饱和软土地铁结构地震响应计算方法的研究

摘要

该文对上海软土地基中的地铁结构的地震响应建立了计算方法,据以对典型地铁车站和区间隧道结构的地震响应进行了计算,并利用计算结果对其检验了抗震稳定性.文中还对软土地基中地铁结构的地震响应提出了简化计算方法.论文根据饱和软粘土动力特性的室内试验的结果建立了基于有效应力的粘弹塑性模型.鉴于试验研究表明土体在应变趋向于零时阻尼并不为零,文中将有效应力分解为粘性应力和非粘性应力两部分后,分别确定了粘性应力-应变关系和非粘性应力-应变关系,由此建立了饱和软粘土的粘弹塑性动力本构模型.与此同时,文中改进完善了用于模拟地震荷载作用下软粘土-地下结构动力相互作用特征的有厚度剪切单元,该单元为由以弹簧与抗拉元件组成的法向单元和弹簧与滑片组成的切向单元组成的,具有-定厚度的接触面单元,并对法向和切向弹簧的应力-应变关系采用非线性弹性本构关系模拟.文中接着将饱和软粘土作为固-液两相体,采用上述饱和软粘土粘弹塑性模型和有厚度的剪切单元,利用拉格朗日有限差分法求解动力平衡方程和动力固结方程,并引入无反射的人工边界-叠合边界模拟远场的影响,由此建立了软土地铁结构及其周围土体地震响应时程分析的计算方法.论文接着采用该文建立的计算方法对自由场振动台模型试验和典型地铁车站结构振动台模型试验进行了数值拟合计算,前者得出了模型土的加速度时程,后者得出了模型土和结构的加速度时程、结构表面的动土压力时程和结构构件的应变等的计算结果,与实测数据进行的对比分析表明,数值计算模型可较好模拟模型土的动力特性及地铁车站与土体的动力相互作用.表明该文建立的地铁车站结构地震响应的计算方法可较好模拟地下铁道的地震响应,可供工程设计实践参考.

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

1.1研究目的和意义

1.2国内外研究现状

1.2.1土-地下结构体系动力响应分析方法的研究

1.2.2饱和软粘土的动力特性的研究

1.2.3土-结构接触面模拟的研究

1.2.4数值计算的边界条件的研究

1.2.5地下结构振动台模型试验的研究

1.3本文的研究目的与内容

参考文献：

第二章土-地下结构体系地震响应的计算原理与方法

2.1概述

2.2土-地下结构体系动力分析的基本方程

2.2.1动力平衡微分方程

2.2.2 Biot动力固结方程

2.3土-地下结构体系地震响应的有限单元法

2.4土-地下结构体系地震响应的有限差分法

2.4.1概述

2.4.2计算的基本方程及计算公式

2.4.3求解步骤

2.5饱和软粘土的动力本构关系

2.5.1动荷载作用下饱和软粘土的粘弹塑性模型

2.5.2上海市区饱和软粘土动力特性的试验验证

2.6土-结构动力相互作用的接触面模型

2.6.1接触面模型的数学表述

2.6.2土-结构交界面的接触关系的判断

2.6.3土-结构动力相互作用的接触面的模拟

2.7土-结构动力计算的边界条件

参考文献：

第三章软土地铁车站结构振动台模型试验

3.1概述

3.2振动台模型试验方案

3.2.1试验装置与模型箱的构造

3.2.2模型设计的相似关系

3.2.3模型的制作

3.2.4传感器布设位置的优选与布置方案

3.2.5地震输入和试验加载制度

3.3振动台模型试验的结果及其主要规律

3.3.1自由场振动台模型试验

3.3.2典型地铁车站结构振动台模型试验

3.3.3地铁车站接头结构振动台模型试验

参考文献：

第四章软土地铁车站振动台模型试验的拟合分析

4.1概述

4.2振动台模型试验的数值计算模型

4.2.1计算简图

4.2.2重塑土及结构材料的动力特性

4.3自由场振动台模型试验的拟合分析

4.3.1加速度响应的放大系数

4.3.2加速度响应时程

4.4典型地铁车站振动台模型结构试验的拟合分析

4.4.1加速度响应的放大系数

4.4.2加速度响应时程

4.4.3动土压力的幅值

4.4.4动土压力时程

4.4.5车站结构模型的应变

参考文献：

第五章软土地铁结构抗震设计的计算方法

5.1概述

5.2地铁车站结构地震响应的计算

5.2.1计算简图

5.2.2计算结果与分析

5.3区间隧道衬砌结构地震响应的计算

5.3.1计算简图

5.3.2计算结果与分析

5.4地铁车站和区间隧道衬砌结构的等代地震荷载

5.4.1引言

5.4.2等代地震荷载的确定原则

5.4.3软土地铁区间隧道衬砌结构的等代地震荷载

5.4.4软土地铁车站结构的等代地震荷载

参考文献：

第六章结论与展望

致谢