可液化土层中地下车站的地震反应分析_王刚
地震对地下铁路与隧道的影响及应急修复
地震对地下铁路与隧道的影响及应急修复地震是自然灾害中的一种，它对地下铁路与隧道造成的影响通常是灾难性的。
地下铁路与隧道是城市重要的交通设施，如何及时做好地震应急修复工作对于恢复城市正常交通运行至关重要。
本文将重点探讨地震对地下铁路与隧道的影响及应急修复措施。
1、地震对地下铁路与隧道的影响
地震通常会导致地下结构物受到水平和垂直方向的振动，从而对地下铁路与隧道产生一系列直接或间接的影响。
首先，地震可能导致地下铁路与隧道结构的损坏，例如墙体开裂、管道破裂等；其次，地震可能导致地下设备的损坏，如电力系统、通信系统等；再次，地震可能导致土体液化，进而影响地下铁路与隧道的稳定性。
总之，地震对地下铁路与隧道的影响主要表现为结构破坏、设备损坏和土体液化等方面。
2、地震应急修复措施
地震一旦发生，地下铁路与隧道可能会受到不同程度的影响，因此需要及时采取应急修复措施。
首先，第一时间需要确定地下铁路与隧道受损情况，进行紧急评估；其次，要组织专业队伍进行抢险救援，清理垮塌物、疏通通道；再次，要开展维修工作，修复受损结构和设备；最后，要进行必要的防范措施，加固地下铁路与隧道的结构，提高其地震抗震性能。
综上所述，地震对地下铁路与隧道造成的影响是不可忽视的，而应
急修复工作又至关重要。
只有在地震发生后，能够迅速做好应急修复，才能最大限度地减少地下铁路与隧道的损失，保障城市交通的畅通。
希望相关部门能够重视地下铁路与隧道的地震风险，加强防范和准备
工作，做好地震应急修复准备，确保城市的安全和稳定。
地下车站抗震案例分析
地下车站抗震案例分析发表时间：2017-06-26T15:25:19.910Z 来源：《基层建设》2017年5期作者：谢特赐[导读] 地铁作为百年工程，关系国计民生，地铁结构必须满足抗震的要求。
本文以某地下车站为例，采用非线性时程分析法对地下车站抗震有限元计算。
广州地铁设计研究院有限公司 510010摘要：目前是我国轨道交通行业快速发展的时期，地铁建设如火如荼。
地铁作为百年工程，关系国计民生，地铁结构必须满足抗震的要求。
本文以某地下车站为例，采用非线性时程分析法对地下车站抗震有限元计算。
关键词：轨道交通；车站；抗震；非线性时程法1、案例概况本文以某沿海城市地铁1号线某车站为例。
该车站采用明挖法施工，为地下两层12m岛式站台车站，采用地下两层双柱三跨钢筋混凝土框架结构。
本工程抗震设防分类为乙类，抗震等级为三级，按7度抗震设防烈度要求进行抗震计算。
2、抗震分析抗震设计中地震效应的计算方法有反应位移法，地震系数法，弹性时程方法，非线性时程方法等。
根据规范要求，采用反应位移法和时程分析法进行抗震效应计算。
本文仅介绍采用非线性时程分析法对车站进行有限元抗震计算。
由于本站分布均匀、规则且纵向较长，结构分析采用平面应变分析模型。
2.1计算模型建模时取1延米平面框架，柱按抗弯刚度等效原则转化为墙，根据抗弯刚度等效原则计算等效墙厚。
岩土采用平面应变单元、结构采用梁单元进行有限元建模。
岩土采用摩尔-库伦理想弹塑性模型，结构采用线弹性模型。
岩土单元的尺寸约为1m×1m，以满足动力分析的要求。
计算模型底面采用固定边界，侧面采用粘性人工边界。
模型底面取至<17-2>号散体状强风化花岗岩层面，顶面取地表面，侧面边界到结构的距离取结构水平宽度的3倍。
计算模型2.2计算地震波本文选择3组地震波进行计算：结语：非线性时程分析法进行抗震分析，能够计算地下结构的抗震能力，指导结构设计和施工。
实际施工时，需要采取必要的抗震构造措施，在薄弱部位进行加强，完善结构受力转换体系，保证结构承载力和安全性，采取必要的辅助施工措施，同时优化施工步序和现场组织。
软土地区换乘车站抗震设计分析
0引言随着我国轨道交通工程建设的不断发展，地铁交通也成为公共交通中越来越重要的组成部分，作为百年工程，无论是从公众人身安全角度，或者城市建设经济效益方面，都需要保证地铁车站在各种工况下的安全。
而作为地铁相交线路的网络节点—换乘站，结构受力等方面更加复杂，人员更加集中，一旦遭受破坏将带来更大的社会影响及损失[1]。
近年来，地震灾害较为频繁，带来较大的损失，而根据地铁设计计算，针对地震荷载作用下的车站受力进行分析，从而指导车站设计及建设，对于保证车站安全具有很重要的意义。
根据《城市轨道交通抗震设计规范》（GB50909-2014），车站地震验算推荐使用反应位移法和时程分析法。
其中反应位移法因为计算简单而受到广泛使用，但对于换乘车站，尤其在交叉换乘节点处，车站受力特性复杂，仅采用二维的反应位移法计算不能得到较准确的结果。
因此需采用三维时程分析方法针对换乘车站进一步分析。
目前关于车站的抗震计算分析，国内针对不同的城市、地层条件、车站形式做了具体的研究。
黄伟[1]根据郑州地铁6号线龙湖北路T型换乘站位例进行计算分析，结果表明，车站结构的开口断面和标准断面内主要部位的受力规律基本一致，但断面内两种分析方法计算结果之间表现出一定差异性。
吕娇娇等[2]针对处于软土地区的天津地铁10号线典型车站的抗震进行的分析，考虑使用过程中可能出现的各种荷载组合，分别用反应位移法和时程分析法进行了计算，得出车站在不同工况下的受力特性，在水平地震作用下的换乘车站结构型式变化处，抗震工况将起控制作用。
朱雯蕾等[3]以青岛地铁某明挖车站为例，通过建立二维数值模型，并对复杂节点建立三维模型，经计算对比，结果表明地震工况对车站结构配筋不起控制作用。
龚易洁[4]采用大型通用有限元计算软件ADINA，对合肥地铁某换乘车站地震动力响应进行数值模拟计算与分析，研究车站地震工况下的内力及配筋、构造措施。
本文结合南京软土地区5号线与9号线换乘的下关站抗震受力进行分析，分别采用反应位移法和时程分析法进行验算，分析其受力特性。
地下地铁车站抗震浅析
地下地铁车站抗震浅析发布时间：2022-04-29T10:00:13.086Z 来源：《工程建设标准化》2022年37卷第1月1期作者：姬仁楠何锋[导读] 本文以某地区城市轨道交通地下地铁车站为背景姬仁楠何锋（中交铁道（武汉）建设科技有限公司湖北武汉 430056）摘要: 本文以某地区城市轨道交通地下地铁车站为背景，利用反应位移法对其地震作用下的部分指标进行抗震分析。
结果表明，在设防地震和罕遇地震下，车站结构的地震作用响应均能满足规范要求。
计算结果已为该车站的抗震设计提供依据，且分析方法可为同类型地下站提供参考。
关键词: 地下地铁车站；反应位移法；设防地震；罕遇地震1·工程概况某轨道交通工程地铁车站为地下二层岛式站台车站，站台宽度12m。
车站外包总长218m，标准段宽21.7m，高13.24m，结构标准段采用地下两层双柱双三跨钢筋混凝土框架箱型结构，地下一层为站厅层，站台层布置在地下二层。
车站顶板覆土3m左右，底板埋深约16.44~18.32m。
本工程抗震设防分类为乙类，抗震设防烈度为6度。
场地类别为Ⅲ类。
地震动峰值加速度为0.05g，场地地震动峰值加速度调整系数为1.3，故本场区基本地震动峰值加速度αmax为0.065g，场地基本地震加速度反应谱特征周期为0.45s。
框架抗震等级为二级。
图1.1 车站断面布置图2·抗震设防目标结合《地铁设计规范》（GB50157-2013）及《城市轨道交通结构抗震设计规范》(GB 50909-2014)中对不同类型地铁结构抗震的相关设防目标的要求，本工程抗震设防目标设定如下：1）Ⅰ级目标：结构在重现期为100年的地震作用下不破坏，完全保证其正常使用功能，结构处于弹性工作状态，完全不影响运营及行车安全。
（50年设计基准期超越概率40%，多遇地震）2）Ⅱ级目标：结构在重现期为475年的地震作用下，不破坏或轻微破坏，应能够保持其正常使用功能；结构处于弹性工作阶段，不应因结构的变形影响正常运营，不因结构变形导致轨道的过大变形而影响行车安全。
混凝土动弹模对地铁车站结构地震响应影响的分析
混凝土动弹模对地铁车站结构地震响应影响的分析摘要:建立了地铁车站结构的三维计算模型,研究了混凝土动弹性模量对地铁车站结构三维地震响应的影响,确定了在进行地铁车站结构抗震分析时混凝土动弹性模量的合理取值。
该结论可为地铁车站结构的抗震设计提供参考。
关键词:地铁车站结构;三维计算模型;动弹模;地震响应0引言地铁工程是生命线工程的重要组成部分,其抗震问题已经成为城市工程抗震和防灾减灾研究的重要组成部分。
1995年日本阪神地震清楚地表明:在地层可能发生较大变形和位移的部位,地铁等地下结构可能会出现严重的震害,因此对其抗震问题应给予高度重视。
影响地铁车站结构等地下结构动力响应的因素颇多,材料参数的选取如混凝土动弹性模量的取值就是其中之一。
在地震等冲击荷载作用下,材料的强度会有提高,提高的幅度与冲击荷载的幅值及频率等因素有关。
郑永来[1]对混凝土材料进行动力试验表明,混凝土的动弹模比静弹模量高出30~50%。
杨林德[5]、杨超[3]、刘齐建[4]、王国波[5]等在研究上海市典型软土地铁车站结构地震响应时均根据文献[1]的研究成果取平均值(动弹模提高40%)。
本文拟在上述研究成果的基础上,研究混凝土动弹模对地铁车站结构地震响应的影响,得到在对地铁车站结构进行抗震分析时,混凝土动弹模的合理取值,为地铁车站结构抗震设计提供参考。
1地铁车站结构的三维计算模型[4]1.1计算范围图1为典型地铁车站剖面图,由图可见,地铁车站结构是一两层三跨的框架结构,水平横向宽21.24m,高12.39m,水平纵向长112m(纵向柱距8m,共13根柱子)。
土柱状图见图2所示,物理力学性质参数见表1。
根据文献[5]提出的三维计算方法,水平横向的计算宽度取车站结构5倍的横向宽度(结构左右两侧土体均取2倍的车站结构横向宽度),水平纵向计算长度取车站结构纵向长与4倍的车站结构横向宽度之和(即车站结构前后土体的长度各取2倍车站结构横向的宽度),深度取70m。
地震对地下地铁隧道工程的影响
地震对地下地铁隧道工程的影响地震是地球上常见的自然灾害之一，它不仅对人类生活和建筑物产生严重影响，也会对地下地铁隧道工程的安全性和稳定性带来挑战。
本文将探讨地震对地下地铁隧道工程的影响和相关的防护措施。
1. 地震对地下地铁隧道工程地基的影响地震会导致地下地铁隧道工程所在地地基的动态变化，包括土壤的液化、沉降和侧移等。
液化是指土壤由于地震引起的振动而失去履力，变为类似液体的状态。
这种现象会导致地下隧道的沉降和变形，进而威胁到隧道工程的安全性。
2. 地震对地下地铁隧道工程结构的影响地铁隧道工程的结构包括地下隧道本身以及相关的支撑结构。
地震会对这些结构产生巨大的振动力和位移力，进而损害隧道的结构完整性。
地震可能导致地下隧道的坍塌、裂缝和变形等，对乘客和设备安全构成潜在威胁。
3. 地震对地下地铁隧道运行的影响地震发生时，地下地铁隧道可能会受到震动的冲击，从而影响其正常运行。
隧道内的轨道、信号系统和相关设备可能会受到破坏，导致列车停运或运行受阻。
此外，如果地震造成地面道路塌陷或地面塌方，地铁进出口可能被阻断，使运营受到极大影响。
4. 地震对地下地铁隧道工程的防护措施为了减缓地震对地下地铁隧道工程的影响，一系列防护措施应当采取。
首先，隧道的设计和建设应考虑到地震的因素，采取可靠的结构设计，以提高地震抗力。
其次，隧道的施工过程中应加强地质勘察和土壤处理，以避免地震引起的液化现象。
此外，隧道的支撑结构应具备一定的弹性和抗震性能，能够承受地震所带来的振动力。
5. 地震对地下地铁隧道工程的监测和维护为了及时了解地下地铁隧道工程的变化情况，应进行地震监测和结构维护工作。
地震监测系统可以实时检测地震活动和隧道结构的变化情况，提前采取措施以防止灾害事故的发生。
同时，定期的结构维护和检查可以确保隧道的稳定性和安全性。
总结起来，地震对地下地铁隧道工程造成的影响是不可忽视的。
为了减轻地震带来的风险，隧道的设计和建设需充分考虑地震因素，采取相应的防护措施。
轨道交通工程地下车站结构抗震设计
轨道交通工程地下车站结构抗震设计摘要：随着我国城市化进程的不断加快，人们生活质量和周边环境也发生了翻天覆地变化。
随着城市人口数量的增长，城市腰痛压力越来越大，轨道交通工程地下车站的出现有助于环节交通压力。
但轨道交通不仅要满足运输功能，还要有一定安全性和抗震能力。
本文以A市B地下车站为例，展开地下车站抗震设计分析，分析结果可作为后续地下车站抗震设计相关参考。
关键词：轨道交通工程；地下车站；结构；抗震设计引言现代化城市建设过程中，城市轨道交通不仅要具备良好的运输能力，还要在设计方面充分考虑其抗震性能和安全性。
地下车站结构施工要严格按照国家规定相关抗震设计标准进行设计，如此不仅能提升地下车站抗震性能，还能为日后城市的健康、可持续发展奠定良好基础。
一、抗震设防目标（一）抗震设防类别、烈度与等级根据《城市轨道交通结构抗震设计规范》的相关要求，城市轨道交通结构应划分为：标准设防类；重点设防类；特殊设防类，三个抗震设防类别。
标准设防类：抗震措施应按本地区抗震设防烈度确定；地震作用应按现行国家标准《中国地震动参数区划图》GB 18306规定的本地区抗震设防要求确定；重点设防类：抗震措施应按本地区抗震设防烈度提高一度的要求确定；地震作用应按现行国家标准《中国地震动参数区划图》GB18306规定的本地区抗震设防要求确定；对进行过工程场地地震安全性评价的。
应采用经国务院地震工作主管部门批准的建设工程的抗震设防要求确定，但不应低于本地区抗震设防要求确定的地震作用；特殊设防类：抗震措施应按本地区抗震设防烈度提高一度的要求确定；地震作用应按国务院地震工作主管部门批准的建设工程的抗震设防要求且高于本地区抗震设防要求确定[1]。
抗震设防地震动峰值加速度与抗震设防地震动分档和抗震设防烈度之间对应关系如表1所示。
表1：抗震设防地震动峰值加速度与抗震设防地震动分档和抗震设防烈度之间对应关系（二）论证对象的判定根据住房和城乡建设部印发的《市政公用设施抗震设防专项论证技术要点（地下工程篇）》的相关规定，轨道交通地下车站建筑面积超过10000㎡的可以判定该地下车站工程可以作为单体工程进行抗震专项论证分析。
可液化的灵敏性土对地基处理设计方案的影响分析
可液化的灵敏性土对地基处理设计方案的影响分析发布时间：2021-08-05T10:27:49.870Z 来源：《建筑实践》2021年9期作者：闫秀英[导读] 避免因此类特殊地层导致桩基施工质量不理想而产生经济损失。
闫秀英山西冶金岩土工程勘察有限公司，山西太原 030002 摘要:本文以某地区可液化的灵敏性土层对地基处理的影响为例；结合工程实例得出在该地层桩基施工中存在的问题，为今后类似地层的地基处理过程中提供一些经验参考。
避免因此类特殊地层导致桩基施工质量不理想而产生经济损失。
关键词:液化土;灵敏性土;地基处理;桩基0 引言土的灵敏度是指在不排水条件下，原状土的无侧限抗压强度（本质上是抗剪强度）与重塑土（完全扰动即土的原结构完全破坏但土体含水量不变）的无侧限抗压强度之比。
当土体受到扰动时，如开挖、震动、打桩等，结构强度很容易受到破坏，而使土的强度显著降低，压缩性大大增加，这种变化用土的灵敏度表示。
根据灵敏度可以将黏性土分为低灵敏度、中灵敏度、高灵敏度。
灵敏度越高结构性越强，受扰动后强度降低越多。
对于中、高灵敏性土，要特别注意避免扰动否则，土的物理、力学性质指标变化极大，对工程不利【1】。
液化是指饱和的粉、细砂在时间短、强度大的地震荷载作用下，体积受到压缩，孔隙水压力急剧上升，同时由于振动内摩擦角?值也大为降低，这些作用可使抗剪强度τf=0，整个地层就像液体一样振荡，这就称为饱和粉、细松砂的振动液化，粉土也有这种特征。
液化区很高的水压力产生自下而上的渗流，当动水压力大于土的浮重度时，又会造成上部土层新的液化，这种类型的液化称为间接液化。
如果地下孔隙水压力极大，甚至大于远大于上覆地层的自重压力，此时就会产生严重的喷水冒砂现象及大面积的地层塌陷【1】。
在太原南部小店区、综改区、清徐县区域存在可液化灵敏性土层，多为中等到严重液化，中-高灵敏性土。
对该地层进行地基处理时出现很多问题，如采用碎石桩处理时，处理后的复合地基承载力特征值提高不明显有的甚至比天然地基承载力特征值还小；CFG桩施工时出现窜孔、缩径等，桩基施工后单桩极限承载力标准值达不到设计值等问题。
地铁车站结构抗震分析
地铁车站结构抗震分析摘要：随着城市化的进程，各个城市的规模日益扩大，进几年来各个城市对城市轨道交通建设的投入也不断加大。
过去人们普遍认为，地下建筑结构具有良好的抗震性能。
然而近年来世界各地已发生的地震灾害中，发现很多地下结构也遭受了不同程度的破坏，甚至部分出现了很严重的破坏。
目前地铁抗震设计主要参考《城市轨道交通结构抗震设计规范》(GB 50909-2014)进行抗震计算。
本文将以浙江金华地铁工程的某个地下车站为例，采用“I反应位移法”分析地震作用的工况，并提出一些抗震方面的意见和建议。
关键词：城市轨道交通；抗震性能；反应位移法；地震作用工况1 车站抗震设计概况1.1工程概况地铁车站为金华-义乌-东阳市域轨道交通工程一个站。
车站为地下一层侧式车站，主体结构为地下一层单柱双跨钢筋混凝土框架结构，标准段宽度为17.6m，顶板覆土厚度2.8-3.2m，底板埋深12.1m，车站总长291.1m。
车站结构采用明挖法施工。
图一：车站标准横断面1.2抗震设防目标依据住房和城乡建设部下发的《市政公用设施抗震设防专项论证技术要点（地下工程篇）》及《城市轨道交通结构抗震设计规范》（GB50909-2014），并考虑到轨道交通地下车站的重要性和震后修复难度，抗震设防目标如下：（1）结构在遭受相当于本工程抗震设防烈度的地震影响时，即475年一遇地震动作用下，不破坏或轻微破坏，应能够保持其正常使用功能，结构处于弹性工作阶段，不应因结构的变形导致轨道的过大变形而影响行车安全；（2）结构在遭受高于本工程抗震设防烈度的罕遇地震（高于设防烈度1度）影响时，即2450年一遇地震动作用下可能破坏，经修补，短期内应能恢复其正常功能，结构局部进入弹塑性工作阶段。
475年一遇地震作用，对应50年超越概率10%地震作用，即《城市轨道交通结构抗震设计规范》（GB50909-2014）中E2地震作用。
2450年一遇地震作用，对应50年超越概率2%地震作用，即《城市轨道交通结构抗震设计规范》（GB50909-2014）中E3地震作用。
地震作用下层状土中地铁车站变形规律研究
1
引
言
断增多、 震害频繁出现， 地下结构抗震问题日益受 到人们的重视。 在 1995 年日本阪神大地震中， 大 其中以大开地铁车站的 量地下结构遭到严重破坏，
随着地下空间的大规模开发， 地下结构数量不
*
1120 （ 修改稿） 收稿日期： 2012）， 作者简介： 潘东旭（ 1981男， 北京人， 博士生， 主要从事岩土工程与地下工程方面的研究工作 。 Email： p_pdx@ emails． bjut． edu． cn No． 51038009 ） ； 北京市自然科学基金重点项目（ No． 8111001 ） 基金项目： 国家自然科学基金项目（ No． 41272337 ，
（ 1 ． Institute of Geotechnical and Underground Engineering，Beijing University of Technology，Beijing 100124 ，China； 2 ． Beijing Urban Construction Exploration ＆ Surveying Design Research Institute Co． Ltd，Beijing 100101 ， China； 3 ． China Geological Environmental Monitoring Institute，Beijing 100081 ，China） Abstract： By using finite difference numerical analysis software FLAC，by simplifying the model and soil inforBeijing hotel measuring point at northsouth direction earthquake in dynammation ，to input the Tangshan earthquakeic time course the deformation of the subway station in layered soil is studied； simultaneously， the deformation calculation results are put into the SAP model to calculate the structural internal force． Taking a station of Beijing subway line 16 for example，the numerical simulations analysis of earthquake response was carried out． Studies show that the structure side wall deformation in homogeneous soil is obviously greater than that in double soil，and the sidewall deformation curve slope is significantly different in different soil layers． The structure sidewall displacement increases linearly with the interface depth when the hard and soft soil interface moves from roof to the floor． Hard and soft soil interface is located below the floor that is the station structure in the same soil layer，structure sidewall displacement is reduced with the increase of the distance from the hard and soft interface． Keywords： subway station ； numerical analysis； earthquake response； layered soil； hard and soft soil interface
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第33卷 第10期 岩 土 工 程 学 报 Vol.33 No.10 2011年10月 Chinese Journal of Geotechnical Engineering Oct. 2011
可液化土层中地下车站的地震反应分析 王 刚1，张建民2，魏 星3 （1. 二滩水电开发有限责任公司，四川 成都 610051；2. 清华大学土木水利学院，北京 100084； 3. 西南交通大学土木工程学院，四川 成都 610031）
摘 要：由于液化后应力应变行为模拟的困难及数值计算的不稳定性，可液化土层中地下结构的动力反应分析是岩土工程的难点课题之一。基于作者提出的能够模拟饱和砂土液化后大应变响应的弹塑性循环本构模型，采用完全耦合的饱和土动力反应分析程序，对阪神地震中破坏的大开车站进行分析，说明考虑液化变形的土与地下结构动力相互作用分析方法及其有效性。从饱和砂土单元在液化过程中的应力应变响应角度，揭示了地层和车站的大剪切变形与饱和砂层液化程度的关系，分析了大开车站地震破坏的原因。 关键词：地下车站；液化；地震反应分析；数值模拟
中图分类号：TU435 文献标识码：A 文章编号：1000–4548(2011)10–1623–05 作者简介：王 刚(1978– )，男，博士，高级工程师，主要从事岩土本构理论、数值分析等方面的研究。E-mail: cewanggang@163.com。
Seismic response analysis of a subway station in liquefiable soil WANG Gang1, ZHANG Jian-min2, WEI Xing3 (1. Ertan Hydropower Development Company, LTD, Chengdu 610051, China; 2. School of Civil Engineering, Tsinghua University, Beijing 100084, China; 3 School of Civil Engineering, Southwest Jiaotong University, Chengdu 610031, China) Abstract: Soil-structure dynamic response analysis in liquefiable soil is a difficult problem due to the difficulty of modeling the post-liquefaction behavior and the instability of numerical calculation. A cyclic elasto-plasticity model developed by the authors, which can describe the large strain behavior during an entire liquefaction process, has been implemented in a fully coupled finite element program. The seismic response of Daikai subway station subjected to the 1995 Hyogoken-Nambu Earthquake is investigated to illustrate the philosophy of soil-structure dynamic response analysis with emphasis on soil liquefaction and also to validate its effectiveness. The calculated stress-strain curves and effective stress paths of typical soil elements are given to reveal the relationship of the large lateral deformation of the station and surrounding soil with the liquefaction extent of sandy stratum. It is found that liquefaction-induced large deformation may be the main reason causing serious damage to the Daikai station during the earthquake. Key words: subway station; liquefaction; seismic response analysis; numerical modeling
0 前 言 1995年日本阪神地震对地铁车站及区间隧道造成了严重的破坏。神户市内的18座地铁车站，有5座车站受到明显的破坏，以大开车站的破坏最严重。Iida等[1]通过分析大开车站结构的破坏型式，认为是
地震中一个沿横断面方向施加在结构上的大水平剪切力导致了车站的破坏。在该水平力作用下，箱形结构的顶部相对于底部的过大位移使得中柱在剪切和弯曲的作用下破坏，中柱的破坏使得整个箱型结构在上覆土重下压坏（见图1）。Iida等[1]认为这个很大的横向
水平力来源于周围土层在车站顶部高程和底部高程的相对位移。震害调查发现[1]，大开车站的一个通气塔
在地下约4 m处发生了沿横向的多达3 cm的错动位移，更加证实了地层在横向有较大的错动位移。 为了解释大开车站的破坏原因，一些学者对大开车站进行了地震反应分析[2-6]。他们研究的侧重点都是
结构，而对于引起结构产生过大位移的周围土层的考虑显得过于简单。对于土都采用等效线性模型或直接非线性模型（Ramberg-Osgood模型），没有考虑土的弹塑性和剪胀性，同时也没有进行土水耦合分析。地质调查表明该处的地下水位较高，且车站周围存在可液化的饱和砂土层，震后地铁车站在底板和侧墙的裂─────── 基金项目：国家“973”计划项目（2010CB732103） 收稿日期：2010–07–311624 岩 土 工 程 学 报 2011年 缝和接缝处均出现了渗水的现象。为了使结构产生足以导致破坏的振动变形，上述研究中计算的土层和结构的振动响应都较大（最高达1125 Gal），影响了他们对大开车站破坏原因解释的可信度。 与地上结构不同，地下结构被周围地层包围，其变形受周围土体的约束，在振动过程中，由于动力相互作用地下结构被强制发生与周围土层相适应的变形。本文基于一个能够模拟饱和砂土液化前后的应力应变响应的弹塑性循环本构模型，采用基于饱和土动力固结理论的分析方法，定量地预测液化引起的地层相对变形，来解释大开车站破坏的机理，同时说明边值问题中液化变形的合理模拟方法及其有效性。 图1 大开车站站台典型断面破坏型式 Fig. 1 Damage profile of Daikai station 1 液化变形的数值模拟方法 饱和土震动液化过程实质上是一个伴随着土骨架与孔隙水相互作用的动力固结过程。对震动液化过程进行合理的数值模拟应该采用基于饱和土动力固结理论的完全耦合的动力反应分析程序，以及一个可以模拟饱和砂土整个液化过程中（包括液化前和液化后）应力应变响应的本构模型。 本文的程序为DIANA-SWANDYNE II[7]。该程序是国际上著名的、应用广泛的饱和土动力固结分析程序，可以求解二维的稳定渗流问题、静动力固结问题。 砂土的应力应变行为采用作者提出的本构模型来描述[8-9]。该模型通过对剪切引起的可逆性和不可逆性体变的描述，根据体变分量的体积相容性条件，可合理模拟饱和砂土液化后循环剪切下剪应变的发展过程和液化后排水再固结体变的累积过程。该模型对排水和不排水条件都适用，尤其是在模拟液化后大变形方面有优势，共有11个模型参数。笔者[8-10]已将该饱和砂土循环本构模型添加到SWANDYNE II程序中，并进一步发展了该程序的局部应力积分算法和总体求解方案，增强了该程序求解非线性问题的稳定性，尤其是液化问题的能力，并且通过对离心模型试验的模拟验证了程序的模拟能力。 2 有限元分析模型 表1给出了大开车站所处的地层分布及性质，从上到下为回填土层、冲积黏土层、冲洪积砂层、洪积黏土层和洪积砂砾。地下水位约在地下5.6 m处。 图2给出了大开车站的有限元网格及与地层的关系。根据土层的材料性质，第七层砾石层的剪切波速Vs＝453 m/s，远大于上覆土层，可将其取作底边界，
在此输入基岩地震波。水平的计算范围取车站向两侧延伸50 m。令网格左右两侧同一高程的结点取相同的运动自由度，使它们在地震过程中的水平运动和竖向运动保持一致，以模拟远场的振动响应。 结构及地下水位以上的土层采用8结点位移单元离散，地下水位以下的土层要考虑振动过程中土骨架和水的相互作用，采用8-4结点的位移孔压耦合单元离散。地下水位处为孔隙水压力的零边界，侧边界和底边界以及车站的外壁都设为不透水边界。 车站为钢筋混凝土结构，将钢筋混凝土假设为均匀材料，用线弹性模型模拟。根据经验取其弹性模量为25 GPa，泊松比为0.167。由于采用平面应变模型，而中柱沿纵向的厚度为1 m，间距为3.5 m，因此，将中柱材料的模量降低至1/3.5，以近似等效模拟中柱的抗压、抗剪和抗弯刚度。 大开车站的地层一共有3类：砂土、黏土和砾石。对于黏土和砾石只模拟它们循环应力应变曲线的非线性和滞回特性。可通过简化砂土模型来模拟，设剪胀参数均为零，不考虑剪切引起的体积变形。简化模型只有四个参数：初始弹性模量G和K，塑性模量系数h和强度参数Mf,c。塑性模量系数h和强度参数Mf,c，
参考模量随剪应变的衰减规律确定。根据表1的土层性质数据，确定出简化模型的参数见表2。 表1 大开车站地层及性质 Table 1 Characteristics of soil stratum at Daikai station 土层编号性质厚度
/m SPT-N
Vs
/(m·s-1)
G /100 kPaρ
/(g·cm-3)
一 填土2.28 188 633 1.8 二 黏土1 8 199 633 1.6 三 砂土5.88 183 633 1.8 四 黏土1.19 197 696 1.8 五 砾石2.418 240 1212 2.1 六 黏土4.7513 228 934 1.8 七 砾石>1090 453 4391 2.1