土-地下結構非線性動力相互作用及其大型振動臺試驗研究.pdf

1、地鐵是未來解決城市交通擁擠問題的主要途徑，已有的震害表明，地鐵地下結構一旦遭受地震破壞，將會給地震應急和震后修復工作帶來極大的困難，出于城市防災減災的要求，對城市地鐵地下結構的抗震性能及其抗震設計方法的研究越來越受到人們的重視。由于地鐵地下結構完全埋于土中，在強地震發(fā)生時，土體的大變形是導致地鐵地下結構破壞的主要因素，因此，土體的非線性動力特性和土－地下結構非線性動力相互作用是研究該問題的主要研究內容。 本文的研究旨在通過對新近

2、沉積土的動力特性及其非線性地震反應進行分析，在此研究基礎上進行深厚軟弱場地上土－地鐵地下結構非線性動力相互作用的數(shù)值模擬和大型振動臺模型試驗，探索地鐵地下結構的震害成災機理及其非線性地震反應規(guī)律，為地鐵地下結構的優(yōu)化設計和簡化抗震計算方法提供合理的建議和可靠的指導。論文的主要工作如下： 1．基于拋物線內插法，推導了計算地震動反應譜的連鎖計算公式，通過與常用的精確法和解析方法的計算結果對比分析，驗證了本文提出的反應譜計算方法比精確

3、法有更高的計算精度； 2．對新近沉積土的動力參數(shù)進行了試驗研究，給出了新近沉積土的動剪切模量比和阻尼比與剪應變幅的關系，同時，給出了新近沉積土的最大剪切模量的經(jīng)驗計算公式，在此基礎上建立了土體的非線性粘彈性動力本構模型和基于廣義塑性力學的記憶型多屈服面的粘塑性動力本構模型及其模型算法； 3．開發(fā)了成層場地非線性地震反應的時域分析程序和基于ABAQUS軟件的土體非線性動力本構關系的子程序，采用不同的土體動力本構模型，對比分

4、析了含有新近沉積土的深厚軟弱場地非線性地震反應規(guī)律，驗證了本文建立的土體非線性動力本構模型和開發(fā)的場地時域非線性分析程序的可行性； 4．基于ABAQUS軟件，研究了土－地下結構非線性動力相互作用的有限元建模方法、計算方法及其關鍵問題的處理技術，探索了1995年日本阪神地震中大開地鐵車站震害的成災機理，合理地解釋了大開地鐵車站的主要震害現(xiàn)象，同時，通過該算例也驗證了本文建立的土－地下結構非線性動力相互作用分析模型和計算方法的可靠性

5、； 5．基于本文建立的土－地下結構非線性動力相互作用的分析模型和計算方法，研究了深厚軟弱場地上地鐵區(qū)間隧道和地鐵車站結構的非線性地震反應規(guī)律，對地鐵區(qū)間隧道和地鐵車站結構的水平位移、加速度和動內力反應進行了系統(tǒng)的研究，提出了在深厚軟弱地基上地鐵地下結構的抗震優(yōu)化設計建議，同時，研究了地鐵地下結構的建設對周圍場地地震反應的影響規(guī)律； 6．基于上述對地鐵地下結構非線性地震反應規(guī)律的研究，提出了含有可液化土層的深厚場地上土－地