李雨潤, 王杰鋒, 張浩亮

(1 河北工業(yè)大學(xué)土木與交通學(xué)院，天津 300401；2 河北省土木工程技術(shù)研究中心，天津 300401；3 中國鐵路設(shè)計集團有限公司，天津 300142)

0 引言

自1995年日本阪神大地震造成多座地鐵車站破壞以來,學(xué)術(shù)界越來越重視地下結(jié)構(gòu)抗震的研究,諸多學(xué)者針對單體典型地下結(jié)構(gòu)進行了大量研究,得出如下地震響應(yīng)規(guī)律:地震中地下車站結(jié)構(gòu)的最薄弱部位是結(jié)構(gòu)中柱;地下結(jié)構(gòu)的存在對周側(cè)土體地震特性有一定的影響[1-2]。此外,地下綜合體[3-4]等復(fù)雜地下結(jié)構(gòu)在地震中也有相似的響應(yīng)規(guī)律。

然而,隨著城市的快速發(fā)展不可避免地出現(xiàn)了大量地下結(jié)構(gòu)穿越形式,如上下穿越[5-6]、密貼穿越[7-8]、直接穿越[9-10]等多種穿越形式對地下結(jié)構(gòu)在地震中的響應(yīng)規(guī)律研究又提出了新的挑戰(zhàn)。林輝[11]以南水北調(diào)工程為例分析了雙隧洞穿越地鐵車站前后車站的動力響應(yīng),發(fā)現(xiàn)隧洞穿越對地鐵車站的抗震性能有一定提高,但仍然超出了結(jié)構(gòu)承載力,需要采取必要的抗震措施。張波等[12]通過振動臺試驗、數(shù)值模擬,研究了密貼穿越結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng),研究發(fā)現(xiàn):下穿隧道對上部結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)減弱現(xiàn)象存在一定的范圍,越靠近隧道減弱現(xiàn)象越明顯。莊海洋等[13]對微傾斜可液化場地中地鐵結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)進行了振動臺模型試驗,發(fā)現(xiàn)隧道與車站結(jié)構(gòu)的連接部位會對車站結(jié)構(gòu)中包括中柱、側(cè)墻等部位的應(yīng)變分布特征產(chǎn)生影響。

目前對于小凈距隧道垂直下穿車站及特定環(huán)境中的穿越結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)規(guī)律的已有研究成果較少。鑒于此,本文以粉質(zhì)黏土層中小凈距隧道垂直下穿單層車站作為研究對象,對比振動臺試驗與數(shù)值模擬結(jié)果,驗證本文所建立三維數(shù)值模型的合理性和可靠性;在此基礎(chǔ)上,對該數(shù)值模型輸入不同峰值加速度的地震波,探究土體、車站和隧道結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)規(guī)律。本研究有助于揭示小凈距隧道垂直下穿車站結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)規(guī)律,為后續(xù)類似工程抗震設(shè)計提供指導(dǎo)。

1 振動臺試驗?zāi)Ｐ驮O(shè)計

一般通過量綱分析來確定動力相似問題中各種物理量間的關(guān)系[14]。本文根據(jù)Buckingham π定理,以幾何尺寸、彈性模量、加速度作為模型結(jié)構(gòu)的基本物理量,綜合考慮振動臺尺寸及穿越結(jié)構(gòu)大小,確定地鐵車站、隧道的幾何相似比為1∶30,各物理量相似關(guān)系如表1所示。

表1 結(jié)構(gòu)模型相似關(guān)系

本試驗基于北京工業(yè)大學(xué)9子臺地震振動臺系統(tǒng)進行,采用其中4個子臺(橫、縱各2個)進行試驗,橫向2個子臺通過鋼板連接成為一個整體,可作為一個大的臺面使其一致運動。模型箱采用節(jié)段式模型箱[15],如圖1所示,內(nèi)部凈尺寸為3.80m(長)×2.80m(寬)×1.15m(高),為減弱邊界效應(yīng),在模型箱內(nèi)部設(shè)置厚度為0.15m的泡沫板,最終模型土體實際尺寸為3.50m(長)×2.50m(寬)×1.0m(高)。模型車站為單層單柱車站,外部尺寸為1.05m(長)×0.628m(寬)×0.30m(高),柱截面為0.03m(長)×0.02m(寬),柱距0.30m,埋深0.07m;隧道長1.00m,半徑0.10m,襯砌厚度0.15m,埋深0.40m;模型橫截面如圖2所示。

圖1 節(jié)段式模型箱

圖2 模型橫截面示意圖/mm

車站、隧道模型均采用微?；炷林谱鱗16-17],選用適當(dāng)配合比使微粒混凝土達到需要的強度和彈性模量以模擬原型C40混凝土。在模型制作過程中同時澆筑規(guī)定數(shù)量的砂漿立方體試塊和棱柱體試塊以測定微?；炷敛牧系膹姸群蛷椥阅Ａ?試塊和模型在同等條件下養(yǎng)護28d,試驗測得微?；炷羺?shù)如表2所示。

表2 微?；炷猎囼灲Y(jié)果

試驗?zāi)Ｐ屯翞榉圪|(zhì)黏土,取自北京地區(qū)某地鐵施工現(xiàn)場,裝填前先去除土體中的雜質(zhì)和粒徑較大的土顆粒;裝填時分多次將土體倒入模型箱內(nèi),每隔10cm進行分層夯實,逐步填埋至1m深,壓實后用環(huán)刀在模型箱內(nèi)多處取土,測得箱內(nèi)土體的平均密度約為1850kg/m3。利用彎曲元測得土體在裝填狀態(tài)下的剪切波速約為50m/s。

振動臺輸入峰值加速度為0.1g的El Centro波。El Centro波原始峰值加速度為0.315g,依據(jù)《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》(GB 50011—2010)(2016年版)[18],利用式(1)調(diào)整峰值加速度為0.1g;并根據(jù)時間相似比對地震波時間進行調(diào)整,調(diào)整后的地震波如圖3所示。

(1)

圖3 振動臺試驗輸入的El Centro地震波(峰值加速度0.1g)

2 數(shù)值模型的建立

數(shù)值模型尺寸與振動臺模型選取一致,采用ABAQUS建立三維模型進行計算,土體、隧道、車站各構(gòu)件均采用C3D8實體單元進行模擬。為了保證地震波能夠在建立的模型中有效傳播,模型的網(wǎng)格尺寸不宜過小或過大,在對模型網(wǎng)格進行劃分時必須滿足網(wǎng)格尺寸的上限,一般要求網(wǎng)格尺寸小于波長的1/10[19],即L≤λ/10=v/10f,其中L為最大網(wǎng)格尺寸,λ為最短波長,v為土體等效剪切波速,f為需考慮地震動能量范圍內(nèi)最大的頻率。得L≤0.36m,土體網(wǎng)格尺寸取為0.10m×0.10m,加密區(qū)網(wǎng)格尺寸取為0.05m×0.10m,隧道網(wǎng)格尺寸取為0.05m×0.05m。最終劃分為13 221個單元。數(shù)值模型網(wǎng)格劃分整體效果見圖4。

圖4 模型網(wǎng)格劃分/m

考慮到混凝土結(jié)構(gòu)的剛度較大,在本次試驗中車站、隧道襯砌材料采用線彈性本構(gòu)模型進行模擬,參數(shù)來源于現(xiàn)場試驗所得,與振動臺試驗保持一致。土體本構(gòu)模型采用修正的Davidenkov黏彈性本構(gòu)模型,該本構(gòu)模型由趙丁鳳等[20]基于Pyke[21]提出的“n倍法”思想,對適宜于等幅往返應(yīng)力作用的Mashing法則進行了修正,并通過建模與Mississippi灣500m深度鉆孔地表加速度響應(yīng)比較,佐證了該本構(gòu)模型的合理性與有效性。模型土基于土工試驗測得數(shù)據(jù)進行估算,模擬中所取用的土體參數(shù)見表3。

表3 土體參數(shù)

邊界條件采用靜動力耦合邊界條件[22],地震分析步中,土體頂面自由,限制土體底部全部位移及四周邊界法向位移。振動臺試驗時車站結(jié)構(gòu)為整體澆筑,因此在數(shù)值模擬中車站各部件采用Tie接觸;考慮到振動臺模型尺寸較小,模型豎向位移較小,可近似認為模型土體與車站、隧道結(jié)構(gòu)共同變形,因此對于車站、隧道與模型土體間的接觸也定義為Tie[23]。

考慮到振動臺試驗是在模型箱內(nèi)完成,為排除其他外部因素的干擾,數(shù)值模擬中輸入的地震波來源于振動臺試驗中對應(yīng)監(jiān)測點的地震波數(shù)據(jù)。為使地震波更加完整,有明顯的起震、終震階段,截取包括加速度幅值較大部位在內(nèi)的7s地震波輸入土體底部。數(shù)值模型底部輸入的峰值加速度為0.1g的El Centro波時程曲線、傅里葉頻譜曲線,如圖5所示,峰值加速度為0.12g。

圖5 數(shù)值模型輸入的El Centro地震波(峰值加速度0.12g)

3 振動臺試驗與數(shù)值模擬試驗對比

為驗證數(shù)值模擬分析的有效性,通過對比振動臺試驗監(jiān)測數(shù)據(jù)與數(shù)值模擬計算數(shù)據(jù),比較兩者異同,并分析誤差產(chǎn)生的原因。振動臺試驗中主要監(jiān)測土體與穿越結(jié)構(gòu)的加速度響應(yīng),在地表、車站頂板、隧道上部布置加速度計,監(jiān)測方案詳見圖6。

圖6 振動臺試驗加速度監(jiān)測方案/mm

圖7～10為峰值加速度為0.1g的El Centro波作用下,模型不同部位處加速度時程曲線及傅里葉譜值對比結(jié)果。由于篇幅限制,此處僅展示部分測點時程及頻譜曲線,其余測點對比情況與此類似。

圖7 S2測點振動臺試驗與數(shù)值模擬結(jié)果對比

圖8 C1測點振動臺試驗與數(shù)值模擬結(jié)果對比

圖9 L2測點振動臺試驗與數(shù)值模擬結(jié)果對比

圖10 R2測點振動臺試驗與數(shù)值模擬結(jié)果對比

由圖7～10可知,振動臺試驗與數(shù)值模擬中,各測點加速度時程曲線、傅里葉圖譜波動基本相同,且最高點位置基本一致,這說明振動臺試驗與數(shù)值模擬在時域、頻域中均保持基本一致,且數(shù)值模擬結(jié)果普遍大于振動臺試驗的,主要集中于主頻10Hz附近區(qū)域。這是由于土體是一種非線性材料,有一定的“濾波”作用,而數(shù)值模擬中所采用的本構(gòu)模型與實際土體的性質(zhì)存在一定差異,因此數(shù)值模擬時土體的截斷頻率與實際情況存在偏差,使得數(shù)值模擬結(jié)果出現(xiàn)峰值加速度、頻譜值增大效果。頻率大于15Hz頻譜值振動臺試驗結(jié)果大于數(shù)值模擬結(jié)果,出現(xiàn)這種情況的原因可能是由于試驗環(huán)境噪聲的影響,造成傳感器監(jiān)測數(shù)據(jù)出現(xiàn)偏差。

表4為各測點在振動臺試驗、數(shù)值模擬中的峰值加速度,相對誤差可通過式(2)[19]計算:

(2)

表4 結(jié)構(gòu)振動臺試驗與數(shù)值模擬峰值加速度對比

式中:V為相對誤差;A、B分別為數(shù)值模擬與振動臺試驗的峰值加速度結(jié)果。

由表4可見,左、右線隧道各測點之間峰值加速度相對誤差離散性較大,這是由于隧道襯砌實際為殼結(jié)構(gòu),而本次數(shù)值模擬中使用實體單元模擬隧道襯砌及注漿層,兩者在地震中的響應(yīng)存在一定偏差,導(dǎo)致了隧道各測點間的峰值加速度相對誤差離散性較大。此外在隧道表面布置傳感器時固定平面為曲面,這也是引起以上問題的部分原因。除地表兩測點外,其余各測點均為數(shù)值模擬峰值加速度大于振動臺試驗的。這是由于表層傳感器周側(cè)約束較小,與土體中的其他傳感器不同,表層傳感器沒有土體約束作用,造成了表層土體地震響應(yīng)幅值稍微大于實際效果。對比各測點峰值加速度可發(fā)現(xiàn),其相對誤差大多小于9%,數(shù)值模擬能較好地反映振動臺試驗中土體與結(jié)構(gòu)的相互作用規(guī)律。因此,使用本數(shù)值模型進行后續(xù)研究是可行的。

4 數(shù)值模擬結(jié)果分析

為豐富研究地下穿越結(jié)構(gòu)在地震中的響應(yīng)規(guī)律,參考文獻[16]中工況設(shè)置,調(diào)整El Centro波的峰值加速度為分別為0.1g、0.3g、0.5g并輸入數(shù)值模型底部,保持其他條件不變,進行對比研究。

4.1 土體響應(yīng)規(guī)律

4.1.1 地表土體加速度響應(yīng)

圖11為地表兩測點在不同峰值加速度下的時程曲線。由圖可看出,隨著輸入地震峰值加速度的增大,地表土體的響應(yīng)越劇烈,峰值加速度基本呈正比增大。輸入相同峰值加速度地震波時,由于地下結(jié)構(gòu)的剛度較大,阻隔了地震波的傳播,因此地表中心土體的峰值加速度略小于其他位置。輸入峰值加速度0.1g地震波時,S1、S2兩測點的峰值加速度差為0.184g-0.183g=0.001g,隨著地震的加劇,當(dāng)輸入峰值加速度0.5g時,S1、S2兩測點的峰值加速度差值為0.851g-0.848g=0.003g,表明,隨著地震的加劇,地表中心峰值加速度與中心外側(cè)峰值加速度差值變大,地下結(jié)構(gòu)的阻隔效果變得愈加明顯;但兩者差值量級為10-3,對穿越結(jié)構(gòu)整體地震響應(yīng)規(guī)律影響微乎其微,通過增加地下結(jié)構(gòu)剛度的方式來減小地表加速度響應(yīng)是不可行的。

圖11 不同峰值加速度地震波作用地表加速度時程曲線

4.1.2 土體豎向位移

圖12為基底輸入峰值加速度為0.1g地震波時不同土體高度(即距土體底部的距離)處土體豎向位移曲線,峰值加速度為0.3g、0.5g時變化曲線類似,限于篇幅本文不作展示。由圖可以看出,土體整體發(fā)生向下位移,下移距離基本左右對稱。由于車站、隧道的剛度顯著大于土體,存在一定抵抗土體變形的能力,因此車站、隧道上部土體下移小于其他區(qū)域,在車站左右兩側(cè)中心位置下移最大;下層土體在上部結(jié)構(gòu)、土體的共同作用下,在模型中部位置下移最大,土層高度為0.3m的土體在邊緣兩側(cè)0.2m區(qū)域有輕微上拱。通過表5中最大豎向位移可看出,隨著輸入地震波峰值加速度的增加,土體最大豎向位移呈現(xiàn)增大趨勢。由于模型土體豎向深度僅為1m,且土質(zhì)較硬,數(shù)值計算的最大豎向位移結(jié)果偏小,實際工程中地基土深度較大,地震后土體豎向位移會比較大。

圖12 峰值加速度為0.1g時地震波作用下土體豎向位移

表5 不同峰值加速度地震波作用下土體各高度處最大豎向位移/(×10-5m)

4.2 車站響應(yīng)規(guī)律

4.2.1 車站應(yīng)力響應(yīng)

圖13為輸入峰值加速度0.1g地震波時車站主應(yīng)力云圖,輸入峰值加速度0.3g、0.5g地震波時車站應(yīng)力規(guī)律與之類似,限于篇幅此處不作展示。由圖可知。車站結(jié)構(gòu)中的柱應(yīng)力顯著大于其他部位的,頂?shù)装迮c側(cè)墻連接處、頂板與中柱連接處的附近應(yīng)力多大于非連接處的應(yīng)力,特別是頂板與柱的連接位置處存在應(yīng)力集中現(xiàn)象,在實際工程中需注意連接部位抗震的加強;底板與中柱連接處附近較小區(qū)域的應(yīng)力小于等于非連接部位的,而周邊部分區(qū)域應(yīng)力較大;側(cè)墻各處應(yīng)力基本相等,僅存在微小受力區(qū)域,整體受力均勻。此外車站頂?shù)装鍄=(1.825～2.125)m區(qū)域的應(yīng)力大于y=(1.525～1.825)m區(qū)域的,這是由于隧道非對稱穿越導(dǎo)致應(yīng)力分布出現(xiàn)偏移現(xiàn)象。

圖13 峰值加速度0.1g地震波作用下車站主應(yīng)力云圖/Pa

為量化不同峰值加速度地震波對車站結(jié)構(gòu)應(yīng)力的影響,根據(jù)地鐵車站動力響應(yīng)的計算過程,選擇結(jié)構(gòu)關(guān)鍵部位進行分析,各關(guān)鍵位置觀測點位置如圖14所示,測點在不同峰值加速度地震波作用下的應(yīng)力列于表6?？梢钥闯?中柱頂板處應(yīng)力最大,底板外邊緣兩端次之,底板處應(yīng)力最小;輸入不同峰值加速度地震波時,車站各測點最大應(yīng)力整體呈現(xiàn)增長趨勢,但增長幅度較小;車站頂?shù)装遄髠?cè)(x=0.936m)應(yīng)力略大于右側(cè)(x=1.564m),不同的是頂板中線(x=1.250m)位置處應(yīng)力最大,而底板中線處應(yīng)力最小;頂板邊緣應(yīng)力約為底板邊緣的應(yīng)力的一半,結(jié)合云圖(圖13)可發(fā)現(xiàn),頂板、底板邊緣應(yīng)力均大于樓板中部的應(yīng)力;車站各部位內(nèi)側(cè)應(yīng)力約為外側(cè)應(yīng)力的70%～80%。

圖14 車站關(guān)鍵部位測點示意

表6 車站關(guān)鍵節(jié)點應(yīng)力/kPa

4.2.2 車站位移響應(yīng)

表7為輸入不同峰值加速度地震波時地鐵車站的層間位移角(為車站頂、底板間最大相對位移與層高的比值)?！兜叵陆Y(jié)構(gòu)抗震設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 51336—2018)[24]規(guī)定,單層或雙層地下結(jié)構(gòu)層間位移角限值[θe]等于1/550。從表7中可看出,隨著輸入地震波峰值加速度的增大,車站位移響應(yīng)逐漸增大;而且車站的層間位移角遠小于限值1/550,即地震動過程中車站結(jié)構(gòu)始終處于彈性工作狀態(tài)。

表7 不同峰值加速度地震波作用下車站層間位移角

圖15為車站在峰值加速度0.1g地震波作用下的等效位移云圖。通過對圖15的分析發(fā)現(xiàn),車站頂、底板間距變小,整體處于上拱狀態(tài),上拱位移中間大兩邊小,在中柱附近位置處位移最大;側(cè)墻及頂、底板均處于受彎狀態(tài),柱發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形(實際情況可能已剪斷)。

圖15 峰值加速度0.1g地震波作用下車站等效位移云圖/m

圖16為不同峰值加速度地震波下車站頂、底板相對水平位移(即頂板與底板的為水平位移差)沿車站縱向變化曲線。由圖16可知,相同峰值加速度作用下,車站縱向始、末端的頂、底板相對水平位移基本相等,最大處位于y=1.855m附近;車站頂、底板間的相對水平位移隨著輸入加速度峰值的增大而增大,車站右側(cè)(x=1.564m)的頂、底板相對水平位移沿車站縱向長度呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢,變形形狀類似拋物線,車站在x=1.564m處的頂、底板相對水平位移大于x=0.936m處的。另外,計算結(jié)果表明,車站中軸線基本保持直線,除峰值加速度0.1g地震波作用下車站頂、板中部區(qū)域相對于底板產(chǎn)生左擺外,車站頂板相對于車站底板整體發(fā)生向右擺動,在實際工程中需注意車站頂板的右擺變形;結(jié)合云圖(圖15)可得,頂、底板整體處于受壓狀態(tài),混凝土的承壓作用能起到良好的效果。

圖16 不同峰值加速度地震波作用下車站頂、底板相對水平位移

4.2.3 車站加速度響應(yīng)

如表8所示,輸入相同峰值加速度地震波時,頂板、底板位置加速度響應(yīng)差異較小;隨著輸入地震波峰值加速度的增大,車站頂、底板的加速度逐漸增大,差值也逐漸變大,因此地震越強烈,地下結(jié)構(gòu)頂、底板的加速度響應(yīng)差異越大。

表8 車站頂、底板加速度對比

4.3 隧道響應(yīng)規(guī)律

4.3.1 隧道應(yīng)力響應(yīng)

試驗中雙隧道幾何對稱中心線與土體、車站的幾何中心線并不重合,為非對稱垂直下穿。圖17為雙隧道在峰值加速度0.1g地震波作用下應(yīng)力云圖,峰值加速度0.3g、0.5g地震波作用下規(guī)律類似。結(jié)合所有計算結(jié)果可得,左線隧道的應(yīng)力大于右線隧道,內(nèi)側(cè)壁的應(yīng)力約為隧道外側(cè)壁應(yīng)力的70%～80%,隧道上部區(qū)域應(yīng)力大于下部區(qū)域,且隧道頂部水平軸線附近區(qū)域應(yīng)力值較大;隧道頭部、尾部與土體連接部位附近的應(yīng)力明顯大于中部區(qū)域,實際工程中應(yīng)注意頭、尾部隧道的加固;單個隧道左右兩側(cè)截面的應(yīng)力大小存在差異,應(yīng)力變化并不對稱。

圖17 峰值加速度0.1g地震波作用下隧道應(yīng)力云圖/Pa

4.3.2 隧道位移響應(yīng)

圖18為隧道在峰值加速度0.1g地震波作用下的位移云圖。結(jié)合峰值加速度0.3g、0.5g地震波作用下計算結(jié)果可知,左、右線隧道在Y向主要發(fā)生彎曲,其中右線隧道彎曲變形大于左線隧道,Z向主要為軸向變形,在X向主要發(fā)生平移。左、右線隧道在地震作用下在豎向表現(xiàn)為壓縮,縱向表現(xiàn)為彎曲,其中左線隧道的壓縮量大于右線隧道,而彎曲變形則小于右線隧道的。

圖18 峰值加速度0.1g地震波作用下隧道位移云圖/m

隧道頂、底相對水平位移見圖19。計算結(jié)果表明,隨著輸入地震波峰值加速度的增大,隧道頂、底相對水平位移逐漸增大,但均小于車站頂、底板相對水平位移;左線隧道頂、底間相對水平位移隨隧道橫向增加經(jīng)歷右移,而后左移,再右移、左移的過程,相對水平位移呈現(xiàn)S形,右線隧道頂、底相對水平位移隨隧道橫向增加呈現(xiàn)斜直線形;與車站頂、底板相對水平位移形狀類似,左、右線隧道均整體向右移。

圖19 隧道頂、底相對水平位移

4.3.3 隧道加速度響應(yīng)

表9、10分別為左線、右線隧道頂、底部加速度的對比。通過表中數(shù)據(jù)可以看出,隨著地震動的加劇,隧道的加速度也逐漸增大,頂、底部加速度差值也逐漸增大,說明地震響應(yīng)逐漸劇烈;左線隧道的加速度普遍大于右線隧道的,但兩者差值量級為10-3,差異較小;左線隧道頂、底部加速度差值大于右線的,說明左線隧道在地震中的響應(yīng)劇烈程度大于右線隧道;此外隧道的加速度均小于車站、地表的加速度。

表9 左線隧道頂、底部加速度對比

表10 右線隧道頂、底部加速度對比

5 結(jié)論

本文以小凈距隧道垂直下穿單層車站結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)問題為背景,通過振動臺試驗驗證了本文所建立的三維數(shù)值模型的合理性與準(zhǔn)確性,基于已驗證的數(shù)值模型,通過輸入峰值加速度0.1g、0.3g、0.5g的El Centro波,從應(yīng)力、變形、加速度三個方面對比分析了模型土體、車站和隧道結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)規(guī)律,得出以下結(jié)論:

(1)地震波作用下,車站、隧道結(jié)構(gòu)的內(nèi)側(cè)應(yīng)力均小于外側(cè),約為外側(cè)應(yīng)力的70%～80%。

(2)非對稱隧道穿越車站對車站的加速度、應(yīng)力分布特征及位移變形特征均會產(chǎn)生影響,本文中隧道非對稱垂直下穿車站,再加上柱的位置在車站中非對稱,加速度、應(yīng)力、位移最值均產(chǎn)生偏移,偏向柱距較密及穿越隧道所在一側(cè)。

(3)地下穿越結(jié)構(gòu)的存在一定程度上可以減小上覆土層的地震響應(yīng),但其減弱幅度較小,設(shè)計中不可考慮地下穿越結(jié)構(gòu)對地震響應(yīng)的減弱效應(yīng),僅可作為部分安全儲備使用;中柱的應(yīng)力、變形、加速度均為地下穿越結(jié)構(gòu)中的最大值,是地下穿越結(jié)構(gòu)中的最薄弱部位;地震響應(yīng)中,左線隧道大于右線隧道、車站頂板大于車站底板,對于這些部位在工程實際中需做加強。

(4)變形方面,車站、隧道產(chǎn)生向右位移,在峰值加速度0.1g地震作用下車站和隧道部分區(qū)域左移;土體主要發(fā)生下移,車站在豎向表現(xiàn)為上拱,水平主要表現(xiàn)為中間小兩頭大的彎曲變形;隧道在豎向為壓縮變形,縱向為彎曲變形,其中左線隧道的變形大于右線隧道的。

(5)加速度響應(yīng)方面,隨著輸入峰值加速度的增大,各部位加速度逐漸增大,總的來說,地表土體的峰值加速度最大,車站次之,隧道的峰值加速度最小;車站、隧道頂、底之間加速度差異隨輸入峰值加速度的增加而增大。