城市轨道交通大型复杂地下结构的地震灾变机理及抗震设计理论研究

There is available aseismic design methods applied to common simple cut-and-cover underground structure subject to earthquake action. However, the knowledge is still insufficient about the seismic behaviors of large complicated underground structures, such as transfer metro stations and stations with side spans built by cut-and-cover method, normal and transfer metro stations built by tunneling method, subject to complicated earthquake environment. In this proposal, the nonlinear dynamic response behaviors, damage mechanisms, failure modes, and.anti-seismic performance of large complicated underground structures in urban rail transit system, under the action of inclined incident body waves (inclined incident S and P waves) will be investigated by theoretical analysis, 3D nonlinear numerical simulation, and large scale model test. The effect of seismic incident angle, the seismic wave types and motions combined by them, the soil overburden (depth) and non - homogeneous property of soil, on the dynamic response and seismic performance of large complicated underground structures in urban rail.transit system, will also be analyzed. The anti-seismic capacity of different types of large complicated underground structures in urban rail transit system will be discussed. In accordance with the failure mode, the damage mechanism and the seismic performance of underground structures, capacity parameters and the corresponding performance based calculation approach will be proposed to improve performance based seismic design theory and methods. The research of the proposal is vital, in both scientific significance and practical application.

常规简单的明挖地下结构和区间隧道的抗震设计已有较成熟的方法，但对像明挖复杂换乘车地铁车站、附加边跨层的地铁车站、暗挖大型地铁车站以及暗挖换乘车站大型复杂城市轨道交通地下结构在复杂地震环境下的抗震性能的研究还很少。本项目以理论分析、三维非线性数值模拟、大型模型试验等方法，研究斜入射体波作用下，大型复杂地下结构的非线性地震响应规律、结构损伤、破坏和失效破坏模式以及结构的抗震性能；分析不同的地震入射角、不同的地震波类型及其联合作用、覆土厚度（埋深）和地层非均匀性等对大型复杂地下结构的动力响应和抗震性能的影响；研究不同类型大型复杂轨道交通地下车站结构的抗震能力，并根据破坏模式和破坏机理，研究结构的抗震性能指标和基于性能指标的抗震计算方法，完善大型地下结构抗震性能的设计计算理论和设计方法，不仅具有重要的科学意义，而且有良好的实际应用前景。

本项目通过理论分析、数值模拟和振动台模型试验，研究了大型复杂地下结构在复杂地震环境作用下的非线性地震响应特性、大型复杂地下结构在复杂地震环境作用下的灾变机制、破坏模式以及大型复杂地下结构在复杂地震作用下的抗震性能和抗震设计方法。取得了附带边跨的复杂地铁车站地震响应和损伤过程研究、交叉换乘地铁车站的地震响应和破坏机制研究、交叉换乘地铁车站地震响应特性及其设计方法研究、交叉换乘车站地下结构与土的动力相互作用振动台模型试验、考虑土与结构相互作用的地下结构拟静力反应位移设计方法研究、修正反应位移法地基模型研究、考虑土与结构相互作用影响的明挖地下结构地震响应特性分析和设计简化方法研究、考虑施工过程影响的暗挖地铁车站结构地震响应和破坏特征研究、带附建地面结构和下沉广场的地铁车站的地震反应特性及设计方法研究、地铁车站综合体结构地震响应和抗震设计方法研究、斜入射地震波作用下水平成层场地中地下车站地震响应分析等研究成果，揭示了交叉换乘地铁车站、带边跨的复杂地铁车站、带附建地面结构和下沉广场地铁车站、地铁车站综合体等大型复杂地铁车站在复杂场地条件和垂直入射及斜入射地震波等复杂地震环境下非线性地震响应特性、破坏损伤特性和失效模式，提出了上述类型车站简化设计方法，并以非线性动力时程分析和振动台模型试验进行了验证。