摘要：隨著時代的發展，大規模的地鐵軌道交通的建設已越來越普遍，隨之也帶來了許多需要解決的工程實際問題，地鐵地下結構的抗震性能研究為其中之一。本文以地鐵地下結構為研究對象，對地下結構抗震研究的主要方法進行了總結，并對地下結構振動特性及其影響因素進行了分析。

　　關鍵詞：地下結構,抗震分析,混凝土損傷

　　引言

　　在我國，地下結構抗震方面的研究是相對滯后的。迄今為止，還沒有一部獨立的地下結構抗震設計規范，主要原因在于地下結構抗震方面基礎研究工作開展不夠，資料積累不足，對地下結構的動力反應特性和抗震設計方法等方面缺乏深入系統的研究。本文中，筆者就自己幾年的工作經驗，就地鐵地下結構抗震性能進行分析，希望與同行一起探討。

　　一、結構抗震研究方法概述

　　總結現有的地下結構抗震研究方法，主要可分為原型觀測、理論分析和模型實驗三個大的類別。

　　1、 原型觀測方法

　　原型觀測方法主要包括地震觀測和震害調查兩種途徑。地震觀測方法需要地震發生前在所觀測的地下結構內部關鍵部位及圍巖中埋設加速度計等有關測量裝置，目前，這方面的資料正在不斷地積累。

　　2理論分析方法

　　現有的地下結構抗震理論分析方法主要可分為兩類。一是波動角法，一般主要應用于地下結構抗震平面問題的研究。另一是相互作用法，此方法比較適于從整體反映地下結構的三維特性。

　　3、模型實驗方法是地下結構抗震研究的一種重要途徑.現有的模型實驗方法主要包括人工震源實驗、振動臺實驗和離心機振動臺實驗。

　　二、地下結構振動特性及其影響因素研究

　　本文通過FLAC3D數值模擬方法，對地下結構振動特性進行分析。

　　1、動土壓力及相對位移特性研究

　　以下通過數值模擬分析方法將對其進行專項研究，列舉其中一種工況模擬分析過程，如下：地下結構尺寸為7m×7m，整體模型尺寸：水平方向取60m，豎向取為28m，如圖1所示。

　　在模型底部輸入正弦剪切波加速度時程，局部放大可見接觸面設置情況，選定土壓力監側點位置，計算結果如圖2所示。

　　圖1 計算模型圖

　　圖2 左右側培中部、頂部及底部動土壓力變化規律圖

　　分析結果可得:左右側端頂端的動土壓力峰值與零點交替出現，側地的頂端和底端動土壓力相對較大，其峰值約為中部各點動土壓力峰值的20倍左右，出現了應力集中;側墻與周圍土體時而接觸，時而脫開，相比之下，側墻中部與周圍土層最大脫開距離很小。可見，地下結構底板與土層的剪切力比頂板與上鎮土層的剪切力大很多;頂板與周土的相對剪切位移要比底板的相對剪切位移略大;無論頂板、底板深度位里處，監測點距離地下結構越遠動土壓力峰值越小。

　　2、豎向地震動作用下的振動特性

　　己有震害表明，豎向地震動對于地下結構具有一定的破壞作用。以下通過數值模擬方法對其進行專項研究，計算模型及參數同上述一致。由于篇幅有限，以下進行的分析不再列舉計算結果圖示。

　　經過計算分析可得：在豎向地展動作用下，地下結構頂板、底板位置處以及土中相同深度位置處豎向應力均顯著增加，且結構頂、底板處豎向應力遠大于土中相應位置豎向應力;豎向地震動作用下，地下結構時而受到較大的豎向壓力，產生較大的豎向壓縮變形，之后又與上授土層完全脫開，出現零接觸應力狀態。

　　3、覆蓋土層厚度的影響

　　地下結構上覆土層厚度對地下結構的初始應力狀態有著重要影響，在地震荷載作用下，以地下結構側墻頂底端水平位移差為研究對象，分別設置上覆土層厚度為0. 1.4m, 2.8m, 7.0m, 14m, 21m, 28m，建立相關計算模型。

　　通過計算分析得出：隨著覆蓋土層厚度的增加，地下結構側墻頂底端水平位移差逐漸增加;當覆蓋土層厚度超過地下結構高度之后，此位移差隨覆蓋土層厚度增加呈線性增長規律，與之相對應深度處土層位移差則不隨覆蓋土層厚度增加而改變。

　　4、地下結構對周圍場地加速度反應的影響

　　類似地鐵車站地下結構的建設，往往會對周圍場地的振動特性產生一定的影響，以下通過數值模擬分析方法對地下結構存在對于地表沿線周圍場地加速度反應的影響進行專項研究。選定地表監測點位置后，進行以下項目研究分析：

　　(1) 對地表加速度時程的影響

　　計算結果得出：與自由場地表加速度時程相比，地下結構正上方及其附近加速度時程受到一定程度的影響，其峰值及頻譜特性均發生不同程度的改變;隨著水平距離的增加，影響程度逐漸減弱，當水平距離超過地下結構寬度的二倍以上時，影響程度已經很小。

　　(2)對地表水平加速度峰值的影響

　　針對由于地下結構的存在對地表水平加速度峰值的影響進行專項研究，在模型底部輸入正弦剪切加速度波，地表各監測點加速時程設定后，得出：地下結構正上方地表及其附近水平方向加速度峰值均受到一定程度的影響，比距離地下結構較遠處地表峰值加速度略小;(2)隨著埋置深度的增加，影響程度有逐漸減弱的趨勢。

　　(3)對地表豎向地震動的影響

　　對地下結構的存在對場地地表豎向地震動的影響進行專項研究，在模型底部輸入豎向加速度正弦波。得出:對于地表各監測點豎向加速度峰值，地下結構上方同較遠處相比變化不大，但其蜂值出現時間相對滯后;隨著埋置深度的增加，地表各點的豎向加速度己基本相同，地下結構的存在對其己經沒有影響。

　　結論

　　本文通過采用FLAC3D數值模擬分析方法對地下結構振動特性及其影響因索進行了較為系統的研究，并針對得出了相關結論，希望與同行共同探討，為地鐵地下結構抗震性能做出一點貢獻。

　　參考文獻

　　【1】劉晶波，李彬.地鐵地下結構抗震分析及設計中的兒個關鍵問題.土木工程學報，2006.39 (6): 106-110.