维普资讯 http://www.cqvip.com ＰＡＲＴＴＷＥＬＶＥ：科学艰寮 杨书燕（中国京冶工程技术有限公司北京１０００８８） 李叶根（中铁四局集团建筑工程有限公司合肥２３００２２） 隧道对地上建筑物地震 反应影响的研究 【｜ｌｌ要ｌ为了研究隧道对地上建筑物地震反应的影响，构建了结构一基础一土一隧道体系动力相互作用的 非线性完全有限元计算模型，对筏片基础、桩筏基础相互作用体系进行了时域内数值分析。 【荚．＿｝词】隧道地上建筑物地震 １ 引１－｜ 量的地下停车场和商场。对于这些地下结构附近的地上建 筑物而言，地震作用下的动力特性必将受到影响。 一些学者预言：２１世纪将是人类开发利用地下空间的 近年来，国内外研究者对土与地下结构的相互作用地 新世纪【１ｌ。由于各国城市的加速建设，地上土地资源已极其 震反应研究较多 ，但对地下结构与地上建筑物的相互作 有限甚至没有余地。目前，地下空间已开始作为一种重要 用反应研究较少。因此，研究地下隧道结构与上部建筑物 的自然资源被利用，如城市地铁、穿越山岭的隧道、地下输 的地震反应特性具有重要的理论意义和实用价值。为此本 线及军事上的人防工程等（２１。天津市对海河两岸进行 文构建了结构一基础一土一隧道体系动力相互作用的弹 城市开发的规划中，地下空间也将被充分开发用来兴建大 塑性整体有限元模型，并把其上部结构的地震反应与无隧 道情况下±体一结构相互作用体系的地震反应进行了对 收稿日期：２００７－０３－０１ 比研究。 正为企业服务。 机遇。我们在港口生产建设中积极举荐年轻的科技人员担 —梁，要“全心”。及时掌握广大科技人员在成长方向、生活状 况、价值观等方面出现的新变化，及时把广大科技人员的 我们针对科技工作者的需求展开的调研显示，科协工 负重任，几年来，他们主持完成了多项电力工程，在实 作要做到：一是搭建企业党政领导与科技人员之间的桥 践中激发了科技人员的工作主动性，使他们增长了才干， 同时我们为企业技术进步提供了人才保证。科协组织在港 口电力事业的蓬勃发展中，引导广大科技工作者积极投身 意见建议和诉求反映上来，在企业领导和科技人员之间建 于科技创新，为科技工作者开展各类创新活动提供了强有 立通畅的双向沟通渠道，使领导同科技人员的关系更加密 力的支持。 切、更加和谐。二是对广大科技人员服务要有“诚心”。尊重 企业科协的根本任务是围绕企业的中心工作，为企业 科技人员的主体地位，依靠科技人员办好科协，把科技工 的技术进步和企业的科技工作者服务。创新、发展把科协 作者是否满意作为衡量科协工作的主要标准。三是举荐科 组织推向新的历史潮流，为了适应创新潮流，面对创新新 技人才要“用心“。企业要加强对科技人员培养、举荐、吸 形势，面对知识经济新时代，企业科协应当把企业技术进 引、使用和凝聚，促进人才脱颖而出。 步和技术创新贯穿于“讲、比”活动之中，注重以人为本，密 公司科协组织就结合科技人员的这些需求开展了一 切与科技工作者的联系，切实履行“桥梁”、“纽带”作用。只 些工作。 。 有这样才能提升科协工作水平，不断开拓进取，转变观念， 电力公司属技术密集型企业，人才聚集，为此我们以 开创科协工作新局面。科协的生命力在于能为促进企业科 调动科技人员的积极性、创造性，推动企业技术进步为己 技进步服务，企业兴旺发达，科协才能发展壮大。■ 任。科技人员希望有施展才华的广阔舞台，有成长成才的 ８９ 维普资讯 http://www.cqvip.com ｍＮｃｍ ．ｒｍｏ工Ｚ０Ｌ００、ｒ 睬 州 ２动力分析横型与计算方法 ２ ｍ 单层箱形基础，层高为４ ｒｒ＇ｔ。土体左右两侧边界均取 到距建筑物５０ ｍ，深度取到２巨地表４２ ｍ处的假想基岩表 框架结构的钢筋混凝土构件采用整体式模型 即将钢 面。隧道高６ ｍ，隧道顶面距地面４ ｍ，壁厚均为０．９ ｍ。图 筋分布于整个单元中，采用服从Ｖｏｎ Ｍｉｓｅｓ屈服的双线性 １给出了隧道宽为１ ２ ｍ时筱基和箱基体系的计算模型。 等向硬化模型模拟。土体仍采用ＤＰ弹塑性本构模型，其 表１分层土地质参数 表达式为： 弹性模量 泊松比 密度 粘聚力 摩擦角 剪切波速 厚度 ，＝√ ＋ 一Ｋ＝０ （１】 土层 Ｅ（Ｎ／ｍ１ ｐ（Ｉ‘ｇ，ｍ ＣｆＫＰａ１ ｐ【度） （ｍｌｓ） （ｍ） １ ０ ２１Ｏｘｌ０ ０４０ １９３０ １１ ３２ ６２ ４ 式中，Ｉ 为应力张量第一不变量，Ｊ２为应力偏量第二 『１ ０．８５０ｘ１０ ０．４０ ２ｏ（）ｏ ２５ ２０ １２３ ２０ 不变量ｊ。ｃ、ｋ的表达式为： ｌ １．６４２ｘｌ０８ ０．４５ ２０３３ １５ ２０ １６７ １５ ＝丽２ｓ ｉｎ， ；而６Ｃｃｏ ｓ （２） ＩＶ ３．１３４ｘｌ０ ０．４５ ２０８０ ２０ ２４ ２２８ ３ √３（３一ｓｉＩＩ ） √３（３一ｓｉｎ ） 式中：耷为土体内摩擦角；Ｃ为土体粘聚力。 ３结果分析 考虑土体中重力引起的初始应力，并且两侧边界采用 输入适合于此３类场地的天津波、ＷＨＩＴＴＩＥＲ 粘弹性边界鼢，底部为固定边界；隧道四周衬砌结构按二维 ＮＡＲＲＯＷＳ波和人工波（调幅到３．１ ｍ／Ｓｚ）进行弹塑性地 弹性梁单元进行有限元划分。土体地质参数见表１。 艘反应分析。分析发现在３条地艘波作用下，相互作用体 为了比较隧道宽度对筱基和箱基体系结构动力反应 系有不同的地艘反应，但在隧道影响下体系的反应变化规 的影响，将建筑物正下方隧道宽度分别取为６ ｍ、１２ ｍ和 律是大致相同的。故这里只就天津波（见图２）作用下的结 １８ ｍ，进行结构一基础一土一隧道相互作用体系动力分 构反应进行分析。 析并与原无隧道的相互作用体系进行比较。筏片基础，厚 Ｌ ：框架筏结基构 框架结构 箱基 ／ 口］＼ｌ～遴ｉ堇 ￡ ～ ‘ 田｛： ｔ ５０ １８ Ｌ ５０ ， ５０ Ｌ １８ Ｌ ５０ ． ＿／／／／／／／／／／／／／／／／／／／ ／／／／／／／／／／ｌ／／／／／／／／／／ １１８ ． ¨８ 【ａ）筏片基础 【ｂ）箱形基础 圈１ 结构一基础一±一隧道相互作用体系（单位：ｍ） ４ ： 主０ …八 ／＼ … …＾ … ．２ ＼Ｊ Ｖ ＼｝ 闻 ～ ４ 图２天津波 ３．１不同隧道宽度时体系的自振频率 作用体系的自振频率也相应增大，这主要是随着隧道宽度 不同隧道宽度、无隧道时相互作用体系的基频如表２ 的增加，其对地基土体的加固作用越明显，使整个相互作 所示。从表中可看出，无论有无隧道存在箱基体系的基频 用体系的刚度增大，自振频率增大。 大于筏基体系：随着隧道宽度的增大，两种基础形式相互 维普资讯 http://www.cqvip.com ＰＡＲＴＴＷＥＬＶＥ：科学艇囊 表２不同隧道宽度时相互作用体系自振频率（Ｈｚ） 匕较 基础形式 无隧道 隧道宽６ ｍｆ隧道宽１２ ｍｆ隧道宽１８ ｍ 筏基 Ｏ ｌ １４７２９２ ０．４９１ ２１ ｌ ０．５１ ３６５ ｌ ０．５３７５４ ．箱基 Ｏ．５Ｏ４７８ ０．５２８６４ ｆ ０．５４１ １ ５ ｆ ０．５５７０２ ３．２不同隧道宽度时上部结构位移反应 ｌ２ ｌ２ ｌＯ ｌＯ ８ ８ ｍ雎－＇６ 盘６ ４ ４ ２ ２ Ｏ ０ ０ ８０ ｌ６０ ２４０ ３ＺＯ ０ ８０ １６０ ２４０ ３２０ 位侈反应峰值（衄） 位移反应峰值（姗） （ａ）筏基体系 （ｂ）箱基体系 图３不同隧道宽度时结构位移反应峰值 图３给出了不同隧道宽度时筏基体系、箱基体系上部 结构的位移反应峰值，从图中可看出，随着隧道宽度的增 加，上部结构的位移反应也相应地增加。 结构顶层位移由基础的平动ｕｆ、摆动Ｈ ｅ和上部结构 目前为止，结构一基础一土一隧道相互作用弹塑性地 震反应的研究尚较少见，本文对其进行了初步的研究探 讨。由本文研究发现，随着隧道宽度的增大，两种基础形式 的相互作用体系自振频率增大；上部结构的位移反应也相 应增加，而其中摆动分量Ｈ ｅ减小，平动分量ｕｆ略有增 的变形ｕ０部分组成。对筏基和箱基相互作用体系的结构 顶层位移反应组成进行分析，如表３、表４所示。可以看 加，变形分量ｕ 增大。对比筏基体系和箱基体系的动力特 性和地震反应发现，箱基体系的自振频率、顶部总位移、平 动分量和变形分量大于筏基体系，摆动分量却小于筏基体 系。● 到，随着隧道宽度的增加，摆动分量Ｈ ｅ减小，平动分量ｕｆ 略有增加，变形分量ｕ。增大，变形分量增大可能是因为隧 道宽度增加后，可更有效地将地震动传递到上部结构。顶 层位移组分中摆动分量Ｈ ｅ所占的比重最大，且它随隧道 宽度增加而减小的程度要小于平动分量ｕｆ和变形分量ｕ 之和增加的程度，因而总的位移反应是随隧道宽度的增加 而增大的。 参考文献 ［１］韩选江．地下空间资源的开发前景探讨［Ｊ］．南京建筑工 程学院学报，２００１，５６：６１—７１ ［２］Ｃｈｕａｎ Ｈｅ，Ａｔｓｕｓｈｉ Ｋｏｉｚｕｍｉ． Ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｓｅｉｓｍｉｃ ｂｅｈａｖｉｏｒ ａｎｄ ｓｅｉｓｍｉｃ ｄｅｓｉｇｎ ｍｅｔｈｏｄｓ ｉｎ ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ 表３不同隧道宽度时筏基体系结构顶层位移（ｍｍ） — …一 …．一组成分析 睫１Ｉ五 ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ 摆动分量１１８ 平动分量脚 变形分量 ｏｆ ｓｈｉｅｌｄ ｔｕｎｎｅｌｓ ［Ｊ］．Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ，２００１，１ １（６）：６５１—６６２ 岛 伊 位移 与 的比 位移 与 的比 位移 与 的比 ［３］Ｖｉｌｌｙ Ａ，Ｋｏｎｔｏｇｉａｎｎｉ ｅｔｃ．Ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ ａｎｄ 无隧道 直６Ⅲ ３００ ７ ３０２．８ ３０６．３ ３１１ ５ １７＆６ 】６ ９ １６５ ４ １５＆４ ５８ ４Ｉ ５６ １ｌ ５４ ０Ｉ ４９ ２Ｉ ２３ ２ ２５ ０ ２７ ６ ３０．３ ７ ７Ｉ ８ ３ ９ ９ １０８ ８ １１ｔ ２ Ｉ１９，４ ｔ３３ ５ ３６ ２％ ３７ ７ ３９ ０％ ４２．９％ ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｃｏｎｖｅｒｇｅｎｃｅ ｉｎ ｓｈａｌｌｏｗ ｔｕｎｎｅｌｓ［Ｊ］， ｃａｓｅ ｈｉｓｔｏｒｉｅｓ ｉｎ Ｇｒｅｅｃｅ：Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｇｅｏｌｏｇｙ， ２００２，６３：３３３—３４５ 竟１２Ⅲ 竟１８ｍ 袭４不同隧道宽度时箱基体系结构顶层位移（ｍｍ） 组成分析 ……．．一 ［４］许增会，宋宏伟，赵坚．地震对隧道围岩稳定性影响的数 值模拟分析［Ｊ］．中国矿业大学学报，２００４，３３（１）：４１～ ４４ 攫动分量Ｈ 位移 与ｕ的比 ５２ ５＿ 平动分量 位移 ３２ ０ 变形分量“ 位移 １２１ ２ 衍疆五 世母 与ｕ的比 １０ ３Ｉ 与ｕ的比 ３９ １％ ［５］祝彦知，仲政．考虑各向异性的层土一盾构隧道地震反 应数值模拟［Ｊ］．地震工程与工程振动，２００４，２４（４）： ９Ｏ一９８ 无隧道 ３０＆７ １６２ ７ 竟６ｍ 竟１２Ⅲ 竟１８ｍ ３ｉ２ ９ ３１６ ７ ３１９ １ １５＆８ １５６ ２ １３６ ７ ５【＿Ｉ ４９ ３＿ ４２ ８＿ ３＇１ ２ ３６．８ ３９ ６ １０ ９Ｉ １１．６Ｉ １２ ４Ｉ １２４－８ １２９ ３ １４８ ０ ３９．９％ ４０．８％ ４６｛％ ［６］杨书燕，姜忻良．地震作用下河流对成层中软土上建筑 物的影响［Ｊ］．哈尔滨工业大学学报，２００６，３８（３）：４８４～ ４８８ ４结语 ９１
