强震作用下饱和软土场地地下结构动力灾变机理及震后固结效应研究

For the particularity and complexity of soft soil mechanical characteristics，more extensive and intensive studies are still needed on seismic disaster mechanism and post-earthquake time effect of underground structure embedded in saturated soft soil foundation. The project is proposed on the background features of previous research relating to both seismic and post-earthquake mechanical behavior of interaction system including saturated soft soil foundation and underground structure. Fully coupled effective stress analyses are to be employed as primary technical means. Specifically，double-floor subway station will be selected as the typical underground structure in the project. A fully unified static-dynamic coupled numerical model of interaction system for both seismic and post-consolidation analyses, will be established and improved by developing the subroutine of soft soil bounding surface model based on return mapping algorithm, and using Biot's theory of u-p formulation. The coupled numerical analyses will be objectively verified and complemented by geotechnical laboratory triaxial experiments and shaking table model tests. Furthermore, a series of parametric studies of interaction system will be performed to intensively investigate the seismic disaster mechanism,failure mode and subsequent time effect of post-earthquake consolidation. The studies will be of great theoretical and practical significance for understanding seismic hazard of underground structure embedded in saturated soft soil field, and developing effective computation technique as well as numerical method.

因软土力学性质的特殊性和复杂性，饱和软土场地中地下结构动力灾变和震后固结机理认识仍需完善深入。本课题从已有研究成果现状和特点出发，拟将以完全耦合有效应力数值分析为主要手段，具体选取双层地铁车站结构为典型地下结构型式，采用应力映射回退隐式积分算法，编写可考虑结构性和各向异性的软土静力-动力统一边界面塑性本构模型子程序，并基于u-p格式广义Biot固结理论，建立和发展分析饱和两相软土场地-地下结构体系非线性地震反应和震后固结效应的统一数值模型和高效计算方法。同时在与土工试验、普通振动台实验技术相互结合与验证基础上，进一步通过参数化外推数值分析，全面深入揭示饱和软土场地地下结构动力破坏机理和失效模式，及震后固结时间效应规律。这对于加深软土场地地下结构震害认识，建立有效数值模拟技术和实用分析方法具有重要的理论价值和实践意义。

从已有研究成果现状和特点出发，以完全耦合有效应力数值分析为主要手段，同时与土工试验和普通振动台实验技术相互结合与验证基础上，具体选取双层地铁车站结构为典型地下结构型式，针对饱和软土场地地下结构动力破坏机理和失效模式，及震后固结时间效应规律进行了较为系统的研究。具体包括如下内容：. (1) 设计并完成了一组1：30比尺的饱和软土场地地铁车站结构地震反应特性大型振动台模型试验，并对场地加速度、动孔压比、地表位移和接触动土压力等规律进行了初步分析。. (2) 完成了对各试验工况进行数值建模分析并进行对比验证，开发完成了对应OPENSEES平台外挂GID接口后处理程序。. (3) 采用经试验验证的饱和全耦合真实有效应力控制方程体系建立足尺描述的饱和软土原型场地地铁车站结构动力相互作用体系有限元数值模型，完成了各土性参数因素变化对强震作用引起的地下结构动力响应各指标敏感度分析。. (4) 完成了变化地下结构埋深及软土夹层深度和厚度等因素对饱和软基场地中地铁车站结构地震响应和破坏特征的影响规律分析。. (5) 完成构建了饱和软土地基中地下结构进行基于性能参数的易损性分析流程方法，完成对不同场地类别和不同饱和软土夹层场地中地下结构抗震性能评估分析。. (6) 完成了一种基于蒙特卡洛算法和随机理论的地震风险评估方法构建。基于Ontology本体理论和语义网规则，完成了饱和软土地铁车站地震风险评估的智能化知识库构建与平台研发。. (7) 完成了地铁车站地震分析和震后固结沉降简化预测一体化方法流程构建和对比分析。在此基础上，采用ontology本体理论和语义网技术，进一步研发构建了饱和软土场地中地铁车站震后固结沉降预测方法与智能知识库。. 这对于加深软土场地地下结构震害认识，建立有效数值模拟技术和实用分析方法具有重要的理论价值和实践意义。