第二章 地下结构震害

第二章地下工程地震灾害与防护1、地震：因地下某处岩层突然破裂，或因局部岩层坍塌、火山喷发等引起的振动以波的形式传到地表引起地面的颠覆和摇动，这种地面运动称为地震。

、地球内部发生地震的地方称震源。

震源在地球表面的投影称为震中。

地面上任何一个地方到震中的距离称为震中距。

震源至地面的垂直距离（即震源到震中的距离），称为震源深度。

分类：浅源地震（60km 以内）中源地震（60～300km）深源地震（超过300km）地震震级是表征地震大小或强弱的指标，是地震释放能量多少的尺度，它是地震的基本参数之一。

地震烈度：是指某一地区的地面和各类建筑物遭受到一次地震影响的强弱程度。

地震波：地震引起的震动以波的形式从震源向各个方向传播。

两种体波：纵波（p波）与横波（s波）两种面波：R波和Q波地震记录：加速度面波的传播速度比体波小，振幅比体波大。

面波的能量大于体波，对结构物和地表造成的破坏以面波为主。

地震基本烈度：指50年期限内，一般建筑场地条件下可能遭遇的超越概率为10%的地震烈度。

抗震设防：小震烈度中震烈度大震烈度抗震设防烈度：按国家批准权限审定的作为一个地区抗震设防依据的地震烈度。

一般情况下，取50年期限内超越概率10%的地震烈度。

抗震设防标准：衡量抗震设防要求高低的尺度，由抗震设防烈度或设计地震动参数及建筑抗震设防类别确定。

抗震设防标准：在遭遇低于本地区设防烈度（基本烈度）的多遇地震影响时，建筑物一般不受损失或不需修理仍可继续使用；在遭遇低于本地区规定的设防烈度的地震影响时，建筑物（包括结构和非结构部分）可能有一定损坏，但不致危及人民生命和生产设备安全，经一般修理或不修理仍可继续使用。

在遭受高于本地区设防烈度的预估罕遇地震影响时，建筑物不致倒塌或发生危及生命的严重破坏。

地下工程抗震设计：首先要计算结构的地震作用，然后计算结构的地震作用效应，即地震作用下结构所产生的内力和变形。

再将地震效应与其它荷载效应进行组合，验算结构、构件强度与变形，以满足“小震不坏、中震可修、大震不倒”的设计要求地下结构的震害主要分两类：一类是由振动破坏造成的，地震作用使结构物产生惯性力，附加于静载荷之上，最终导致总应力超过材料强度而达到破坏状态。

地下结构震害及抗震分析方法综述安腾【摘要】At present, China has begun to develop underground space, especially the subway projects. Usually, the underground structure has good seismic performance, and relatively few earthquake disasters. But if the underground structure is damaged by the earthquake, it will cause serious damage and cannot be repaired. This paper mainly introduces the seismic hazard characteristics of underground structures and compared the methods of seismic analysis of underground structures, such as the reaction displacement method, free field deformation method and so on.%目前,我国开始大力发展地下空间,尤其是地铁工程.通常情况下,地下结构具有良好的抗震性能,地震灾害相对较少.但是地下结构一旦遭受地震破坏,将会带来严重损失并且难以修复.本文主要介绍了地下结构的地震灾害特征以及常用的地下结构抗震分析方法.并且对比分析了反应位移法、自由场变形法和地震系数法等的特点以及不足.【期刊名称】《价值工程》【年(卷),期】2018(037)011【总页数】2页(P244-245)【关键词】地下结构;地震灾害;抗震性能;反应位移法【作者】安腾【作者单位】榆林学院,榆林719000【正文语种】中文【中图分类】TU930 引言随着现代城市的不断发展与人口的迅速增长，人类对生活空间的需求也不断扩大，地下结构的不断发展便是其真实写照。

内容简介本书主要论述地下结构震害及其特点、地下结构抗震计算与设计方法、地下结构抗震构造措施等，具体包括地下结构抗震概论、地下结构震害、地震与地震区划、地震作用下土的动力特性及土声能动力响应计算、土-结构体系的动力相互作用、岩土中的应力波、动力计算的边界、地下结构抗震计算方法、地下结构抗震模型实验以及抗震设计原则与构造措施等。

本书包含了作者近年在该领域内的研究成果，并结合我国的实际示例介绍了地下结构抗震原理及其分析计算方法。

本书可供从事抗震工程的设计、研究人员参考，亦可作为高等院校土建专业、地下结构专业研究生及高年级学生的教学参考用书。

目录序言一序言二前言第一章地下结构抗震概论第一节引言第二节地下结构地震反应的特点第三节地下结构抗震分析方法的分类参考文献第二章地下结构震害第一节引言第二节地下铁道的震害第三节地下管道震害第四节其他地下结构的震害第五节小结参考文献第三章地震与地震区划第一节引言第二节地震成因与地震类型第三节地震波与地震观测第四节震源、震级和震中第五节地震宏观破坏现象与震害第六节地震烈度与震害指数第七节烈度衰减规律第八节场地因素对烈度影响第九节中国的地震与地震区划第十节地下结构抗震计算地震输入波的确定方法参考文献第四章地震作用下土的动力特性及土层动力响应计算第一节引言第二节土的动力本构模型第三节土的液化第四节地震作用下土层的动力响应计算参考文献第五章土-结构体系的动力相互作用第一节引言第二节土-结构相互作用体系运动方程第三节运动方程的求解方法参考文献第六章岩土中的应力波第一节引言第二节应力和应变第三节虎克定律第四节杆件中的弹性应力波第五节无限弹性介质中的应力波第六节半限弹性介质中的应力波第七节地震波在岩土介质中传播特点参考文献第七章动力计算的边界第一节引言第二节等效粘性边界第三节能量传递边界参考文献第八章地下结构抗震设计计算方法第一节引言第二节横断面抗震计算方法第三节纵向抗震计算方法……第九章地下结构抗震模型实验第十章抗震设计原则和构造措施附录：地震学大事记（典故及展望）地下结构抗震第一章地下结构抗震概论第一节引言我国是世界上的多地震国家之一。

目录一震害机理分析 (2)二震害特点 (3)三混凝土中柱震害原因 (4)1 弯曲破坏 (4)2 剪切破坏 (5)3 弯剪联合作用破坏 (5)四隧道的震害影响 (5)1 明挖区间隧道的震害 (5)2 盾构区间隧道震害 (6)地下结构震害分析隧道二班谭坤（07011227）1995年日本阪神大地震的震害显示强震也能给地下结构带来严重危害, 这次地震使得地铁区间隧道及地铁车站受到严重破坏, 甚至出现地铁车站完全倒塌的情况。

一震害机理分析地下铁道震害形态的差异与地震强度、震源距、地震波的特性、地震力的作用方向、地质条件、衬砌的构造条件、隧道与围岩的相对刚度及施工方法、施工的难易程度等有密切关系。

地震的主要或次要效应均可使地下铁道结构遭受破坏。

对于地下结构, 抗震能力的重要问题在于地基的地震变形和结构对于这种变形的适应性。

所以结构抗震设计不但要求结构在静载和地震荷载作用下具有足够的强度, 而且要求能最大程度地吸收地震产生的变形。

围岩失稳和地震惯性力作用是地铁震害的两种主要原因, 而往往第一种原因起控制作用。

围岩失稳主要指围岩的变形、差异位移、震陷和液化。

由于围岩变位, 在地铁结构中产生强制变形, 该类型的破坏多数发生在岩性变化而引起破坏较大、断层破碎带、浅埋地段或隧道结构刚度远大于地层刚度的围岩之中。

地震惯性力主要指强烈的地层运动在结构中所产生的惯性力所造成的破坏, 该类型的破坏多数发生在浅埋或明挖的车站结构, 在这些地方地震惯性力的作用表现得比较明显。

调查还表明, 浅埋结构的地震破坏比深埋结构发生的频度和程度都要高许多, 因为在浅埋地段可能受到上述双重类型的破坏作用。

国内学者根据地铁车站及区间隧道等结构在阪神大地震中出现的严重破坏情况, 采用模型试验、理论分析和数值模拟等方法多种途径相结合,其研究结论可归纳为以下几点：(1)地震时相邻地层间的相对位移是影响地下结构破坏的主要指标, 研究结果显示相对位移较大处, 地下结构破坏严重；相对位移较小处,破坏较轻, 这与实际震害相符；(2)在水平地震动作用下, 地下结构产生平时使用状态下所没有的较大的水平剪力和弯矩,使中柱中的剪力超过其抗剪强度而产生剪切破坏；(3) 竖向震动使中柱轴力大幅增加, 水平震动和竖向震动的共同作用加剧中柱的破坏。

地下结构震害与抗震对策【摘要】随着经济的高速发展和科学水平的不断提高，地下结掏在输水、油、气、排水、交通、水利、矿山、国防以及人民防空工程中起到了广泛的应用，地下结构除了腐蚀和渗漏等问题外．它最大的天敌就是地震。

本文从多方面对地下结构的震害进行探讨，并提出一些相应的措施。

【关键词】地下结构震害抗震对策一前言现今，我国已步入了地铁工程建设的黄金时期。

可是我国是一个地震频发的国家，直到目前为止，我国仍然缺少完善的地铁地下结构抗震分析方法和独立的地铁地下结构抗震设计规范。

所以，研究地下结构抗震问题具有极为重要的理论意义和工程应用价值。

二国内外地下抗震研究发展的概况地下结构抗震研究是随着地面建筑物抗震研究的发展而发展的。

在六、七十年代以前，地下结构的抗震设计基本上还沿用地面结构的抗震设计方法，只是在七十年代以后，地下结构的抗震设计才逐步形成了本身独立的体系。

而且，从七十年代后期以来，只有在日本，地下结构的抗震设计方法才在水道、沉埋隧洞以及核电厂等的抗震设计规范中得到了体现。

目前我国还缺乏专门的地下结构抗震设计规范。

50年代以前，国内外地下结构的抗震设计都是以日本学者大森房吉提出的静力理论为基础来计算地下结构的地震作用力。

60年代初，前苏联学者在抗震研究中将弹性理论用于地下结构(拟静力法)，以此求解均匀介质中关于单连通和多连通域中的应力应变状态，得出了地下结构地震力的精确解和近似解。

并且前苏联在修建贝一阿干线(BAM)地震高烈度区铁路隧道时十分重视隧道衬砌的抗震设计，在塔什干、埃里温地下铁道建设中也采用了抗震的车站和区间隧道结构。

60年代末，美国旧金山海湾地区在建设快速地铁运输系统(BART)时，对地下结构抗震进行了深入研究，他们提出了地下结构并不能抵御惯性力而是具有吸收强加变形的延性，同时还不散失其承受静载荷力等新的设计思想，并以此为基础提出了抗震设计标准。

美国在80年代洛杉矶地下铁道的设计中对地震荷载作了充分的考虑。

地下结构抗震知识点总结地下结构是指建筑物地下部分的结构，如地下室、地下车库、地下通道等。

在地震发生时，地下结构往往面临着较大的地震力作用，因此必须具有一定的抗震能力。

下面将从地下结构抗震设计的基本原理、抗震设计参数、抗震设计方法等方面对地下结构抗震的知识点进行总结。

一、地下结构抗震设计的基本原理地下结构抗震设计的基本原理是通过增加结构的抗震能力，减小地震作用对结构的影响，从而保障地下结构在地震发生时不会发生倒塌或者严重破坏。

具体来说，地下结构抗震设计需要满足以下几个基本原理：1. 增加结构的刚度：地下结构在地震发生时需要承受由地震波引起的地震力，而结构的刚度决定了其对地震力的抵抗能力。

因此，通过增加结构的刚度，可以有效提高地下结构的抗震能力。

2. 控制结构的变形：地震作用会使地下结构发生变形，因此需要通过设计合理的结构形式和控制变形的措施，减小地震作用对结构的影响。

3. 增加结构的耗能能力：地震波具有较大的能量，需要通过增加结构的耗能能力来吸收地震波的能量，减小地震作用对结构的影响。

4. 采用抗震隔震结构：抗震隔震结构是利用隔震器将地震作用和建筑物的重力分离，从而减小地震作用对建筑物的影响。

在地下结构中，通过采用抗震隔震结构可以有效提高其抗震能力。

二、地下结构抗震设计的参数地下结构抗震设计需要考虑一些重要的参数，包括地震设计参数和结构设计参数。

1. 地震设计参数：地震设计参数是指地震作用的相关参数，包括地震作用的设计地震动参数、地震烈度参数和地震作用的时间历程等。

这些参数是地下结构抗震设计的基础，需要通过地震工程领域的专业知识和经验来确定。

2. 结构设计参数：结构设计参数是指影响地下结构抗震能力的结构参数，包括结构的刚度、耗能能力、变形控制措施和抗震隔震结构等。

这些参数需要根据地震设计要求和实际工程情况进行合理选择和确定。

三、地下结构抗震设计的方法地下结构抗震设计的方法主要包括强度设计方法、位移设计方法和能力设计方法等。

地下结构震害分析及地下结构振动特征专业：建筑与土木工程学号：***********名：***地下结构由于其受到周围土体的约束，相对于地面结构而言，一直被认为具有良好的抗震性能。

因而，在很长时期呢，对于地下结构的震害分析远没有地面结构的多。

但是随着地下结构的增多，地下结构的震害频繁出现，大家开始慢慢重视地下结构的震害问题。

特别是1995年的日本阪神大地震，各种地下结构和地下设施均遭受到严重的破坏，地铁站有一大半中柱倒塌，顶板塌陷，侧墙出现大量宽大裂纹。

随着我国国民经济的高速增长，地下空间的开发利用已经成为解决城市发展问题的重要举措。

我国发达城市的地下空间开发已步入正轨，内陆的二线城市也迎来地下空间开发的热潮，我国地下空间建设的规模不断增大，在地下结构的设计及建设中贯穿抗震减灾思想显得尤为重要。

1、地下结构抗震分析简化方法（1）拟静力法又分为不考虑土与结构间的相互作用法与考虑土与结构间的相互作用法。

不考虑土与结构间的相互作用法：该方法是假定结构非常“柔”，它的变形完全与周围的土体一致，忽略结构与土之间的相互作用。

这样，只要知道土层在地震反应中的波长以及振幅，就可以求解出结构的最大应变，从而求出其内力。

考虑土与结构间的相互作用法：该法中比较具有代表性是反应位移法，在地下结构的抗震设计中应用较广，该法认为由于地下结构不可能发生共振响应，因而略去结构木身在振动中的惯性力对计算结果不会产生多大影响。

拟静力法主要用于地下线状结构物的抗震计算，如沉埋隧道、盾构隧道等。

（2）动力法又分为动力实验法和质量弹簧模型法。

动力实验法：动力试验的目的是为了了解地下结构在地震动作用下的振动及变形特性，从已进行的实验来看，主要分成两类，即室内模型试验和场地模拟试验。

质量弹簧模型法：建立模型的主要假定为在基岩面上地表层的振动特性不受隧道存在的影响，地表层的剪切振动是地层产生振动的主要因素，它对隧道中产生的地震应变影响最大。

根据质量弹簧模型算出的沿隧道长度上地表层的位移后，隧道可按地基变形为已知的弹性地基梁进行动力分析，并且可以忽略隧道本身的惯性力的影响。

地下结构振动特性及震害机理分析第一章地下结构振动特性一．地下结构动力反应特点由1995年日本发生阪神大地震,各种地下结构和地下设施均遭受到严重的破坏,明开挖施工的神户市地铁系统结构首次造成严重的破坏,其中大开站(DAIKAI)和上尺站(KAMISAWA)遭到彻底的破坏,有一大半中柱倒塌,顶板塌陷,侧墙出现大量宽大裂纹,造成地铁上方的国道路基大量塌陷,有的塌陷深度达15 m,致使日本南部交通瘫痪。

从阪神大地震和以往的震害报道中可以看出,地下结构与地面结构的振动特性有很大的不同[1]:①下结构的振动变形受周围地基土壤的约束作用显著,结构的动力反应一般不明显表观出自振特性的影响;②地下结构的存在对周围地基震动的影响一般很小(指地下结构的尺寸相对于地震波长的比例较小的情况);③地下结构的振动形态受地震波入射方向的影响很大,地震波的入射方向发生不大的变化,地下结构各点的变形和应力可以发生较大的变化;④地下结构在振动中各点的相位差别十分明显,地面结构各点在振动中的相位差不很明显；⑤地下结构在振动中的应变一般与地震加速度的大小联系不很明显;⑥地下结构的地震反应随埋深发生的变化不很明显;⑦对地下结构和地面结构来说,它们与地基的相互作用都对它们的动力反应产生重要影响,但影响的方式和影响的程度则是不相同的。

二、地下结构动力分析方法简介研究结构动力分析方法可概括为理论方法、原型测量和室内实验三类。

其中室内实验主要是对地基土的物理力学性质的测定，以确定理论分析模型的参数。

由于对无限地基辐射阻尼模拟的困难，模型试验方法并未得到显著的发展。

原型测量包括激振试验和强震观测两个方面，近年来得到了一定的发展，但在验证地下结构动力分析问题的理论模型方面的研究成果还不多。

在理论方法中按求解方法分，主要有解析法、数值法以及数值一解析结合法等.由于解析法要求简单规则的边界条件及均匀(或简单层状)的介质特性，与工程实际相比，有一定的局限性，这样就使数值法和数值一解析结合法成为更加广泛应用的手段。