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《天津大学》 2012年
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层状场地中地铁隧道对沿线地震动及其附近建筑物的影响

傅玉勇  
【摘要】:大型地下隧道的建设对沿线设计地震动影响显著,进而可能会影响到沿线既有地面建筑物的地震安全性。对该影响进行定量估计具有重要的理论意义和工程价值。本文采用有限单元法研究了层状场地中地下隧道地震反应问题,进而针对软土地区的地铁隧道,研究了地铁隧道对沿线建筑物地震反应的影响。主要成果如下: 利用动力有限元方法求解了均匀场地和层状场地中地下隧道(单个)地震反应问题。讨论了入射角度、隧洞埋深、地震波入射频率、土层刚度、土层厚度等因素对沿线地震动的影响。研究表明随着入射频率的增大,地表位移幅值逐渐变得复杂;均匀场地中地下隧道对地震波的散射与层状场地中地下隧道对地震波的散射存在本质差别;土层刚度以及土层厚度对附近地表位移幅值有着显著影响,对频谱也有着很大的影响。 利用动力有限元方法求解了层状场地中地下隧道群地震波反应问题。地下双隧洞地震反应与地下单隧洞地震反应存在很大差别。由于隧洞与隧洞之间存在相互作用,双隧洞情况场地中的波更为复杂,地表位移幅值也更为复杂。当隧洞间距与入射波波长比值大于20时,可以忽略隧洞间的相互影响,按地下单一隧洞进行计算;基岩上单一土层中的地下双隧洞对地震波的散射与均匀半空间中地下双隧洞对地震波的散射存在很大差别。 在对地面运动分析基础上,建立地铁隧道和上部建筑物整体地震反应计算模型。采用有限单元法,结合粘弹性人工边界,实现对半无限域内波动问题的精确高效求解。通过详细的参数分析,研究地铁隧道埋深、隧道间距,土层特性等因素对不同高度建筑物地震反应的影响特征。探讨其中的关键因素及各自的作用机理,对实际地铁对沿线建筑物地震反应的影响进行合理评估和定量分析。研究表明软土层中地铁隧道对附近建筑物地震反应具有显著的影响,且隧道对低层建筑物的影响相对较大。
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