黃土地區(qū)地鐵車站地震反應(yīng)特征與抗震計(jì)算方法研究.pdf

1、黃土在中國分布較廣，主要集中在地震多發(fā)的中西部地區(qū)，由于黃土具有柱狀節(jié)理、大孔隙弱膠結(jié)的特殊結(jié)構(gòu)性及對(duì)水的特殊敏感性，使得黃土地區(qū)地震災(zāi)害十分嚴(yán)重。近年來，中國中西部黃土地區(qū)地鐵工程逐漸增多，地鐵車站通常為服務(wù)型公共場(chǎng)所，人口密度大，服務(wù)設(shè)施多，人員緊急疏散耗時(shí)長(zhǎng)；在地震作用下若結(jié)構(gòu)破壞，損失非常慘重，震后修復(fù)和加固困難，費(fèi)用十分昂貴，使黃土地區(qū)地鐵車站地震反應(yīng)、抗震計(jì)算方法及安全性評(píng)價(jià)備受關(guān)注。然而，基于土-結(jié)動(dòng)力相互作用大型地震模擬

2、振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)研究黃土地區(qū)地鐵車站地震反應(yīng)規(guī)律還處于空白，能夠可靠指導(dǎo)黃土地區(qū)地鐵車站抗震設(shè)計(jì)的計(jì)算方法也處于空缺。因此，研究黃土地區(qū)地鐵車站地震反應(yīng)特征及抗震計(jì)算方法具有重要的學(xué)術(shù)意義與工程應(yīng)用價(jià)值。論文主要工作及成果如下：
　?。?）采用室內(nèi)動(dòng)三軸試驗(yàn)對(duì)重塑黃土和原狀黃土動(dòng)力特性進(jìn)行了研究。試驗(yàn)結(jié)果表明，不同試驗(yàn)條件下，重塑黃土的動(dòng)應(yīng)力與動(dòng)應(yīng)變曲線均表現(xiàn)為硬化型，動(dòng)應(yīng)力均隨動(dòng)應(yīng)變?cè)黾佣龃?；其?dòng)彈性模量隨動(dòng)應(yīng)變?cè)龃缶饾u減小，且呈

3、現(xiàn)出雙曲線的分布特征。采用非線性擬合分析，得到重塑黃土及原狀黃土的非線性動(dòng)力特征曲線。研究結(jié)果可為本文黃土場(chǎng)地地鐵車站地震模擬振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)及其數(shù)值模擬提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，也可為黃土地區(qū)地下結(jié)構(gòu)抗震的相關(guān)研究提供參考。
　?。?）首次開展了黃土場(chǎng)地條件下考慮土-結(jié)動(dòng)力相互作用的地鐵車站地震模擬振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)。在振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)相似設(shè)計(jì)中，提出了失真指數(shù)的概念和計(jì)算方法，可用于綜合評(píng)價(jià)模型試驗(yàn)中模擬失真效應(yīng)的嚴(yán)重程度，提高振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)結(jié)果的可靠性；通過室

4、內(nèi)試驗(yàn)研究了模型材料微?；炷恋牧W(xué)性能，提出了滿足動(dòng)力試驗(yàn)相似要求的微?；炷僚浜媳?；根據(jù)數(shù)值模擬結(jié)果對(duì)振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)中數(shù)據(jù)采集及傳感器布設(shè)位置進(jìn)行了優(yōu)化；基于振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)研究，得到了黃土場(chǎng)地及地鐵車站地震動(dòng)力反應(yīng)規(guī)律及震害特征。研究結(jié)果可為黃土地區(qū)地鐵車站等地下結(jié)構(gòu)的相關(guān)試驗(yàn)研究及理論分析提供可靠資料。
　?。?）基于ABAQUS有限元分析平臺(tái)，對(duì)黃土與地鐵車站動(dòng)力相互作用有限元數(shù)值模擬技術(shù)進(jìn)行了較深入研究。提出了基于《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)

5、計(jì)規(guī)范》（GB50010-2010）確定CDP模型塑性損傷因子的實(shí)用方法，并推導(dǎo)出損傷因子的計(jì)算公式；對(duì)黃土地區(qū)地鐵車站動(dòng)力響應(yīng)分析中人工邊界條件進(jìn)行了對(duì)比研究，提出了采用有限元-無限元耦合的建模方法；對(duì)黃土地基計(jì)算范圍、黃土與地鐵車站動(dòng)力接觸、單元類型與網(wǎng)格劃分、黃土場(chǎng)地初始地應(yīng)力場(chǎng)的建立及輸入地震動(dòng)等進(jìn)行了分析；最后，對(duì)黃土場(chǎng)地中地鐵車站振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)進(jìn)行數(shù)值模擬，并將數(shù)值模擬與振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比研究，驗(yàn)證了本文建立的考慮黃土與地

6、鐵車站動(dòng)力相互作用有限元數(shù)值模型的可靠性。
　?。?）建立了黃土場(chǎng)地中原型地鐵車站地震反應(yīng)有限元數(shù)值模型，得到了原型地鐵車站內(nèi)力分布、應(yīng)力反應(yīng)及結(jié)構(gòu)損傷破壞分布規(guī)律；基于原型結(jié)構(gòu)數(shù)值分析結(jié)果，提出了黃土場(chǎng)地中地鐵車站抗震設(shè)計(jì)的基本原則及增強(qiáng)地鐵車站抗震性能的具體措施；同時(shí)，對(duì)地鐵地下結(jié)構(gòu)抗震計(jì)算方法進(jìn)行了理論分析，研究了黃土地區(qū)地鐵車站抗震設(shè)計(jì)中計(jì)算參數(shù)的取值；分析了不同抗震簡(jiǎn)化計(jì)算方法在黃土地區(qū)地鐵車站抗震設(shè)計(jì)中的適用性，提出了