土-地下結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)一旦遭受地震破壞，將會給地震應(yīng)急和震后修復(fù)工作帶來極大的困難，出于城市防災(zāi)減災(zāi)的要求，對城市地鐵地下結(jié)構(gòu)的抗震性能及其抗震設(shè)計方法的研究越來越受到人們的重視。由于地鐵地下結(jié)構(gòu)完全埋于土中，在強(qiáng)地震發(fā)生時，土體的大變形是導(dǎo)致地鐵地下結(jié)構(gòu)破壞的主要因素，因此，土體的非線性動力特性和土－地下結(jié)構(gòu)非線性動力相互作用是研究該問題的主要研究內(nèi)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(yīng)進(jìn)行分析，在此研究基礎(chǔ)上進(jìn)行深厚軟弱場地上土－地鐵地下結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的震害成災(zāi)機(jī)理及其非線性地震反應(yīng)規(guī)律，為地鐵地下結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計和簡化抗震計算方法提供合理的建議和可靠的指導(dǎo)。論文的主要工作如下： 1．基于拋物線內(nèi)插法，推導(dǎo)了計算地震動反應(yīng)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(jié)果對比分析，驗證了本文提出的反應(yīng)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(jìn)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(yīng)變幅的關(guān)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(chǔ)上建立了土體的非線性粘彈性動力本構(gòu)模型和基于廣義塑性力學(xué)的記憶型多屈服面的粘塑性動力本構(gòu)模型及其模型算法； 3．開發(fā)了成層場地非線性地震反應(yīng)的時域分析程序和基于ABAQUS軟件的土體非線性動力本構(gòu)關(guān)系的子程序，采用不同的土體動力本構(gòu)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(yīng)規(guī)律，驗證了本文建立的土體非線性動力本構(gòu)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(jié)構(gòu)非線性動力相互作用的有限元建模方法、計算方法及其關(guān)鍵問題的處理技術(shù)，探索了1995年日本阪神地震中大開地鐵車站震害的成災(zāi)機(jī)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的非線性地震反應(yīng)規(guī)律，對地鐵區(qū)間隧道和地鐵車站結(jié)構(gòu)的水平位移、加速度和動內(nèi)力反應(yīng)進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，提出了在深厚軟弱地基上地鐵地下結(jié)構(gòu)的抗震優(yōu)化設(shè)計建議，同時，研究了地鐵地下結(jié)構(gòu)的建設(shè)對周圍場地地震反應(yīng)的影響規(guī)律； 6．基于上述對地鐵地下結(jié)構(gòu)非線性地震反應(yīng)規(guī)律的研究，提出了含有可液化土層的深厚場地上土－地