地下结构抗震技术

地下结构的抗震分析

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本报告做出了针对当前地下结构抗震分析的总结，对当前工程师使用的对地下结构进行地震效应的量化分析的方法进行了描述。将确定性及概率性这两种抗震风险分析进行了总结。对恰当的地基运动参数的发展变化进行了简要的叙述，包括峰值速度和加速度，目标反应谱及地基运动时间维度上的过往。一般来说，地下结构的抗震荷载设计是以周围的土地对地下结构产生的形变和拉应力为特点，或者是两者之间的相互作用进行研究的。

在拟静态分析法中，土地的形变是由于静荷载或者土壤和结构之间的相互作

用力造成的，并不包含动态荷载或者地震波传播的影响；而在动态分析法中，则是通过数值分析工具，如有限元或者有限差分析法来针对土壤和结构之间的动态作用进行分析。本报告还讨论了一些特殊的设计中的问题，包括隧道的分段隧道的连结设计及隧道进口建筑与隧道的连结设计。 一、地下结构的抗震设计分析方法 1. 确定性抗震风险分析

确定性抗震风险分析包括一个特定的总结现场土地运动的抗震方案。这个方

案要求假定一次特定规模的发生在特定地点的地震。Reiter 在1990年将该方法分为四步，如图1所示

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图1 确定性抗震风险分析步骤流程

（1）识别并描述所有在该地点能产生显著地基运动的地震来源，包括其各自的几何特点以及地震潜力。最明显的特性描述地震区通常是断层的存在。Reiter 在1990年生成一个详尽的列表功能来表明可能在给定地区的断层。然而，断层的存在并不一定意味着该地区要去积极的应对这一个潜在的地震风险。其中的标准有相当大的分歧，尤其是在论述一个不活动的断层的标准时。基于美国核监管委员会的1978年联邦法规，规定能动断层这个词来表明一个断层在过去的活动35 000-500 000年有过运动。对于非民用基础设施，更短时间尺度将被使用。

（2）选择“源到特定地点”距离参数的每个源，通常是最短的震中震源定位距离，或距离最近的破裂部分的断层的距离。最近的破裂断层距离比震中距更有意义，特别是对大地震的地方，断层破裂扩展的距离超过了50岁公里。

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（3）对研究地震的选择（例如能在该特定地点产生最强烈震动的地震）。一般通过地基运动参数来表现。衰减关系通常被用于确定这些基于特定地点特征的附近位臵的参数数据记录。几项研究已经试图将联系地震震级，最常见的时刻级，观察到的断层形变特征，如破裂长度和面积等之间是否存在强大的相关性。然而，在整个断裂表面的断层位移测量的无法测量严重限制了我们测量这些特征的能力。相反，研究人员试图将最大表面位移的大小与不同的结果关联。基于经验实例，Wells 和 Coppersmith 在1994年提出发展了一种能够估计这种相关性的方法。

（4）特定地点地震灾害的正式定义是以峰值加速度、速度和位移反应谱纵坐标，和历史最大可信地震的地基运动时间为特征参数的。如果适用的话，设计断层的位移应该也能被用于定义正式的特定地点的地震灾害。 2.概率性抗震风险分析

概率性抗震风险分析需要提供地震规模的不确定性、可以被识别和量化的位

臵和复发率地震，并结合一个理性的态度。这样的分析为工程抗震设计师提供了一个更完整的，描述在一个特定地点的地震灾害的分析。这种变化考虑到了显著的地基运动特征。对于这种分析方法，未来的地震事件在时空上被认为是独立的。Reiter 在1990年也给出了这种方法的四个步骤。如图2所示。

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图2概率性抗震风险分析步骤流程

（1）识别和描述的地震来源，包括地震的概率分布，潜在源区内断裂位臵。然后结合这些已经公布的关于地震源的几何数据得到“源到特定地点”距离的概率分布。在在世界各地许多地区，包括美国， 活跃的断层通常无法被具体识别。在这种情况下，该特定地点在历史上发生的地震和在地质方面的考虑就成为抗震风险分析的关键。

（2）地震活动的特征和地震的二次发生在时间上的分布。从历史数据中获得的信息及研究可以帮助开发一个描述超过一定规模地震复发的平均速率的关系。 （3）确定发生在任何地点源区域的地基运动产生的任何规模的地震衰减关系。其固有的不确定性的预测关系也被认为是这种衰减关系的一种。

（4）这些给定地震动参数的概率的不确定性得到的组合将在给定的时期后增长。

二、地下结构的抗震设计参数确定

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