地层地震反应对地下结构的影响

隧道二班 谭坤（07011227）

地震对地下工程影响的一般规律
地震对地下工程的影响规律总体上有以下的特点:
1) 地下结构的振动变形受周围地基土壤的约束作用显著,结构的动力反应
一般不明显表现出自振特性的影响。
2) 地下结构的振动形态受地震波入射方向的影响很大,地震波的入射方向
发生不大的变化,地下结构各点的变形和应力可以发生较大的变化,相位差别也
十分明显。但主要应变一般与地震加速度大小的联系不很明显,随埋深发生的变
化也不很明显。
3) 地下结构地基的相互作用都对它的动力反应产生重要影响,对结构动力
反应起主要作用的因素是地基的运动特性,一般来说,结构形状的改变对动力反
应的影响相对较小,只引起量的变化。而地下结构的存在对周围地基震动的影响
一般很小(指地下结构的尺寸相对于地震波长的比例较小的情况) 。
岩体隧道震害的形式主要有裂纹、剥落、底部隆起或倾斜,破坏程度主要取
决于地震作用力方向及现场地质条件,一般发生于存在破碎带的地层中。
对于土体隧道,土体对地震的响应要明显强于岩体,所以隧道破坏的可能性
也更大。又由于土体隧道多用于城市地铁,车站较多,整体结构形式不均一,容易
产生应力集中,使破坏多集中在车站上。
1) 并行隧道距离越小, 其地震内力反应越大, 当距离小于隧道断面外径D ,
尤其是小于0. 5D 时, 抗震设计应给予足够的重视;
2) 地震引起的地基变形是影响盾构隧道地震反应的决定性因素, 因而在抗
震设计时需要合理考虑盾构隧道应承受的地基变形, 因此相对于地震系数法,
反应位移法的设计思想更为合理;
3) 相对于目前广泛采用的设计基本地震加速度, 对地铁区间隧道等地下结
构进行抗震分析及设计时采用地面峰值相对位移作为设计地震动参数更为合理。
上述结论是基于三类建筑场地条件得出的, 可供地铁盾构区间隧道等地下
结构抗震设计参考。对于其他场地条件, 还有待进一步研究。
(1) 横向剪切波激振引起的隧道变形和截面剪力主要产生在剪切波的激振
方向,激振方向剪力引起的弯矩也较大;横向剪切波引起的隧道沉降和隆起很小,
可忽略;隧道产生的最大应力基本在材料强度的允许范围内.
(2) 纵向压缩波激振导致的变形以隧道轴向的拉压变形为主,竖向沉降和隆
起也值得重视,水平面内的扭曲很小. 主要是因为水平面有周边地层的约束,隧
道上面虽有土层,但为自由表面,较水平面容易产生变形. 纵向压缩波作用下轴
力较大,轴向最大拉应力可能造成结构纵向拉伸破坏,建议增大环间纵向接头的
柔性. 此外,竖向剪力Qy 及其引起的弯矩Mx 亦不可忽视.
(3) 沿45°方向传播的剪切2压缩波激振引起的隧道响应介于横向剪切波和
纵向压缩波激振产生的响应之间,不是最不利的情况.
(4) 从控制应力的角度,应重视纵向压缩波作用下隧道的纵向拉伸和压缩应
力;从控制隧道变形、维护隧道正常运行的角度,应关注横向剪切波引起的隧道扭
曲和错动变形.
(5) 建议今后对竖向、斜向传播的行波效应进行研究,以全面考察隧道的动
力响应,同时进行近距离并行隧道地震的响应分析.

参考文献：
1．地铁盾构隧道地震反应分析 刘晶波, 李彬, 谷音 清华大学学报(自
然科学版) 2005年 第45卷 第6期
2．盾构隧道纵向地震响应分析 耿萍, 何川, 晏启祥 西南交通大学学
报 2007年6月 第42卷 第3期
3. 盾构隧道的纵向抗震分析研究 刘学山 地下空间 2003年6月 第23卷
第2期