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原文传递可液化场地条件下地铁车站结构地震响应规律及设计方法研究

论文题名：	可液化场地条件下地铁车站结构地震响应规律及设计方法研究
关键词：	地震响应;地铁车站;地基液化;地下车站;反应位移法
摘要：	我国城市轨道交通建设的规模化发展，使得越来越多的地铁工程不可避免的穿越可液化地层，而目前地下结构抗震领域的研究（尤其是实用抗震设计方法、复杂环境中地下结构的抗震性能等）明显滞后于工程实践。因此，研究可液化场地中地铁地下结构的抗震性能及其实用抗震设计方法有着重要的学术意义和工程应用价值。　　论文首先通过数值模拟的方法研究了典型两层三跨箱型框架式地铁车站结构的地震响应规律及影响地震响应规律作用效果的因素；其次，分析了采用传统反应位移法进行地下结构抗震设计时遇到的关键问题，结合传统反应位移法的基本原理，提出了适用于可液化场地中地铁车站结构抗震设计的改进反应位移法。本文主要完成的工作及成果如下：　　(1)以太原某典型两层三跨地铁车站结构上穿一定厚度的饱和粉细砂土层的实际工程为研究背景，基于有限差分软件FLAC3D，建立了土-地下结构动力相互作用的数值模型，并以相应自由场模拟结果作为对比工况，分析了场地液化分布特征、结构应力及上浮特征、周围场地位移沉降及矢量特征等指标。研究表明，在地下结构上浮过程中，其两侧土体会产生持续不断的环向位移流动；地震时地下结构的存在加大了可液化土体的地层变形，但会显著降低结构上方一定范围土体的地表地震响应；与一般场地土层工况相比，上穿可液化土层时地铁车站结构的地震响应有所降低，即下部可液化土层具有一定的隔震效应。　　(2)研究了可液化土层位置对地铁车站结构的地震响应影响，设计了地铁车站结构上部及下部左右两侧存在可液化土层、正上方存在可液化土层、上部及下部左侧存在可液化土层、下部左侧和上部右侧同时存在可液化土层6种典型工况。总结了液化大变形位置，液化区分布，超静孔隙水压力比变化规律及差异，车站结构的位移及差异沉降规律等。研究表明，地铁车站结构有明显的抑制地基土液化的作用；可液化土层位于地铁车站结构下部时对于孔隙水压力的影响大于上部；在可液化场地中土体运动方向不仅局限于水平向，土体存在上下方向的运动；从土体位移情况可判断，液化区严重程度顺序为，结构左侧下部最大，左侧上部次之，正上方最小。　　(3)建立了可液化场地-PBA（拱顶）和箱型框架（平顶）地铁车站结构动力相互作用数值分析模型，分析了场地孔隙水压力特征、加速度特征、地下结构应力反应及上浮特征等规律。研究表明，由于结构底部土体液化，导致地基失稳，结构会出现上浮和倾斜，说明可液化场地中的地铁车站结构在抗震设计时直接采用传统反应位移法是不合适的；地铁车站结构埋深越小，结构的位移越大，整体呈现出剪切变形模式；车站结构在液化后的土体中处于三向受力的状态，顶底板、左右侧墙之间存在受力差异，且平顶工况中地铁车站结构的竖向位移量明显大于拱顶工况。　　(4)系统分析了传统反应位移法进行地铁地下结构抗震设计时的关键问题，并结合传统反应位移法的特点及在应用中存在的问题，提出了适用于可液化场地条件下地下结构抗震设计的改进反应位移法；以动力时程法的计算结果为基准，通过改变上覆土厚度、结构刚度、地震动强度等因素，验证了该方法的适用性。结果表明，采用改进反应位移法进行地下结构的内力和位移计算，其精度可满足工程需求。
作者：	闫宏锦
专业：	建筑与土木工程
导师：	王锡朝;安军海;王文沛
授予学位：	硕士
授予学位单位：	河北科技大学
学位年度：	2021