浅析结构抗震与地下结构抗震

蔡勇

1 地下结构抗震方法

地下结构主要有地下隧道，以及其他地下建筑等。而目前研究地下结构抗震的方法，主要有观测、实验以及理论分析三个步骤组成。

1.1 原型观测

原型观测主要是在对地下隧道结构进行振动模拟试验的时候观察其振动特点。但是模拟震动实验的方式不足够表现出地震时对土地结构产生的强大影响和改变。所以原型观测手段是检验地下隧道结构抗震程度不可或缺的研究手段之一。原型观测主要有震害调查和现场试验。震害调查因为受到观测时间、条件以及观测手段等的限制，所以必须在地震结束之后才能进行调查，因而震害调查的结果往往是最真实的检验数据，因此受到了人们的格外重视。震害调查的数据收集情况正在不断的提高。四川512地震发生之后，人们逐渐意识到了广泛的震害调查，以及收集大量的资料和数据对抗震的重要性。由于震害调查在地震过程当中不足以调查地震的动力响应，以及地震波的输入和边界条件，以及利用这些无法改变的因素进行有目的的研究和调查。所以在震害调查的过程当中不得不采取其他的现场测试来进行震害测验。

1.2 实验研究

通过振动试验研究隧道结构的响应。这种研究可以分为人工，试验和振动台实验，一般情况下，由于人工震源实验操作起来具有一定的困难性，且很难反映地下结构的线性结构，以及当出现地基断裂等情况的时候对隧道结构抗震造成的影响。所以比起振动台实验，人工震源实验的应用并不多。振动台试验可以让人们更好的观察到，以及了解地下结构的特性，对抗震原理的分析和检验起到了一定的基础作用，因此才被广泛应用。

1.3 原型观测以及实验研究在检验地下隧道结构抗震坚固性的运用当中会付出一定的代价

所以实践是必不可少的，而同时理论研究更是必不可少的。地下结构抗震的理论分析的基础是波动理论和有限元方法。一般对地下结构进行震害检验，动力反应测试以及结构的自身测量等，都会反映出地下结构抗震分析的特点。而对地下结构进行抗震设计的时候，会因为受到施工的工艺以及地下结构和地质等方面的影响。对抗震结构的分析研究方法分成波动法和相互作用法。

1.3.1 波动解法

波动解法是在忽略土体与结构间的相互作用的条件下，利用波动求解方程式求出地下结构与周围的介质之间形成的波动场和应力场。在利用波动解法进行设计的时候，可以将求解好的波动变位添加到结构上，用来求出结构的响应。波动解法估算结构响应主要适用于设计初期，而结构与土体的刚度差异越小，他的求解结果的精确程度则会越高。波动法更加适用于地震造成的一些小型的变形。但是在求解的过程当中需要将问题简化，比如结构复杂的低层反射出来的各种反射波长平均为单一的平面波等。这就造成了波动法无法对实际情况进行有效的估算，而由此造成了估算结果的差异性。尤其是遇到，土地结构与周边的土体，差异较大的情况时候，波动法估算出来的结果与实际情况会有较大的差异。

1.3.2 相互作用法

相互作用结法也是一种结构动力学的求解方法。它将结构作为主体，将周围的土地介质作为相互作用力进行求解振动响应。比起波动解法，相互作用解法具有一定的实用性，因为研究的重点是地下结构本身的振动反应。相互作用解法的基本条件是忽略地基中的波动场受到不同结构的影响这一因素。首先在忽视地下结构存在的条件下，求出在土体介质中的自由场地震响应。然后再根据土地的运动来求出结构的响应。

相互作用解法为的是解决地震过程当中土地变化而对地下结构造成的响应问题。为了保证相互作用解法能够有效的解决实际问题需要对土地结构的初始状态进行评估，然后了解地震波输入以及震动参数分布情况，模拟土地结构相互作用力等一些参数的确定。

2 对地下结构抗震分析的方法

2.1 响应位移法

响应位移法在计算结构的地震反应的时候需要利用弹性地基梁代替地下线状结构，然后求出作用在弹性地基梁上地震时的地基位移。

2.2 BART法

该法最早出现在美国，它广泛适用于各种地下结构型类型和各种地形条件，能够快速的评估结构设计中所遇到的问题。该法只考虑地震过程中隧道结构产生的振动效果，而不考虑地震会对土地结构造成的影响。它包含抗震特点，土体不连续以及压力的影响，以及变型限制等。其目的就是为了在地震过程当中确保地下结构承担有效的抗压能力之外，保证结构的韧性不会轻易造成变形。地下结构在设计的过程当中必须要考虑地层的变化，而该法可以为设计者提供有效的地层振动数据，为地下抗震结构提供设计依据。

2.3 围岩应力传递法

围岩应力传递法是日本学者根据地震当中所测量到的各种数据分析而研究出来的一种地震响应分析方法。主要用于无洞穴岩地中结构抗震能力的测量与分析。

3 总结

为了有效缓解地面压力，地下结构建筑与工程逐渐发展起来。为了有效防止地震对地下工程建设造成巨大的损失，研究结构抗震成为了工程建设设计研究的重要方向。但是由于地层环境条件的多样性，所以对于地下结构的抗震检验和设计等方面的工作都具有一定的困难性。所以设计师和工程师应该在对地下结构设计之前，进行相关的数据采集与数据采集，并且根据数据进行有效的抗震原理模拟实验等，研究出使地下结构具有优秀抗震能力的设计方法，并将其广泛应用于地下结构的建设与施工当中。保证地下结构的坚固性和抗震性，减少地震对地下结构造成的破坏和经济损失。

[1]李 智，曾恋婷.地下结构抗震分析方法研究综述[J].江西建材，2018（3）：45～46.

[2]郜新军.地震波斜入射下复杂地质中隧道动力响应分析[J].现代隧道技术，2018（1）.