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1 地鐵地下結(jié)構(gòu)抗震危害的特征

通過一系列的地震觀測研究發(fā)現(xiàn)，地鐵地下結(jié)構(gòu)抗震反應(yīng)特性主要表現(xiàn)為以下幾個方面:(1)地鐵地下結(jié)構(gòu)的地震破壞程度通常較之于地上的破壞程度要低;(2)地鐵地下深埋結(jié)構(gòu)受地震破壞的程度通常比埋藏深度較淺的結(jié)構(gòu)受到的影響輕;(3)土壤之中的地下結(jié)構(gòu)較之于巖石之中的結(jié)構(gòu)更加容易受到地震破壞作用;(4)就巖石之中的地下隧道來說，應(yīng)用措施主要是提高圍巖與襯砌的整體性，這樣能夠使得地鐵隧道的抗震能力有效提高;(5)在對稱動荷載的影響之下，地鐵隧道結(jié)構(gòu)通常會更加穩(wěn)定。若僅僅增加襯砌的剛度與厚度，而不增強附近軟弱圍巖，這必然會使得襯砌之中出現(xiàn)過大的內(nèi)力情況;(6)在相同的震中距以及地震強度的條件之下，地下結(jié)構(gòu)的鎮(zhèn)海程度通?？梢杂煞逯档孛嫠俣却笮∨c峰值地面加速度所決定;(7)地鐵地下結(jié)構(gòu)破壞程度會在很大程度上受到地震持續(xù)時間的影響;(8)高頻分量的地震波可能會致使混凝土與延時產(chǎn)生剝裂的情況，但是這單單對震中距較短的地鐵地下結(jié)構(gòu)具有明顯的影響;(9)相對于波長地鐵地下結(jié)構(gòu)的尺寸較小的時候，其對附近地基地震所產(chǎn)生的影響也較小，如果地震波波長達到隧道口徑的1 到4 倍，就會不斷放大振動效果;(10)地下隧道在地面出入的時候肯呢個會由于邊坡失去穩(wěn)定性而出現(xiàn)各種破壞問題。

2 地鐵地下結(jié)構(gòu)抗震理論分析方法

通過調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，當前地鐵地下結(jié)構(gòu)抗震理論分析方法主要有兩個，分別是:靜力法或擬靜力法、土-結(jié)構(gòu)動力互相作用法，下面將對這兩種分析方法進行簡要的介紹:

2.1 靜力法或擬靜力法

應(yīng)用靜力法或者是擬靜力法來開展地震分析的時候往往對地下結(jié)構(gòu)的地震變形進行分析，分為下列類型:橫截面剪切變形;軸向彎曲變形以及軸向拉伸或壓縮變形。通常而言，靜力法或者擬靜力法的物力概念較為清晰，而且計算方法較為加單，工作量較小，參數(shù)較易確定，再加之工程經(jīng)驗較為豐富，較易被工程師所接受，所以大部分地下結(jié)構(gòu)實用抗震分析法都在這一范疇之中，如:應(yīng)變傳遞法、反應(yīng)位移法以及地震系數(shù)法等。

2.2 土-結(jié)構(gòu)動力相互作用法

地鐵地下結(jié)構(gòu)抗震分析中應(yīng)該對土-結(jié)構(gòu)動力互相作用法予以重點分析，這一問題是土動力學與結(jié)構(gòu)動力學之中非常復(fù)雜的一個課題，設(shè)計眾多方面的因素，比如說:遠場地面運動、基地以及結(jié)構(gòu)等。當前對土-結(jié)構(gòu)動力互相作用問題的求解方法主要分為兩種:數(shù)值方法與解析法。其中，解析法通常建立于在線彈性理論或者粘彈性理論的基礎(chǔ)上，沒有廣泛的通用，而數(shù)值法以有限元法作為代表，其能夠?qū)θ我馔陚溥呏祮栴}進行求解，所以能夠進行廣泛的應(yīng)用與研究。應(yīng)用有限元法來對結(jié)構(gòu)-地基動力互相作用問題進行分析的時候，需要綜合考慮微理想化與宏理想化兩個方面。其中微理想化指的是有限單元的設(shè)計過程，其需要對土動力非線性、結(jié)構(gòu)材料的非線性以及結(jié)構(gòu)-地基動態(tài)接觸非線性等進行考慮;而宏理想化指的是有限元模型整體輪廓的設(shè)計，其主要包括輸入地震動、邊界條件以及整體尺寸等方面的內(nèi)容，其中最為重要的就是對模型邊界確定的分析，也就是人工邊界的設(shè)置問題。在應(yīng)用土-結(jié)構(gòu)動力互相作用法時需要對人工邊界、土的非線性動力本構(gòu)關(guān)系以及鋼筋混凝土構(gòu)件的恢復(fù)力模型等進行考慮。

3 地鐵地下結(jié)構(gòu)抗震理論分析與應(yīng)用存在的問題

雖然地鐵地下結(jié)構(gòu)抗震問題的研究已取得了一定的成就，但是因為問題的復(fù)雜性，使得這一方法與理論還不能使得工程的實際需求得以滿足，仍然需要在模型試驗、數(shù)值模擬以及理論分析等方面進行更加深入的研究。當前地鐵地下結(jié)構(gòu)抗震理論分析之中亟待解決的問題主要包括以下兩個方面:

3.1 土-結(jié)構(gòu)動力互相作用分析模型

就微理想化角度來說，現(xiàn)在在鋼筋混凝土等結(jié)構(gòu)材料的非線性的性質(zhì)研究已經(jīng)取得了一定的成就，表現(xiàn)為:結(jié)構(gòu)—地基動態(tài)接觸非線性研究取得了一定的進展，就土的非線性問題的研究雖然當前尚未存在一個具有廣泛適用性的模型，但是已經(jīng)具有針對具體問題的實用、合理的模型。這些研究已經(jīng)取得了一定的成果，但怎樣根據(jù)這些成果來構(gòu)造出恰當?shù)牡罔F地下結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)分析模型仍然應(yīng)該開展深入的探討與研究。就宏理想化角度來說，怎樣將地基靜力效應(yīng)與半無限性對地鐵地下結(jié)構(gòu)動力反應(yīng)影響給科學的反應(yīng)出來是非常重要的一個問題。就地鐵區(qū)間隧道與車站等地下結(jié)構(gòu)而言，附近地基的特性能夠?qū)Y(jié)構(gòu)破壞特征與地震反應(yīng)產(chǎn)生嚴重的影響。在地震反應(yīng)中，附近地基特別是上覆土層的重力效應(yīng)能夠?qū)Y(jié)構(gòu)地震產(chǎn)生非常重要的影響。要合理解決這一問題需要對靜力人工邊界與動力人工邊界進行科學的設(shè)置與確定，因為當前已經(jīng)存在的動力人工邊界通常無法適用地下結(jié)構(gòu)—地基系統(tǒng)的靜力分析，所以經(jīng)常會采用對動力問題與靜力問題應(yīng)用不同人工邊界的方法進行解決。就靜力問題而言，應(yīng)用靜力邊界或人工邊界，而就動力問題則應(yīng)用動力人工邊界，進而獲得兩種不同分析模型。對于不同的模型則可以獨立開展動力分析與靜力分析，然后組合這兩種分析的結(jié)果，或先對靜力問題進行分析，再在靜力分析的基礎(chǔ)上開展動力分析。這兩種做法不但非常麻煩，而且無法將地下結(jié)構(gòu)周圍地基重力效應(yīng)情況很好的反應(yīng)出來。所以，在開展動力分析的時候應(yīng)該對靜力分析的靜—動力統(tǒng)一人工邊界予以統(tǒng)一考慮。并且將直接于靜—動力統(tǒng)一人工邊界之上開展地震波長輸入法予以提出。

3.2 地鐵地下結(jié)構(gòu)地震破壞模式以及抗震性能的評估法

通過一系列的調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，土-結(jié)構(gòu)動力互相作用分析法能夠當做一種可靠分析法，在對地鐵地下結(jié)構(gòu)抗震理論研究中具有非常重要的作用。而對地下結(jié)構(gòu)承載力極限狀態(tài)以及開展常規(guī)地鐵地下工程抗震設(shè)計中，還應(yīng)該研究出更加實用、便捷的方法。通過當前建筑結(jié)構(gòu)中存在的設(shè)計方法，將新的地鐵地下結(jié)構(gòu)地震破壞模式以及抗震性能分析方法給發(fā)展出來，具有非常重要的作用。在《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》之中要求在建筑抗震設(shè)計過程中應(yīng)該開展大震作用之下結(jié)構(gòu)的彈塑性變形驗算，就地鐵地下結(jié)構(gòu)而言，必然需要開展大震影響下的彈塑性變形驗算。當前應(yīng)用較為普遍的彈塑性分析法主要包括:靜力彈塑性分析法、動力時程分析法以及靜力增量分析法。其中靜力增量分析法較為簡單，但是這一方法并未對結(jié)構(gòu)自震特性與地震作用間的關(guān)系予以考慮;而動力時程分析法因為可以將地震反應(yīng)中各個時刻結(jié)構(gòu)的變形與內(nèi)力形態(tài)給計算出來，能夠?qū)⒔Y(jié)構(gòu)屈服與開裂的順序給確定下來，并且確定塑性與應(yīng)用變形較為集中的位置，進而能夠?qū)⒖赡芷茐牡念愋?、薄弱環(huán)節(jié)與屈服機制給判明，應(yīng)用這一方法所得到的結(jié)構(gòu)通常比較準確，但是其所需的計算量較大，計算結(jié)構(gòu)通常會受到選取地震波等因素的影響，將其用在常規(guī)抗震分析之中還有較大的困難。靜力彈塑性分析法是一種新結(jié)構(gòu)抗震分析法，應(yīng)用這種方法不但較為簡單，而且能夠較為準確的對地震作用之下結(jié)構(gòu)的反應(yīng)情況進行評估，從而得出較為廣泛的應(yīng)用與研究。

因為地下結(jié)構(gòu)和地上結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)特點與規(guī)律并非完全一樣，所以當前在地上結(jié)構(gòu)較為適用的靜力彈塑性法還無法在地下結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計中得以有效應(yīng)用，而且因為受到附近地基的制約，地上結(jié)構(gòu)的變形形式與地上結(jié)構(gòu)有所不同。較之于地上結(jié)構(gòu)，地鐵地下結(jié)構(gòu)在整體出現(xiàn)較小變形的時候局部內(nèi)力或許會非常大，無法單純的套用地上結(jié)構(gòu)變形極限值來進行地上結(jié)構(gòu)在地震作用下的極限進行準確推算，所以應(yīng)用發(fā)展一種可以與地鐵地下結(jié)構(gòu)相適應(yīng)的地震設(shè)計方法與方案分析，從而有效的突破當前承載力設(shè)計方法的制約，使得地鐵地下結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計更加簡單、合理。

4 結(jié)束語

綜上所述，地鐵地下結(jié)構(gòu)抗震理論分析與應(yīng)用研究對于保證地鐵的安全運行具有非常重要的作用，當前我國地鐵地下結(jié)構(gòu)抗震理論雖然取得了一定的進步，但是仍然存在不完善的地方，需要相關(guān)人員予以不斷的完善，并且將其不斷的應(yīng)用于實際之中，從而切實保證地鐵地下結(jié)構(gòu)抗震理論的科學性，這需要相關(guān)工作者予以不懈的努力。

［1］李彬.地鐵地下結(jié)構(gòu)抗震理論分析與應(yīng)用研究［D］.清華大學，2005.

［2］孫超.地鐵地下結(jié)構(gòu)抗震性能及分析方法研究［D］.中國地震局工程力學研究所，2009.