地铁结构抗震研究中的若干问题

摘 要：地铁的建设为我国城市解决交通堵塞问题的解决做出了巨大的贡献，我国是一个出现地震频繁的国家，但是没有对抗震方面开展深入的研究，还没有落实相应的抗震标准，而对建立的地铁结构抗震的计算形式还再使用静力理论。所以无法符合当前工程结构的要求，促使开展地铁结构抗震工作变得尤为重要。对此，本文从以下几方面进行分析，提出合理化建议，供以借鉴。

关键词：地铁抗震结构；分析；建议

因为我国土地资源有限，并且已经逐渐朝着开发地下空间的方向发展，而地铁作为结构的一种，是处理交通堵塞的重要举措，在20世纪的时候就已经有诸多地铁在运行。我国也有许多的城市在大力的扩建地铁。但是我国所处的地理位置特殊，使得我国频繁出现地震，因此建立抗震结构的地地铁变得尤为重要。对此，本文主要从地下结构抗震研究的必要性和意义、地下结构在地震作用下变形破坏的特点、地下结构抗震理论发展现状进行分析，提出合理化建议，提供给相关人士，供以借鉴。

1 地下结构抗震研究的必要性和意义

由于地面结构所得出的抗震计算方法已经在大于一百年的时间下逐渐的演变，但是相关部门没有对地下结构所存在的危险性引起必要的重视，这是由于大多数人们认为地下结构在出现地震的时候不敏感。但是在一些国家中的地震资料看出，当出现强震的时候震区下面所具有的地下结构会形成不同的损害，特别是对于一些国家在最近几年里发生的地震，对地下结构造成了非常大的损害，不管是地下铁路还是地下隧道等地方都存在大面积的损害，尤其是地铁车站损害的情况最为严重，其中大量的柱子都已经折断，混凝土出现脱落的情况，钢筋发生暴露的现象，致使地铁的周围发生大面积的坍塌，有的深度已经达到了2米多，从而使该地区的交通出现严重的瘫痪状态。

我国对地下结构的抗震要求已经具有很长的一段时间，然而还以往的静力理论，该理论不能较好的呈现出地下结构的工作特点，更无法符合对相关工程的需要。因此，科学的研究地下结构抗震已经成为研究的主要课题。

2 地下结构在地震作用下变形破坏的特点

第一，地下结构是完全埋在地下的，所形成的应力的因素不是因为惯性，而是随着地基的改变而发生变化；第二，地下结构和四周存在的介质有着不相同的刚度，因此将地震波场进行了改变，致使相关人员在对地下结构四周波场进行确定的时候存在一定的难度；第三，就地面建筑而言，通常尺度和地震所形成的波长要较小些，因此可以理解为是基础上面有着相同的运动形式。对于长型建筑来说，其基础各点不能同时运动，虽然在一定情况下可以出现相同的运动规律，除了地下结构的抗震以外还会受到其他因素所带来的影响，例如埋深、地基所具有的含水量等。

3 地下结构抗震理论发展现状

3.1 波动学方法

第一个方向是应用波动力学的方法研究结构及周圍介质的地震力状态，地基被看作是连续的弹性及粘弹性介质，隧道可以看成是具有支护的或者是无支护的空腔结构，结构的计算归结为解弹性或者粘弹性动力学问题，地震荷载可以由波动力学散射课题的解确定。一些人解决了在纵波及横波作用下线弹性介质中孔口的动应力集中问题及对于衬砌的作用问题；还有一些研究人员解决了自由面对于地下结构动应力集中的影响及多连通区域对于弹性波的散射及衍射问题。地下结构对于非平稳作用的反应对于实际工程来讲是非常具有意义的。但是总的来讲地下结构对于非平稳的波的反射问题的解析解到目前为止研究的还很不够，因此各种实验方法得到了发展。在实验方法中，线弹性动力光弹法占了较大的比重，由于实验技术方面的困难，在大多数情况下不能对于地下结构抗震来讲最感兴趣的长波反射课题进行详细的研究。对于一般空间课题的解来讲困难非常大，目前在这一领域研究的还非常不够，因为一般讲地震波长远大于地下结构横向尺寸，所以可把地震波与结构的横向相互作用动力课题化为静力课题。

3.2 复杂结构系统动力抗震法

另一个方向为复杂地下结构系统的动力抗震理论。这一理论主要研究长型的具有分支的地下隧道及管道，这时地下结构系统被看成是由弹性杆及大刚度节点单元组成的系统，地基被模拟成具有一定流变性质的连续介质，课题的任务是研究杆系结构及周围介质的共同振动。一些研究人员通过对于具体的地铁支护形式的研究，得到了一系列关于结构形式及结构与地基连接方式对于地下结构应力的影响的结论。他们研究了地铁结构的纵向及横向振动，绘制出了用于实际结构计算的表格；他们的研究结果还表明在地下结构中可能存在两种波：亚音速及超音速波；在刚性支护及柔性地基的情况下，地基的刚度及地震脉冲的持续时间对于结构的最大位移及应力影响很大；地震缝刚度的增加导致临近段位移的减少，位移幅值依赖于地震缝的刚度及各段之间连接的刚度等.并首次在建设塔什干地铁中安置测量网用于实测地铁结构对于地震的反应。在我国浅埋地下结构与应力波的相互作用研究是20世纪60年代从苏联引进的。我国的其他学者也对于地下结构的抗震进行了卓有成效的工作人员将某一地区的地铁大开车站为研究对象，从自由场的地基土变形、地震荷载的输入峰值、地震波的选择、埋深和竖向地震荷载对破坏的影响等几个方面着手，运用动力有限元法、振动台模型实验和理论分析方法对地铁结构在地震荷载作用下的响应规律和可能会发生的破坏进行了研究，得到了初步的成果。基于弹性地基梁理论建立地下结构纵向振动频响应方程，把地震看作随机过程，考虑其空间变化，研究了结构的平稳与非平稳振动。

总而言之，地铁结构所具有的抗震效果在相关领域获得了很大的成绩，然而站在波动理论的立场出发，相关人员还需要对介质以及相应的非线性特点、地面的影响等还需要进一步的探索，复杂结构理论方面会对轴向载及其相应的剪切载相互作用的情况下产生破坏模式问题等方面还需要加以澄清。而地下结构抗震的有关要求还需要进一步落实。

结束语

通过以上论述，可以得到以下结论：（1）相关人员采取静力法没有对波动的情况引起重视，这样会致使在一定程度上出现较大的差距，而且在对大截面大长度进行处理的过程中，就紧邻接地的结构及其距离地面较近的结构而言，一定要将波动效应充分的考虑其中进去。已有的波动力学手段大部分都是提取相应的模型，但是当出现强震的时候，地基及其相应的结构都会呈现出非线性的情况，所以需要对波动力学进行大量的研究。（2）当地震波顺着相应轴线进行传播的过程中，亦或是遇到横截面发生较大改变等现象，相关人员采取波动力学的方式对相应的地震应力加以确定还没有取得显著的效果，希望在未来的发展中会对该方面做好大量的研究。

参考文献

[1]刘晶波，刘祥庆，杜修力.地下结构抗震理论分析与试验研究的发展展望[J].地震工程与工程振动，2007（06）.

[2]庄海洋，宰金珉，陈国兴.土-地下结构的非线性动力相互作用——理论及应用[J].自然灾害学报，2006（06）.

[3]孙钧.岩土力学与地下工程结构分析计算的若干进展[J].力学季刊，2005（03）.