地下结构地震反应规律和抗震设计方法研究

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1、图书分类号：P315工学博士学位论文*地下结构地震反应规律和抗震设计方法研究邹炎中国地震局工程力学研究所中国•哈尔滨二零一五年五月独创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研宄所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果，也不包含为获得中国地震局工程力学研究所或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。对本文的研宄作出重要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明并表示谢意。本人完全点识到本声明的法律贵任由本人承担。论

2、文作者签名^签字hi期：)〇!dI学位论文版权使用授权书本人完全了解中国地震/n)工程力学研宄所有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版’允许论文被查阅和借阋；本人授权中国地震局工程力学研宄所可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文和汇编本学位论文，允许被查阅和借阅。(保密的学位论文在解密后适用本授权书)论文作者签名:导师签名:签字日期：1容-宁mh.7/图书分类号：P315单位编码：85406学

3、号：2012102工学博士学位论文地下结构地震反应规律和抗震设计方法研究博士研究生：邹炎导师：景立平研究员申请学位级别：工学博士学位学科：土木工程专业：岩土工程研究方向：地下结构抗震中国地震局工程力学研究所中国·哈尔滨二零一五年五月Doctor'sDegreeThesisStudyonSeismicResponseLawsandSeismicDesignMethodsofUndergroundStructuresMasterCandidate:ZOUYanTutor:Prof.JINGLi-ping

4、Subject:CivilEngineeringSpecialty:GeotechnicalEngineeringResearchField:UndergroundStructuresInstituteofEngineeringMechanics，ChinaEarthquakeAdministrationHarbin·ChinaMay,2015摘要摘要随着城市轨道交通系统尤其是地铁的大规模建设，城市轨道交通系统的安全问题已经成为重中之重。地铁系统要在非常长时间的运行周期保证安全，就必须具有良好的抗震

5、性能。对于地下结构抗震问题，模型试验和数值计算是必不可少的两种研究手段，合理且简便的抗震设计方法是研究所要达到的目标，而地下结构周围土体材料的非线性动力本构模型是研究中的难点。本文对地下结构的地震反应规律和抗震设计方法进行了深入研究，取得了如下研究成果：1.土的本构模型根据Hardin和Drnevich提出的土体动应力-应变关系曲线以及其在非等幅往返荷载作用下的Pyke修正，结合Dafilias和Popov等人提出的边界面理论，构造了基于Hardin曲线的土体边界面本构模型，并在ADINA中利用自定

6、义材料的二次开发实现了该本构模型。2.二维有限元动力计算采用Opensees对饱和砂土场地的地震反应进行了非线性动力有限元分析，并通过改变土性、地震动幅值、持时、频率等因素后数值模拟的对比，分析了各因素对可液化场地地震反应的影响；然后对饱和砂土中带中柱箱型隧道的地震反应进行了输入不同幅值地震动时的动力计算，分析了场地和结构的加速度反应及其频谱特性、场地的永久变形、隧道的变形和位移、以及隧道的内力分布，揭示了可液化土层中箱型隧道的地震反应规律和震害机理。3.饱和砂土中地下结构地震反应振动台试验完成了饱

7、和砂土中地下结构地震反应的振动台试验，从孔压、土层加速度、土层频谱、地下结构加速度、地下结构频谱、动土压力和地下结构应变等方面分析了试验结果，并观测了宏观的试验现象，分析了饱和砂土场地以及其中埋置的地下结构的地震反应规律。4.三维有限元动力计算在Opensees计算平台中建立了穿过饱和砂土和粘土分界面箱型隧道的三维有限元模型并且进行了动力数值计算，对比分析了分界面两侧的土层和隧道的地震反应，此外亦分析了沿隧道纵向地表竖向位移、隧道变形和隧道内力的分布，揭示了饱和砂土和粘土对隧道地震反应的不同作用，探

8、索了穿过饱和砂土和粘土分界面的箱型隧道的地震反应规律和震害机理，对实际工程建设中此类隧道的抗震研究具有重要意义。5.地下结构横截面抗震设计方法详细介绍了反应位移法的原理和具体内容，以动力时程计算的结果作为参照，比较了几种地基弹簧参数取值方法计算结果的准确性；然后在反应位移法的基础I中国地震局工程力学研究所博士学位论文上提出了大震下地基弹簧参数取值的非线性修正，并对其计算结果进行了验证；最后又依据地基弹簧参数取值的非线性修正，进而提出了基于反应位移法的地下结构简化pus