淺析結構抗震與地下結構抗震

蔡勇

1 地下結構抗震方法

地下結構主要有地下隧道，以及其他地下建筑等。而目前研究地下結構抗震的方法，主要有觀測、實驗以及理論分析三個步驟組成。

1.1 原型觀測

原型觀測主要是在對地下隧道結構進行振動模擬試驗的時候觀察其振動特點。但是模擬震動實驗的方式不足夠表現出地震時對土地結構產生的強大影響和改變。所以原型觀測手段是檢驗地下隧道結構抗震程度不可或缺的研究手段之一。原型觀測主要有震害調查和現場試驗。震害調查因為受到觀測時間、條件以及觀測手段等的限制，所以必須在地震結束之后才能進行調查，因而震害調查的結果往往是最真實的檢驗數據，因此受到了人們的格外重視。震害調查的數據收集情況正在不斷的提高。四川512地震發生之后，人們逐漸意識到了廣泛的震害調查，以及收集大量的資料和數據對抗震的重要性。由于震害調查在地震過程當中不足以調查地震的動力響應，以及地震波的輸入和邊界條件，以及利用這些無法改變的因素進行有目的的研究和調查。所以在震害調查的過程當中不得不采取其他的現場測試來進行震害測驗。

1.2 實驗研究

通過振動試驗研究隧道結構的響應。這種研究可以分為人工，試驗和振動臺實驗，一般情況下，由于人工震源實驗操作起來具有一定的困難性，且很難反映地下結構的線性結構，以及當出現地基斷裂等情況的時候對隧道結構抗震造成的影響。所以比起振動臺實驗，人工震源實驗的應用并不多。振動臺試驗可以讓人們更好的觀察到，以及了解地下結構的特性，對抗震原理的分析和檢驗起到了一定的基礎作用，因此才被廣泛應用。

1.3 原型觀測以及實驗研究在檢驗地下隧道結構抗震堅固性的運用當中會付出一定的代價

所以實踐是必不可少的，而同時理論研究更是必不可少的。地下結構抗震的理論分析的基礎是波動理論和有限元方法。一般對地下結構進行震害檢驗，動力反應測試以及結構的自身測量等，都會反映出地下結構抗震分析的特點。而對地下結構進行抗震設計的時候，會因為受到施工的工藝以及地下結構和地質等方面的影響。對抗震結構的分析研究方法分成波動法和相互作用法。

1.3.1 波動解法

波動解法是在忽略土體與結構間的相互作用的條件下，利用波動求解方程式求出地下結構與周圍的介質之間形成的波動場和應力場。在利用波動解法進行設計的時候，可以將求解好的波動變位添加到結構上，用來求出結構的響應。波動解法估算結構響應主要適用于設計初期，而結構與土體的剛度差異越小，他的求解結果的精確程度則會越高。波動法更加適用于地震造成的一些小型的變形。但是在求解的過程當中需要將問題簡化，比如結構復雜的低層反射出來的各種反射波長平均為單一的平面波等。這就造成了波動法無法對實際情況進行有效的估算，而由此造成了估算結果的差異性。尤其是遇到，土地結構與周邊的土體，差異較大的情況時候，波動法估算出來的結果與實際情況會有較大的差異。

1.3.2 相互作用法

相互作用結法也是一種結構動力學的求解方法。它將結構作為主體，將周圍的土地介質作為相互作用力進行求解振動響應。比起波動解法，相互作用解法具有一定的實用性，因為研究的重點是地下結構本身的振動反應。相互作用解法的基本條件是忽略地基中的波動場受到不同結構的影響這一因素。首先在忽視地下結構存在的條件下，求出在土體介質中的自由場地震響應。然后再根據土地的運動來求出結構的響應。

相互作用解法為的是解決地震過程當中土地變化而對地下結構造成的響應問題。為了保證相互作用解法能夠有效的解決實際問題需要對土地結構的初始狀態進行評估，然后了解地震波輸入以及震動參數分布情況，模擬土地結構相互作用力等一些參數的確定。

2 對地下結構抗震分析的方法

2.1 響應位移法

響應位移法在計算結構的地震反應的時候需要利用彈性地基梁代替地下線狀結構，然后求出作用在彈性地基梁上地震時的地基位移。

2.2 BART法

該法最早出現在美國，它廣泛適用于各種地下結構型類型和各種地形條件，能夠快速的評估結構設計中所遇到的問題。該法只考慮地震過程中隧道結構產生的振動效果，而不考慮地震會對土地結構造成的影響。它包含抗震特點，土體不連續以及壓力的影響，以及變型限制等。其目的就是為了在地震過程當中確保地下結構承擔有效的抗壓能力之外，保證結構的韌性不會輕易造成變形。地下結構在設計的過程當中必須要考慮地層的變化，而該法可以為設計者提供有效的地層振動數據，為地下抗震結構提供設計依據。

2.3 圍巖應力傳遞法

圍巖應力傳遞法是日本學者根據地震當中所測量到的各種數據分析而研究出來的一種地震響應分析方法。主要用于無洞穴巖地中結構抗震能力的測量與分析。

3 總結

為了有效緩解地面壓力，地下結構建筑與工程逐漸發展起來。為了有效防止地震對地下工程建設造成巨大的損失，研究結構抗震成為了工程建設設計研究的重要方向。但是由于地層環境條件的多樣性，所以對于地下結構的抗震檢驗和設計等方面的工作都具有一定的困難性。所以設計師和工程師應該在對地下結構設計之前，進行相關的數據采集與數據采集，并且根據數據進行有效的抗震原理模擬實驗等，研究出使地下結構具有優秀抗震能力的設計方法，并將其廣泛應用于地下結構的建設與施工當中。保證地下結構的堅固性和抗震性，減少地震對地下結構造成的破壞和經濟損失。

[1]李 智，曾戀婷.地下結構抗震分析方法研究綜述[J].江西建材，2018（3）：45～46.

[2]郜新軍.地震波斜入射下復雜地質中隧道動力響應分析[J].現代隧道技術，2018（1）.