiàn)很多裂縫，以至坍塌、斷裂等。區(qū)間隧道的破壞形式主要是裂縫，其中多為側(cè)墻中部的軸向彎曲裂縫；在接頭處也有損害，表現(xiàn)為混凝土剝落、鋼筋外露以及出現(xiàn)豎向裂縫。在破壞較嚴(yán)重處，中柱的上下兩端也有損壞。有的車站的受害程度甚至超過(guò)了地面建筑物的破壞。地鐵車站的震害說(shuō)明，為了確保地鐵結(jié)構(gòu)的抗震安全性，在抗震設(shè)計(jì)中不僅要能正確地計(jì)算作用于地鐵結(jié)構(gòu)的外力及各種應(yīng)力及其分布，也要合理地設(shè)計(jì)好結(jié)構(gòu)本身。從我國(guó)及北京地區(qū)的地鐵車站的結(jié)構(gòu)形式來(lái)看，目前普遍采用的是多層或單層板柱框架結(jié)構(gòu)體系，與阪神地震中發(fā)生嚴(yán)重破壞的神戶地鐵車站的結(jié)構(gòu)形式相同。所以有必要對(duì)此類結(jié)構(gòu)的抗震性能進(jìn)行深入的探討。 阪神地震對(duì)地下車站的破壞 4擬動(dòng)力試驗(yàn)及其抗震安全性。 土工動(dòng)力離心模型試驗(yàn)是研究地鐵車站及區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)與土體所構(gòu)成系統(tǒng)抗震性能的一個(gè)有力工具。土工動(dòng)力離心模型試驗(yàn)技術(shù)最突出的優(yōu)點(diǎn)在于：能夠使模型與原型的應(yīng)力應(yīng)變相等、變形相似、破壞機(jī)理相同，從而得到十分廣泛的應(yīng)用，成為當(dāng)前研究地下結(jié)構(gòu)動(dòng)力模型試驗(yàn)的主流。目前，動(dòng)力離心模型試驗(yàn)技術(shù)在再現(xiàn)動(dòng)力響應(yīng)、觀測(cè)物理機(jī)制、揭示客觀規(guī)律、發(fā)展理論模型、檢驗(yàn)評(píng)價(jià)方法以及對(duì)比設(shè)計(jì)方案等方面已經(jīng)發(fā)揮出突出的優(yōu)越性，被譽(yù)為土工結(jié)構(gòu)研究進(jìn)程中的一個(gè)“里程碑” 數(shù)值模擬與物理模擬相結(jié)合是研究地下結(jié)構(gòu)與土體系統(tǒng)抗震性能的一個(gè)有效途徑。地下結(jié)構(gòu)與土體系統(tǒng)地震反應(yīng)問(wèn)題的分析理論及方法幾乎不可能通過(guò)實(shí)際地震現(xiàn)場(chǎng)來(lái)驗(yàn)證，采用土工動(dòng)力離心模型試驗(yàn)結(jié)果來(lái)驗(yàn)證動(dòng)力分析的理論及方法是目前最為有效的途徑。如前所述，可首先采用動(dòng)力離心模型試驗(yàn)技術(shù)模擬較為簡(jiǎn)單且典型的地鐵車站或區(qū)間隧道與土體系統(tǒng)的地震響應(yīng)，然后再采用數(shù)值分析對(duì)該系統(tǒng)震動(dòng)響應(yīng)的全過(guò)程進(jìn)行模擬，并對(duì)比實(shí)測(cè)和計(jì)算的結(jié)果。當(dāng)兩者比較接近時(shí)，在一定程度上說(shuō)明數(shù)值分析方法是有效的。這樣，可進(jìn)一步采用該數(shù)值分析方法來(lái)計(jì)算各種典型的原型地鐵車站及區(qū)間隧道在各種較為復(fù)雜土層及地震波場(chǎng)輸人條件下的動(dòng)力響應(yīng)及災(zāi)變動(dòng)力學(xué)行為，研究不同施工條件(明挖法、盾構(gòu)施工、TBM施工及礦山法暗挖施工)下典型地鐵區(qū)間隧道的地震響應(yīng)及抗震性能，研究典型地鐵車站抗震性能的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，模擬和評(píng)價(jià)抗震對(duì)策的合理性及有效性，最終提出合理、實(shí)用和科學(xué)的地鐵車站及區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的理論與方法，發(fā)展相應(yīng)的人機(jī)對(duì)話功能強(qiáng)的抗震設(shè)計(jì)軟件。 在對(duì)地鐵地下結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)和抗震性能深入研究的基礎(chǔ)上，采用性能設(shè)計(jì)的基本思想和原理，研究和發(fā)展一個(gè)系統(tǒng)、合理、實(shí)用的地鐵地下結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的理論和方法。所謂性能設(shè)計(jì)是90年代結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)領(lǐng)域中一個(gè)帶有革命性的新進(jìn)展。它是將以保障人民的生命安全為基本目標(biāo)的抗震設(shè)計(jì)，轉(zhuǎn)變?yōu)樵诓煌L(fēng)險(xiǎn)水平的地震作用下滿足運(yùn)用可靠性等不同性能目標(biāo)的抗震設(shè)計(jì)，使其更趨合理。傳統(tǒng)的以力系分析為基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)將轉(zhuǎn)向以變形、耗能、損傷分析為基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)，從基于線性分析和確定性分析的設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向以非線性分析、非確定性分析和以可靠性分析為基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)。性能設(shè)計(jì)的基本思想和原理同樣也適用于地鐵地下結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)。首先需要發(fā)展與性能設(shè)計(jì)相協(xié)調(diào)的地鐵地下結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的方法，其次需要進(jìn)一步研究地鐵地下結(jié)構(gòu)的抗震安全的性能目標(biāo)及定量化評(píng)價(jià)指標(biāo)體系、非線性災(zāi)變動(dòng)力學(xué)行為的非確定性分析理論與方法以及不同地震風(fēng)險(xiǎn)水平下抗震性能的評(píng)價(jià)方法。五、結(jié)束語(yǔ)地鐵地下結(jié)構(gòu)是重要的生命線工程，造價(jià)高，使用周期長(zhǎng)，一旦發(fā)生破壞，修復(fù)困難，直接和間接經(jīng)濟(jì)損失巨大。目前我國(guó)地鐵建設(shè)已經(jīng)進(jìn)入高潮，其中很多地鐵工程建設(shè)在高烈度地區(qū)，同時(shí)我國(guó)缺少完善的地鐵地下結(jié)構(gòu)抗震分析方法和有效的抗震構(gòu)造措施，因兩開(kāi)展深入系統(tǒng)的理論