土—地下结构动力相互作用地震反应分析及场地地形的影响

论文摘要

目前越来越多的震害表明，地下结构在强震作用下也可能遭受破坏，甚至发生严重破坏。地铁地下结构是解决未来城市交通拥挤问题的重要途径，同时也是人流较为集中的地下空间，其安全稳定性直接关系到多数人的生命安全及财产损失。本文以地铁地下结构为研究对象，旨在对土及地下结构的动力特性及其非线性地震反应进行分析，在此研究基础上进行不同场地下土－地下结构非线性动力相互作用的数值模拟和振动台模型试验，探索地下结构的震害机理及其非线性地震反应规律，为地铁地下结构的优化和设计提供有意义的结论。主要工作如下：1、利用有限元方法，采用平面土－结构相互作用模型，阐述了一种可以有效地考虑地基土体的质量和刚度非均匀性及本构关系非线性的实用土－地下结构相互作用地震反应分析方法。2、对MSC.Marc进行二次开发，添加多层土的静力邓肯张EB本构关系模型和动力等价非线性粘弹性本构关系模型，并通过两个算例验证二次开发的效果和可靠性，使MSC.Marc成为本文所提出的地震反应分析方法的实现工具。3、以埋置在软土层上的两层双柱三跨岛式地铁车站为研究对象，利用MSC.Marc的二次开发程序建立土－地下结构动力相互作用有限元模型；考虑土－地下结构的动力相互作用，研究深软地基上大型地铁车站非线性地震反应规律，探讨了场地地形变化对地铁地下结构地震反应的影响。4、进行了土－地铁地下结构动力相互作用大型振动台模型试验，试验主要包括全粘土场地的地铁站地震模拟试验和土坡地形场地的地铁站地震模拟试验。对这些试验结果的地下结构动力反应规律及其周围模型地基的地震反应规律进行了分析。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 选题背景
• 1.2 土－地下结构相互作用研究发展历史与现状
• 1.3 土－地下结构相互作用分析方法的发展现状
• 1.3.1 分析方法及其发展现状
• 1.3.2 地震观测和振动试验发展现状
• 1.4 本文的研究内容
• 第二章 土－地下结构相互作用地震分析方法
• 2.1 引言
• 2.2 土－地下结构动力相互作用的基本原理
• 2.3 土的本构模型
• 2.3.1 静力非线性弹性邓肯张E-B 模型
• 2.3.2 动力非线性等价粘弹性模型
• 2.4 地下结构与土的接触单元
• 2.5 边界条件
• 2.6 土体计算模型
• 2.7 小结
• 第三章 基于MSC.Marc 二次开发的土—地下结构相互作用分析方法
• 3.1 引言
• 3.2 基于MSC.Marc 的本构模型二次开发
• 3.2.1 利用公共块进行数据传递
• 3.2.2 利用内部子程序进行矩阵运算
• 3.2.3 子程序的编写及其调用原理
• 3.2.4 子程序开发的注意事项
• 3.3 算例验证
• 3.3.1 静力分析验证
• 3.3.2 动力分析验证
• 3.4 小结
• 第四章 地铁站土－ 地下结构相互作用地震反应分析
• 4.1 引言
• 4.2 基本资料和一般参数设定
• 4.3 土－地下结构相互作用地震分析
• 4.3.1 自由场地地震反应分析
• 4.3.2 单层土场地的土－ 地下结构相互作用地震分析
• 4.3.3 多层土的土－ 地下结构相互作用地震分析
• 4.3.4 土坡地形下的土－ 地下结构相互作用地震分析
• 4.3.5 地形变化下的土－ 地下结构相互作用
• 4.4 小结
• 第五章 土－地下结构相互作用地铁站大型振动台模型试验研究
• 5.1 引言
• 5.2 土－地下结构相互作用振动台模型试验方案
• 5.2.1 试验系统及设备介绍
• 5.2.2 试验模型土箱介绍
• 5.2.3 模型相似比设计
• 5.2.4 模型土的制备
• 5.2.5 模型结构的制作
• 5.2.6 传感器的布置
• 5.2.7 地震波输入及加载工况
• 5.3 土－地下结构相互作用振动台模型试验结果及分析
• 5.3.1 全粘土地铁站地震模拟试验
• 5.3.2 土坡地形地铁站地震模拟试验
• 5.3.3 破坏情况
• 5.4 小结
• 第六章 结语与展望
• 6.1 主要研究成果
• 6.2 下一步工作展望
• 参考文献
• 附录
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 攻读硕士学位期间参与的项目
• 致谢