大型地下结构三维地震响应特点研究
超大型地下洞室群的随机地震响应分析
超大型地下洞室群的随机地震响应分析摘要：地下结构的地震响应分析由于结构-围岩的动力相互作用及地震动输入的不确定性而十分复杂，尤其是对空间尺度很大的大型水电站的超大型地下厂房洞室群，地震动输入的空间变化特性将对结构的地震动响应产生重要的影响。
本文首先通过阻尼影响-抽取法求出地下结构无限围岩介质的动阻抗，在此基础上通过考虑地震动输入空间变化的随机过程模型，采用随机分析方法研究了地震动输入机制对地下洞室群动力响应的影响。
结果表明，地震波的行波效应、空间相干性损失及散射效应是影响地下结构动力响应的关键因素。
考虑地震波的行波效应和空间相干性损失可以使地下结构的地震响应降低，但是地震波的散射效应可以增大地下结构的地震响应，结构的动力响应分析必须综合考虑这几项影响。
关键词：随机分析相互作用行波效应散射超大型地下洞室群的地震反应分析，由于与围岩的动力相互作用而变得十分困难，其响应特点与地面结构有明显的差别，目前还缺乏比较完善和合理的计算模型和计算方法。
其主要难点在于要全面分析地下结构在地震中的表现，除要考虑无限地基的刚度和辐射阻尼影响以外，地震动的震源特性以及地震波在不均匀介质中的传播规律对结构响应的影响也必须加以研究探讨。
结构的地震响应分析精度受制于几个方面的因素，如物理模型、计算方法及地震动输入机制等，这些因素是彼此关联的。
但是，由于地震动的不可精确预测性和不可重复性，目前对结构地震响应分析采用的场址地震动的研究还落后于对结构动力反应分析方法的研究，仍带有很大的随机性，尤其是对于大型地下洞室的地震动输入机制研究还处于探索阶段。
首先是缺乏大型地下洞室群的实际震害资料，目前国内外有关的地下洞室震害调查基本上为3m～6m直径大小，象溪洛渡地下厂房这种位于正常蓄水位以下400m，洞室跨度30m，高度近90m，长度几百米的地下洞室的实际震害资料基本上没有；其次是缺乏地下地震动的实际观测资料，这是地震动观测中的薄弱环节，也是地下结构抗震设计中的困难所在。
地下隧道的地震响应分析与抗震设计
地下隧道的地震响应分析与抗震设计地下隧道作为城市交通的重要组成部分，对于自然灾害的抵御具有极高的要求，其中地震是最为关键的考虑因素之一。
本文将对地下隧道的地震响应分析与抗震设计进行论述，以期提出有效的解决方案。
一、地震对地下隧道的影响地震是地下隧道的主要外部荷载，其对隧道结构和地下设施的影响非常明显。
地震能引起隧道发生震动、位移、变形等变化，给隧道结构以及内部设施带来巨大的破坏。
因此，对地震的影响进行深入的研究是进行地下隧道设计的前提。
二、地下隧道的地震响应分析为了准确评估地震对地下隧道的影响，需要进行地震响应分析，以确定隧道结构对地震荷载的反应。
地震响应分析主要包括几个关键步骤：地震输入、模型建立、振动特性分析、地震响应分析及结果评估。
1. 地震输入地震输入是地震响应分析的基础，需要根据隧道所处地区的地震活动情况，选取适当的地震动参量。
常用的地震输入参数包括地震烈度、加速度时程等。
2. 模型建立在进行地震响应分析前，需要建立地下隧道的有限元模型。
该模型要考虑到地震荷载对隧道结构的作用以及隧道的几何形状、材料性质和边界条件等。
合理的模型建立是准确分析地震响应的关键。
3. 振动特性分析振动特性分析是地震响应分析的前提。
通过振动特性分析，可以获得隧道结构的固有频率、模态形状等信息，以指导后续的地震响应分析。
4. 地震响应分析及结果评估根据选取的地震输入以及建立的模型，进行地震响应分析，并评估分析结果。
地震响应分析的结果包括隧道结构的加速度响应、位移响应等参数，通过对这些参数的评估，可以判断地震对隧道的破坏程度。
三、地下隧道的抗震设计在地下隧道的设计中，抗震设计是非常重要的环节。
抗震设计旨在提高隧道结构的抗震能力，减少地震造成的损害。
下面将介绍地下隧道抗震设计的主要内容。
1. 设计参数的选择地下隧道的抗震设计需要根据设计参数进行。
主要设计参数包括剪切强度、抗弯强度、抗震位移等，这些参数的选择应根据所处地区的地震烈度以及隧道结构的特点来确定。
大连某超限高层结构地震响应分析
大连某超限高层结构地震响应分析一、引言地震是一种极其破坏性的自然灾害，在许多地区经常发生，并对建筑结构造成严重影响。
大连作为中国东北地区的经济中心城市，高层建筑林立，因此地震对大连的建筑结构安全至关重要。
本文将以大连某超限高层结构为例，对其地震响应进行分析，为该地区高层建筑的地震安全提供参考。
二、地震响应分析方法1. 地震动输入选择合适的地震动输入是地震响应分析的基础。
在本文中，我们根据大连地区的地质和地震数据，选择了适当的地震动记录作为地震输入。
2. 结构模型建立超限高层结构通常采用混凝土或钢结构，本文将采用有限元分析方法建立结构模型，对结构进行模拟和分析。
通过对结构的几何形状、材料属性和边界条件等进行合理的描述，建立适切的有限元模型。
3. 地震动响应分析采用有限元软件对结构进行地震响应分析，计算结构在地震作用下的位移、变形、应力等响应。
通过分析地震动作用下结构的响应，评估结构的地震安全性。
六、结论与展望本文针对大连某超限高层结构进行了地震响应分析。
通过对结构的地震响应进行分析，评估了结构的地震安全性，并对结构的抗震性能进行了评价。
通过本文的研究，可以为大连地区类似超限高层结构的地震安全提供参考，为建筑的地震设计和抗震加固提供技术支持。
在未来的研究中，还可以从结构的优化设计、抗震加固和监测等方面进行深入研究，进一步提高超限高层结构的地震安全性。
还可以进一步完善大连地区的地震动数据库，为地震响应分析提供更加准确的地震动输入。
希望通过不断的研究和实践，提高大连地区高层建筑的地震安全水平，为城市的发展和居民的生活安全提供更好的保障。
七、参考文献1. 章烨，梁宗光. 高层建筑结构地震响应分析及控制. 北京：中国建筑工业出版社，2009.2. 袁波，吕瑞守. 结构地震工程. 北京：中国建筑工业出版社，2013.3. 王志刚，李新. 地震动参数的统计分析与地震响应. 北京：地震出版社，2015.。
地下结构抗震分析方法研究综述
如果 考 虑 地 下 结 构 刚 度 和 地 基 刚 度 的 差 异 ，在 自 由 场 变 形 法 的基础上 ，通过一个 柔度 系数 得到结 构变 形 的方 法称 为柔度 系数法 土 一结构 相互 作用系数是结构 的等效剪应变 和对应位 置 自由场剪应变 的 比值 。Ｗａｎｇ Ｊ Ｎ 通过 大量的有 限元计 算推导 了地下 圆形结构 的相互 作用 系数 ，并得 出柔 度系数 与柔 度 比的 关系 ；付鹏程 在 柔度系数法的基础上 ，分 析了均匀 弹性 介质 中 地下结构与土层 的相互作 用 ，得到 了简化 的柔度 系数计算方 法 ； 龚成林和宋二祥 等提 出在特定 的工况下相 互作用 系数 的计 算 方 法 ，并 基 于 数 值 计 算 提 出 新 的 荷 载 加 载 方 法 。 ３．４ 反 应 位 移 法
关键词 ：地下结构 抗震分析 模型试验 分析
随着社会经 济的发展 和城市 化进程 的加 速 ，地下 结构 的重 要性 日益 凸显 。人 们对 地下 结构 的研究 已经做 了大量 的工 作 ， 但是地下结构抗 震 问题 区别 于地 面结构 ，研究 相对 较少 。人 们 普遍 认为地下结构 的抗震 性 能要好 于地 面结 构 ，地下 结构 的地 震 响应和相应 的抗震设计 方法 与地 面结构有着很 多 的不 同。经 过几次大地震 以后 ，地下结构 的地 震破坏也 是十分严 重 的，造 成 的后 果是灾难性 的。在 １９９５年 阪神大地震 中，造成 了大量 的地 铁 隧道破坏 ，造 成了 巨大 的经济 损失 和人 员伤亡 。２００８年汶 川 发生 的 ８．０级 大地震 导致 了多 条隧道 的坍 塌 。因此 ，地 下结 构 的抗震 分析是一个值得深究 的重要课 题 。 １ 地 下 结 构 地 震 反 应 特 点
地下土体动力响应分析与地震设计
地下土体动力响应分析与地震设计地震是一种毁灭性的自然灾害，对人类社会和建筑物造成巨大的伤害。
在地震工程中，地下土体的动力响应分析是一项重要的研究内容，对地震设计起着关键作用。
地震时，地下土体会受到地震波的激励，产生位移、应变、应力等动力效应。
地震波的传播和地下土体的动力响应是复杂的物理过程，涉及振动理论、地震工程力学等多学科知识。
因此，地下土体动力响应分析需要采用合适的数值模拟方法，以获得准确可靠的结果。
在地震设计中，一项重要的任务是评估地下土体的抗震性能。
抗震设计的目标是通过控制地震波引起的应力和应变，确保地下土体在地震作用下仍然具有足够的强度和稳定性。
因此，地下土体动力响应分析是抗震设计过程中不可或缺的一环。
地下土体动力响应分析方法多种多样，常见的有等效线弹性模型、本构模型、离散元模型等。
等效线弹性模型适用于土体较为均匀的情况，可以简化计算过程，但对非线性效应的模拟有一定的局限性。
本构模型基于土体的力学特性和变形特性，可以较好地模拟土体的非线性效应，但计算过程相对复杂。
离散元模型则模拟土体颗粒的运动和相互作用，适用于非均质土体的分析，但计算量较大。
地下土体动力响应分析的结果对地震设计具有重要的指导意义。
通过分析地下土体的位移、应变、应力等参数，可以确定设计参数和结构形式，以提高地下土体的抗震性能。
例如，可以通过加固土体或增加土体的阻尼来减小土体的变形和应力，从而提高结构的稳定性和安全性。
近年来，随着计算机技术的发展和数值模拟方法的进步，地下土体动力响应分析在地震设计中得到了广泛应用。
利用高性能计算技术和大规模并行计算，可以模拟更大尺度的地下土体系统，获得更准确的动力响应结果。
同时，结合灾害风险评估和可靠性分析方法，可以更全面地评估地下土体的抗震性能，为地震设计提供更科学的依据。
总之，地下土体动力响应分析是地震设计的重要内容，对于保护人类社会和建筑物的安全至关重要。
通过合适的数值模拟方法和分析手段，可以准确评估地下土体的动力响应特性，指导工程设计过程，提高结构的抗震性能。
超浅埋大跨度Y形柱双层地铁车站三维地震响应分析_李积栋
第46卷第2期中南大学学报(自然科学版)Vol.46No.2 2015年2月Journal of Central South University(Science and Technology)Feb.2015 DOI:10.11817/j.issn.1672-7207.2015.02.038超浅埋大跨度Y形柱双层地铁车站三维地震响应分析李积栋，陶连金，安军海，郭飞，闫冬梅(北京工业大学城市与工程安全减灾教育部重点实验室，北京，100124)摘要：以北京地铁6号线新华大街站公共区Y型柱双层地铁车站为工程背景，利用FLAC3D有限差分程序数值模拟分析，研究超浅埋大跨度Y形柱双层地铁车站结构，尤其是Y形柱的地震响应特性。
研究结果表明：场地土层对地震动有明显的放大作用，边墙及Y形柱上部的相对水平位移和加速度均比下部的大；在人工地震波作用下，边墙及Y形柱中板以下结构相对水平位移很小，甚至在Y形柱下方出现微弱的反拱现象；Y形柱右侧叉支竖向位移明显大于左侧位移；Y形柱叉支顶部水平应力远大于其他部位的水平应力，且左右两侧叉支的应力−时程存在明显的相互滞后现象；加速度傅里叶谱与车站埋深、输入地震动强度、地震动特性有关，其中随着车站埋深增加，加速度反应的傅里叶幅值依次减小，中低频傅里叶幅值逐渐突出并产生次主频，且次主频傅里叶幅值随着车站结构埋深的增加而逐渐增大，频谱曲线的峰点频率保持不变。
关键词：Y形柱；地震响应；反拱现象；滞后现象；次主频中图分类号：TU435文献标志码：A文章编号：1672−7207(2015)02−0653−08Analysis of3D seismic response of super-shallow andlarge-span Y-shaped column double-layer subway stationLI Jidong,TAO Lianjin,AN Junhai,GUO Fei,YAN Dongmei(Key Laboratory of Urban Security and Disaster Engineering,Ministry of Education,Beijing University of Technology,Beijing100124,China)Abstract:Taking Y-column double subway station of Xinhua Street Station in public areas of the Beijing Metro Line6 as engineering background,the numerical model was developed with FLAC3D finite difference program,and the seismic response characteristics of the super-shallow and large-span Y-shaped column double-layer subway station were analyzed.The results show that the site soil has obvious amplification effect on ground motion,and the relative horizontal displacement and acceleration of the upper-part are greater than those of the lower-part on the sidewall and Y-shaped column.Under artificial wave,the relative horizontal displacement of the bottom of the side wall and Y-shaped column is very small,and the weak contra-arch phenomenon even occurs on the bottom of the Y-shaped column.For the vertical displacement,the right fork of Y-shaped column is significantly greater than that of the left.For the horizontal stress,the top of fork-branch is much greater than that of other parts,and the stress–schedule of both sides of fork-branch has an obvious hysteresis phenomenon.The acceleration Fourier spectrum relates to station depth,intensity of earthquake wave and the characteristics of seismic waves.The Fourier spectrum value gradually decreases with the increase of depth of station and the low-frequency Fourier is gradually prominent and producing sub-frequency.At the same time,with the increase of station structure buried depth,the Fourier value of hypo-primary frequency increases gradually and the peak frequency of the spectral curve remains unchanged.Key words:Y-shaped column;seismic response;contra-arch;hysteresis phenomenon;hypo-primary frequency收稿日期：2014−02−26；修回日期：2014−04−20基金项目(Foundation item)：国家自然科学基金重点资助项目(51038009)；北京市自然科学基金重点资助项目(8111001)(Project(51038009)supported by the Key Program of the National Natural Science Foundation of China;Project(8111001)supported by the Key Program of the Natural Science Foundation of Beijing)通信作者：李积栋，博士研究生，从事岩土工程与地下工程等研究；E-mail：ljd0911@中南大学学报(自然科学版)第46卷654过去普遍认为，地下结构具有较好的抗震性能，但全球范围内多次地震震害的破坏现象表明，在地震作用下，现有的地下结构并不安全[1−2]。
三维地震勘探概述
三维地震勘探概述三维地震勘探通过在地表或井下埋设地震探测仪器，如地震震源、地震传感器等，来记录由地震源激发的地震波信号。
这些设备可以记录信号的到达时间、振幅和频率等信息。
根据记录到的地震波数据，可以进行地震成像和地震解释分析，从而推断出地下地层的性质和结构。
三维地震勘探是传统二维地震勘探的进一步发展。
传统的二维地震勘探只能获取地层沿勘探延线的二维信息。
而三维地震勘探则可以获取地层在水平和垂直方向上的三维信息，提供更全面的地下结构描述。
三维地震勘探可以更准确地刻画地下地层的复杂性，为油气勘探、矿产资源勘探和地质灾害研究等提供重要数据支持。
三维地震勘探的基本原理是地震波在地下的传播。
当地震波传播到地下不同的介质中时，会发生折射、反射、散射和衍射等现象，这些现象都可以通过地震波记录来分析和解释。
通过分析地震波的传播路径和到达时间，可以推导出地震波在地下的传播速度和传播路径，从而推断地下地层的结构和性质。
三维地震勘探的关键步骤包括数据采集、数据处理和数据解释。
在数据采集阶段，地震探测仪器会记录地震波的信号，这些信号可以通过地面震动、井下震动等方式激发。
数据采集通常需要在大范围、多点同时进行，以获取更全面的地震波数据。
数据处理阶段主要涉及信号预处理、地震成像和地震解释等过程。
信号预处理主要包括滤波、去除噪声等处理，以提高数据的质量。
地震成像是将数据转换成地下结构信息的过程，主要采用波动方程正演模拟、走时反演和成像等方法。
地震解释是对成像结果进行解释和分析，根据地震波的传播规律和地震信号的特征，推断地下地层的结构、性质和岩性等参数。
三维地震勘探的优势在于其能够提供更全面和详细的地下结构信息。
相比于二维地震勘探，三维地震勘探可以更好地揭示地下地层的三维结构和复杂性。
它可以提供地层性质的空间分布图、地下构造的三维模型和地震波传播路径的可视化等，为地质研究和勘探开发提供重要的佐证和指导。
总之，三维地震勘探是一种应用地震波传播原理进行地下结构分析的方法。
三维地震勘探方法原理与进展
三维地震勘探方法原理与进展三维地震勘探是一种利用地震波对地下结构进行成像的方法，它通过记录地震波在地下传播过程中的反射、折射和透射等现象，从而获取地下结构的信息。
与传统的二维地震勘探方法相比，三维地震勘探能够更全面、准确地描述地下构造，并且能够提供更高分辨率的成像结果。
三维地震勘探的原理是利用地震波在地下介质中的传播特性来推断地下结构。
地震波是由地震源产生的一种机械波，它可以在地下介质中传播，并且会遇到不同介质边界的反射、折射和透射等现象。
通过记录地震波的传播时间、振幅和频率等信息，可以建立地震波在地下介质中的传播模型，并通过反演等数学手段将地下结构成像。
1.设计地震勘探方案：根据勘探目标和地质条件，确定地震源和测量装置的部署方式。
常用的地震源包括重锤、震源车和炸药等，测量装置包括地震检波器。
2.采集地震数据：利用地震源激发地震波，在地下布置检波器，并记录地震波在地下传播的过程。
通常采集多个不同位置和方向的地震数据，以获取更完整、准确的地下信息。
3.数据处理：利用信号处理、地震波理论和数学模型等方法对采集到的地震数据进行处理。
这包括地震分析、波场模拟和成像等步骤，通过反演等数学手段将地震数据转化为地下结构信息。
4.地震成像：将处理后的地震数据进行可视化，生成三维地震成像结果。
地震成像方法包括卷积成像、叠前深度偏移和正演模拟等，这些方法可以提供高分辨率的地下结构图像。
1.采集技术的提升：随着测量设备和地震源的不断发展和更新，三维地震勘探的采集效率和数据质量得到了改善。
如引入宽频带地震源、多分量地震数据采集和大角度成像等技术，提高了地震数据的频率响应和波动物性分辨能力。
2.数值模拟方法的发展：为了改善地震数据的处理效果，科学家们对波场模拟方法进行了深入研究。
开发了高效且精确的波动方程求解方法，如有限差分法、有限元法和高阶边界条件法等，这些方法可以更准确地模拟地震波在地下的传播过程。
3.成像技术的提高：为了提高地震勘探的分辨率和准确度，研究人员发展了一系列的地震成像方法。
大型水电站地下洞室群三维地震反应时域分析
轴 向的 水 平 动 位 移 ，各 点 非 常 接 近 ，但 动 应 力 差别 较 大 。
关 键 词 ：水 电 站 地 下 洞 室群 ；地 震 反 应 时域 分 析 ；三 维 ；粘 弹 性 边 界
３ Ｄ ｅ ｓ ｉ ａ ｙ ｉ ｎ Ｌａ ｇ － ｃ ｌ ｄ ｒ ｒ ｕ ｄ Ｈｙ ｒ ｐ ｗｅ ｔ ｔ ｎ Ｃａ ｅ ｎ ｎ Ｔｉ ｅＤｏ ｉ － Ｓ ｉｍ ｃ Ａｎ ｌ ｓ ｏ ｒ ｅ ｓ ａ ｅ Ｕｎ ｅ ｇ ｏ ｎ ｄ ｏ ｏ ｒＳ ａ ｉ ｖ ｒ ｓ ｉ ｍ ｍａ ｎ ｓ ｏ
地下结构震害分析及地下结构震动特征
地下结构震害分析及地下结构振动特征专业：建筑与土木工程学号：***********名：***地下结构由于其受到周围土体的约束，相对于地面结构而言，一直被认为具有良好的抗震性能。
因而，在很长时期呢，对于地下结构的震害分析远没有地面结构的多。
但是随着地下结构的增多，地下结构的震害频繁出现，大家开始慢慢重视地下结构的震害问题。
特别是1995年的日本阪神大地震，各种地下结构和地下设施均遭受到严重的破坏，地铁站有一大半中柱倒塌，顶板塌陷，侧墙出现大量宽大裂纹。
随着我国国民经济的高速增长，地下空间的开发利用已经成为解决城市发展问题的重要举措。
我国发达城市的地下空间开发已步入正轨，内陆的二线城市也迎来地下空间开发的热潮，我国地下空间建设的规模不断增大，在地下结构的设计及建设中贯穿抗震减灾思想显得尤为重要。
1、地下结构抗震分析简化方法（1）拟静力法又分为不考虑土与结构间的相互作用法与考虑土与结构间的相互作用法。
不考虑土与结构间的相互作用法：该方法是假定结构非常“柔”，它的变形完全与周围的土体一致，忽略结构与土之间的相互作用。
这样，只要知道土层在地震反应中的波长以及振幅，就可以求解出结构的最大应变，从而求出其内力。
考虑土与结构间的相互作用法：该法中比较具有代表性是反应位移法，在地下结构的抗震设计中应用较广，该法认为由于地下结构不可能发生共振响应，因而略去结构木身在振动中的惯性力对计算结果不会产生多大影响。
拟静力法主要用于地下线状结构物的抗震计算，如沉埋隧道、盾构隧道等。
（2）动力法又分为动力实验法和质量弹簧模型法。
动力实验法：动力试验的目的是为了了解地下结构在地震动作用下的振动及变形特性，从已进行的实验来看，主要分成两类，即室内模型试验和场地模拟试验。
质量弹簧模型法：建立模型的主要假定为在基岩面上地表层的振动特性不受隧道存在的影响，地表层的剪切振动是地层产生振动的主要因素，它对隧道中产生的地震应变影响最大。
根据质量弹簧模型算出的沿隧道长度上地表层的位移后，隧道可按地基变形为已知的弹性地基梁进行动力分析，并且可以忽略隧道本身的惯性力的影响。
三维框架地震响应分析
三维框架地震响应分析三维框架地震响应分析一问题的描述计算模型的三维图如图所示所示，该楼房为八层，第一层层高6.0m，最顶层高3.8m，其余楼层高3m。
x方向的柱间距为6m，y方向的柱间距为4.5m。
混凝土断梁面尺寸为0.45*0.45m，底板厚为0.12m,未考虑钢筋作用。
在模型底部施加位移约束条件。
对框架的底部施加地震加速度曲线，加速度曲线取Abaqus中Abaqus Example Problems Manual——2.1.15Seismic analysis of a concrete gravity dam中的数据。
地震作用持续时间为10s。
二建模1.建立部件主菜单选择Part——〉Creat..,进入Creat Part对话框，如图所示，草图模块。
选择图标，画出尺寸为9*30的矩形板，点击Done退出草图模块。
在同一Part模块中继续建模，在平板上有混凝土梁的位置建立一系列基准点，以此来作出混凝土梁，通过点的偏置选项来建立基准点，如图所示。
接着建立平行于平板的基准面，选择，通过面的偏置来建立基准面，图3所示。
采用图标，将平板上的基准点投影到所建立的基准面上。
随后，选择图标将这些点相应的连接起来，如图右所示。
2.进入Assembly模块通过阵列装配形成完整的框架体系。
进入Assembly模块，选择Create instance图标，将名为PLATE的PART建立instance，选择Linear Pattern图标，出现下图所示的对话框，选择任意一根混凝土梁为阵列方向，首先形成层高都相同的中间6层，每层高3m，因此offset 数值为3。
形成中间六层的框架结构如上图所示。
对于最顶层和最底层楼层，由于层高不同，所以需要在原来Part 的基础上将梁的高度作修改。
回到Part模块，在主菜单中，将原来的part做一个Copy（Part—）Copy），下图所示对话框。
形成新的part-2,由于Abaqus是以特征参数形式建模的，所以只需要将Part-2 特征中的基准面的偏置参数改成6，就形成相应的底层的楼面，下图所示。
复杂工况下地下厂房三维动力响应特
0引言水电站厂房作为机组的支承结构，在机组运行产生的激励荷载作用下，可能引起厂房整体或者局部的振动，严重影响了水电站的正常运行和效益的发挥，这就使得水电站厂房的动力问题越来越为人们所重视[1-2]。
而水轮发电机组的支撑结构，不但受到各种静荷载的作用，同时还要承受机组设备运行，水流振动等动荷载的作用，各层楼板、风罩、机墩、蜗壳外围混凝土和尾水管结构以及厂房洞室围岩等相互连接成整体，形成复杂的空间组合结构，其边界条件和受力情况也都很复杂，为了选择合理的结构形式，保证水电站在各工况下的安全，并为结构设计提供可靠依据，因此对地下厂房[3]进行动力特性研究十分重要。
为此，本文以三维动力有限元法[4-9]为基础，考虑各种因素的影响，结合ANSYS软件对某大型水电站的地下厂房进行了三维动力数值分析，研究地下厂房的应力和变形发展。
1动力分析模型分析该水电站主厂房分发电机层、中间层、水轮机层、蜗壳层、管道廊道层和集水廊道层。
厂房每个机组段设置一条伸缩缝，采用梁、板、柱结构，上、下游边墙为厚1m的混凝土墙，上、下游边墙紧贴围岩浇筑，并设置一定数量的连接锚杆。
电站机组采用立轴可逆混流式水泵水轮机组，机组最大毛水头557m，最小毛水头509m，额定水头517.4m，机组额定转速为500r/min，飞逸转速为725r/min，水轮机转轮拆卸方式为中拆，蜗壳最大设计内水压力为775m水头，钢蜗壳与外围混凝土联合受力，蜗壳外围混凝土浇筑时蜗壳预加压力为310m水头。
1.1有限元模型计算模型以120m高程和机组中心交叉点为原点，取Z轴为垂直竖向，向上为正，X轴为横向，正方向指向下游；Y轴为纵向，正方向指向右侧。
在三维有限元计算模型中，主要采用20结点三维实体单元，辅以8结点板壳单元，两类单元之间的转动自由度完全协调。
厂房整体有限元模型见如图1所示，总单元数24606，结点总数68672。
1.2边界条件①结构底部固定约束，下游面法向约束。
三维(3D)地震勘探
3.三维地震在纵、横两个方向上密集设置测点，测点距 一般20-100m，常见为50×50或50×75m，因而在地下 每20-37.5m获得一个信息，使水平分辩率显著提高。
一个蛇 曲河 道 在三维 地震显 示中， 得到了 河道整 体展布。
28
A、 L75线局部剖面，浅层断层清楚，信噪比高。
29
该系统一般由十字型观测系统 组合或衍生而来，主要有直式栅 状系统和地震线束观测系统。
可作为小面积三维观测网，将 地下网格面积分布在需要勘探的 地区。
11
地震线束观测系统是目前三维地震大面积施工中最常用的类型， 该系统是由多条平行的接收排列和垂直的炮点排列组成。
×
80m
1
30m ×
61
90
×
121
150
观测系统的类型与选择：
规则型：地面施工条件好，无施工障碍的地区。炮点和检波点按一定的规律 有规则的分布。 不规则型：地面施工条件不好，有施工障碍的山区 、水泡等。 不规则型观 测系统仅适用于地表障碍物多，通行条件差，不能按正常观测系统施工的地 区，可根据地面条件和地质任务的要求设计成各种类型。
9
规则型观测系统：十字型观测系统， 由此衍生成L 型、T型
•
2、阅读一切好书如同和过去最杰出的 人谈话 。03:5 9:2103: 59:2103 :5912/ 10/2020 3:59:21 AM
4.三维资料是一个数据体，可以在任意方位上切片显示：如 主测线方向In line，横测线方向Cross line，过井切片，斜切 片，水平切片，层切片，尤其象水平切片和层振幅切片是 三维解释中所特有的功能。
30
用水平切片直接 做构造图。
31
5.彩色显示：三维资料
大连某超限高层结构地震响应分析
大连某超限高层结构地震响应分析
大连是中国东北地区的重要城市之一，具有高层建筑结构较多的特点。
在设计和建设
高层建筑时，地震响应分析是一项重要的工作，能够评估结构在地震中的受力情况，为结
构的安全性提供依据。
地震响应分析是指通过数学模型和计算方法，研究结构在地震中所产生的力和变形等
响应。
在进行地震响应分析时，通常会首先确定设计地震动参数，如峰值加速度、周期等。
然后，通过建立结构的有限元模型，利用数值方法求解结构的地震反应。
分析和评估结构
在地震中的受力情况。
对于大连某超限高层结构，地震响应分析尤为重要。
由于大连位于较为活跃的地震带上，地震活动频繁，因此需要对结构在地震中的承载能力进行评估。
超限高层结构相对于
低矮建筑来说，在地震中容易产生较大的力和变形，因此需要对结构的抗震性能进行分析
和评估。
地震响应分析可以通过计算结构在地震中的地震反应参数来判断结构的抗震性能，如
最大位移、最大应力等。
这些参数可以用来评估结构的安全性和耐久性。
地震响应分析还
可以用于优化结构设计，提高结构的抗震性能。
大连某超限高层结构的地震响应分析可以采用多种方法，如静力弹性分析、动力弹性
分析和非线性时程分析等。
非线性时程分析能够更准确地反映结构在地震中的力和变形响应，但计算复杂度较高。
静力弹性分析和动力弹性分析的计算相对简单，但对结构的抗震
性能评估较为保守。
大连某超限高层结构地震响应分析
大连某超限高层结构地震响应分析1. 引言1.1 背景介绍大连作为中国东北地区的重要城市之一，近年来城市建设发展迅猛，高层建筑数量不断增加。
随着高层建筑的普及，人们对于这些建筑在地震中的安全性越来越关注。
地震是一种自然灾害，其破坏力不可小觑，对建筑物的破坏程度可能会带来严重的人员伤亡和财产损失。
本文旨在通过建筑结构及地震响应理论的介绍，地震响应分析方法的探讨，以及对超限高层结构的地震响应分析和案例分析的研究，来探讨大连某超限高层结构在地震中的表现，并提出相应的结论和建议。
通过本研究，可以为大连高层建筑的设计和抗震性能提升提供参考和借鉴。
1.2 研究目的【研究目的】本文旨在通过对大连某超限高层结构的地震响应分析，探讨其在地震作用下的受力情况和结构性能，从而为大连地区高层建筑结构的抗震设计和工程实践提供参考。
具体目的包括：1.分析超限高层结构在地震作用下的受力情况和变形状况，了解其耐震性能是否符合设计要求；2.探讨超限高层结构地震响应分析的方法和技术，提出相应的改进和优化措施；3.通过案例分析，总结超限高层结构地震响应的规律和特点，为类似结构的抗震设计提供借鉴和参考；4.对研究结果进行深入分析和讨论，为工程实践提供科学依据和建议。
通过本文研究，旨在提升大连地区超限高层建筑结构的抗震性能，保障建筑物及人员在地震发生时的安全。
1.3 研究意义地震是一种常见的自然灾害，对建筑结构的影响尤为显著。
在大连这样的地区，超限高层结构的地震响应分析显得格外重要。
本研究的意义主要体现在以下几个方面：通过对超限高层结构的地震响应分析，可以深入了解建筑结构在地震作用下的表现，为工程设计提供重要参考。
针对大连地区的特殊地质条件和建筑结构特点，分析其地震响应情况将有助于提高建筑结构的抗震性能，减少地震灾害可能造成的损失。
研究超限高层结构的地震响应还可以为相关规范的修订提供依据。
通过实际案例的分析和研究，可以不断改进和完善建筑抗震设计规范，提高建筑结构的抗震性能，保障人民生命财产安全。
地震作用下大跨度地下结构振动性态研究
摘要随着社会经济的发展，地下结构在能源、交通、通讯、城市建设和国防工程等方面获得广泛的应用，地下结构的重要性也愈加明显。
因而地下结构抗震问题具有重要的理论意义和工程应用价值。
基于１９９５年的阪神大地震中，各种地下结构和地下设施均遭受到严重的破坏的现象。
本文对框架形地下结构模型进行动态数值分析和振动台试验研究。
通过工作，研究地铁车站结构地震响应基本规律，对基本土体和结构形式，考虑她震输入、土一结构相互作用，分析体系变形，结构地震动力响应，破坏形态的机制，并讨论各因素影响作用。
为地铁及类似于地铁的其它大断面地下结构的设计提供科学的依据。
ｒｆ通过工作，可以发现：ｌｌ、体系的自振特性与单独的结构自振特性相比有了变化，整个体系的自振频率相对于单独结构有明显的减小，阻尼比增大；结构在水平向自振频率一致，但垂直方向结各部分的自振频率则不尽一致。
２、结构侧壁所受压力呈马鞍状分布，深埋时侧壁位移呈马鞍状分布，浅埋时则是由下至上依次增大。
３、结构立柱的最大正应力发生在底部，侧壁的最大应力则是在项部；当有垂直激励时，立柱中产生较大的拉压应力，尤其在立柱的中上部。
４、竖向地震力对结构破坏有着不可忽视的影响。
５、埋深对结构的地震反应有很大的影响，相对来说，浅埋情况更不利于地下结构的抗震。
：，，／关键词：地下结柄地震数值芬析振动言试验有试元中柱竖向地震ＡｂｓｔｒａｃｔＷｉｔｈｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｔｈｅｅｃｏｎｏｍｙ，ｍｏｒｅｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｗａｓｕｔｉｌｉｚｅｄｉｎｅｎｅｒｇｙ、ｔｒａｆｆｉｃ、ｄｅｆｅｎｄｉｎｇｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ｅｔｃ，ｉｔｓｉｍｐｏｒｔａｎｔｉｓｍｏｒｅｖｉｓｉｂｌｅ．Ｓｏａｎｔｉ—ｓｅｉｓｍｉｃｆｏｒｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｉｓｉｍｐｏｒｔａｎｔｂｏｔｈｉｎｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｒｅｓｅａｒｃｈａｎｄｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ．Ｂｅｃａｕｓｅｏｆａ１１ｏｆｋｉｎｄｓｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｗａｓｂａｄｌｙｄａｍａｇｅｄｉｎｔｈｅ１９９５Ｈａｎｓｈｉｎ－－Ａｗａｊｉｅａｒｔｈｑｕａｋｅ，ｔｈｉｓａｒｔｉｃｌｅｓｔｕｄｙｆｒａｍｅｈｕｍｅｒｉｃａｌａｎａｌｙｓｉｓａｎｄｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｗｉｔｈｔｈｅｍｅｔｈｏｄｏｆｄｙｎａｍｉｃｔｈｅｒｕｌｅｏｆｔｈｅｓｈ８ｋｉｎｇｔａｂｌｅｔｅｓｔ．Ｉｎｔｈｅａｒｔｉｃｌｅ，Ｗｅｔｒｙｔｏｆｉｎｄｏｕｔｏｆｔｈｅｓｕｂｗａｖｓｒａｔｉｏｎｒｅａｃｔｔｏｅａｒｔｈｑｕａｋｅ，ａｎａｌｙｚｅｔｈｅｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎｏｒｄｅｒｔｏｐｒｏｖｉｄｅｔｈｅｏｒｙｔｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｇｅｔｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｗｒｅｃｋ，ｉｎｓｔａｔｉｏｎ·ｔｈｅｄｅｓｉｇｎｏｆｔｈｅｌａｒｇｅｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｓｉｍｉｌａｒｔｏｓｕｂｗａｙＴｈｉｓａｒｔｉｃｌｅｆｉｎｄｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎａｓｆｏｌｌｏｗ：ｉｓｄｉｆｆｅｒｅｎｔｆｒｏｍｏｎｌｙｉ．ｔｈｅｓｙｓｔｅｍ，ｓｎａｔｕｒａｌｄｙｎａｍｉｃｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｔｒｕｃｔｕｒｅ’Ｓ，ｂｕｔｓｔｒｕｃｔｕｒｅ．Ｉｔ，ｓｎａｔｕｒａｌｆｒｅｑｕｅｎｃｙｉｓｓｍａｌｌｅｒｔｈａｎｏｎｌｙｔｈｅｔｈｅｃａｌｌｌＤｉｓｌａｒｇｅｒ．Ｔｈｅｈｏｒｉｚｏｎｔａｌｆｒｅｑｕｅｎｃｙｉｓａｃｃｏｒｄａｎｔ，ｏｎｃｏｎｔｒａｒｙ．ｔｈｅｖｅｒｔｉｃａｌｆｒｅｑｕｅｎｃｙｉｓｄｉｆｆｅｒｅｎｔ－ｗａｌｌｌｉｋｅａｓａｄｄｌｅ·Ｔｈｅ２．Ｔｈｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｎｇｏｆｔｈｅｐｒｅｓｓｕｒｅｏｎｔｈｅｓａｄｄｌｅｗｈｅｎｓｔｒｕｃｔｕｒ８１８ｄｉｓＤｌａｃｅｍｅｎｔｏｆｔｈｅｗａｌｌｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅ１ｉｋｅａｂｕｒｉｅｄｄｅｅｐｌｙ．ｗｈｉｃｈｉｓｄｉｆｆｅｒｅｎｔｆｒｏｍｓｈａｌｌｏｗ—ｂｕｒｙ—ｓｔｒｕｃｔｕ。
地下结构抗震研究现状综述
地下结构抗震研究现状综述前言地震是一种自然灾害，通常会给人类带来很大的灾害和经济损失。
因此，对地震抗性的研究一直是一个热门话题。
在地震抗性的研究中，地下结构抗震研究是一个相对重要的方向。
因此，本文将综述地下结构抗震研究的现状，以便于更好地了解和认识该领域的进展。
地下结构抗震研究现状地下结构抗震研究是以地下结构的抗震性能及其动力相应为研究内容。
其主要研究形式包括基础抗震研究、隧道抗震研究和地下建筑物抗震研究等。
下面分别介绍各个方向的主要研究进展。
基础抗震研究地下建筑的基础是地下结构的重要部分，其稳定性对于整个建筑物的抗震性起到了决定性的作用。
因此，基础抗震研究一直是在地下结构抗震研究中非常重要的一部分。
现代基础抗震研究主要包括基础能力设计方法、摇摆式隔震系统设计与应用、地铁车站建筑基础与结构抗震耦合效应等方面的研究。
基础能力设计方法是在建筑物基础设计中，考虑地震荷载引起的直接和间接破坏作用下，土壤和基础互相作用的变化规律，研究满足工程要求、合理安全的基础稳健性。
摇摆式隔震系统设计是一种新型的隔震系统，其主要特点是在建筑上部设立一个摇摆质量，通过隔震器将建筑原地保持静止，从而能够有效提高其抗震性能。
地铁车站建筑基础与结构抗震耦合效应研究主要研究在复杂地下建筑物中车站的地下结构稳定性，并考虑地铁运行振动对建筑物的影响。
隧道抗震研究隧道相对于地面建筑物而言，具有一定的安全性和抗震性能，但一旦地震发生，隧道很容易受到破坏。
因此，隧道抗震研究是一个相对重要的领域。
在隧道抗震研究中，涵盖了地震力对隧道的影响、隧道动力响应、隧道抗震设计等方面的研究。
其中，隧道抗震设计是隧道抗震研究的重要方向之一。
隧道抗震设计主要是通过改进隧道结构和采取相应的隔震和减振措施来提高隧道结构的抗震安全性。
地下建筑物抗震研究地下建筑物抗震研究主要涵盖地下商场、地下公路、地下车库等建筑类型。
对于地下建筑物，其相对于地面建筑物而言，其抗震性能往往会更好，但仍然需要更加全面的研究。
大型地下结构三维地震响应特点研究
大型地下结构三维地震响应特点研究
陈健云;胡志强;林皋
【期刊名称】《大连理工大学学报》
【年(卷),期】2003(043)003
【摘要】采用阻尼影响抽取法分析了地下结构无限围岩介质的动刚度特性,建立了岩石地下结构抗震分析的实用相互作用分析时域模型,比较研究了地下结构-围岩动力相互作用分析中地震动输入机制、无限围岩动刚度及结构特性等各种主要因素对地下结构地震响应的影响程度. 指出几种常用地下结构地震响应近似分析方法只在一定条件下适用,无限介质的阻尼特性对结构响应起着重要的作用.
【总页数】5页(P344-348)
【作者】陈健云;胡志强;林皋
【作者单位】大连理工大学,土木水利学院,辽宁,大连,116024;大连理工大学,土木水利学院,辽宁,大连,116024;大连理工大学,土木水利学院,辽宁,大连,116024
【正文语种】中文
【中图分类】TU35;TU9;TV3
【相关文献】
1.基于三维离散元法的地下洞室定位块体地震响应 [J], 朱付广;王禹;宋康林;刘继国;朱泽奇
2.南京青奥城轴线地下空间三维地震响应分析 [J], 段国华
3.地下室对邻近地表和地下结构地震响应的影响 [J], 赵典;巴峰
4.超大型地下洞室群的三维地震响应分析 [J], 陈健云;胡志强;林皋
5.溪洛渡地下洞室群地震响应的二维及三维数值模型比较分析研究 [J], 吕涛;李海波;杨建宏;周青春;李俊如
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
某大型地下综合体主体结构地震响应分析及设计建议
某大型地下综合体主体结构地震响应分析及设计建议摘要：光谷广场地下综合体是集轨道交通工程、市政工程、地下公共空间于一体的综合项目，主体结构为地下三层大跨度多跨现浇框架混凝土结构，呈圆盘形，结构体型复杂，三个结构层存在较大的不规则。
将设计模型导入到有限元分析软件ANSYS中，对主体结构进行的反应谱分析和时程分析，通过两种方法的对比及软件分析结果，对主体结构给出了一些设计建议，并针对受力较大的梁、独立片墙等给出了可行的设计建议和处理措施，有效的提高了设计结构的可靠性。
关键词：地下结构；反应谱分析；时程分析；设计建议Seismic Response Analysis and Design Proposals for the Main Structure of a Large UndergroundDONG Xianlong（China Railway Tunnel Survey&Design Institute Co.，Ltd.，Tianjin 300133，China）Abstract：The underground synthesis is a comprehensive project which includerail transit engineering，municipal engineering and underground public space.The main structure is a three-story large and multi-span frame concrete structure cast in site，the structure is a disc shape and very complex，There is a large irregularity inthe structure layer.，we get the designed model to the software ANSYS，Based onthe results of the response spectrum analysis and time history analysis of the main structure，according to the calculated result，some optimizuozhe zation suggestions are given for the main structure，and feasible design suggestions and disposal measures are given for the beam with large force and the independent wall，which，effectively improve the reliability of the design structure.Key words：Underground structure；response spectrum analysis；time history analysis；design suggestion1.工程概况光谷广场地下综合体位于武汉市东湖新技术开发区光谷广场下方，是集轨道交通工程、市政工程、地下公共空间于一体的综合项目。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第43卷第3期2003年5月大连理工大学学报Jour nal of Dalian University of TechnologyVol .43,No .3May 2003文章编号:1000-8608(2003)03-0344-05收稿日期:2002-04-01; 修回日期:2003-03-25.基金项目:国家自然科学基金资助项目(50209002);辽宁省自然科学基金资助项目(20022130).作者简介:陈健云*(1968-),男,副教授;林 皋(1929-),男,教授,博士生导师,中国科学院院士.大型地下结构三维地震响应特点研究陈健云*, 胡志强, 林 皋(大连理工大学土木水利学院,辽宁大连 116024)摘要:采用阻尼影响抽取法分析了地下结构无限围岩介质的动刚度特性,建立了岩石地下结构抗震分析的实用相互作用分析时域模型,比较研究了地下结构-围岩动力相互作用分析中地震动输入机制、无限围岩动刚度及结构特性等各种主要因素对地下结构地震响应的影响程度.指出几种常用地下结构地震响应近似分析方法只在一定条件下适用,无限介质的阻尼特性对结构响应起着重要的作用.关键词:地下洞室;地震反应分析;动刚度;优化;阻尼影响抽取法中图分类号:T U 35;TU 9;TV3文献标识码:A0 引 言随着国民经济的发展,地下空间得到了越来越广泛的使用.然而近几年世界范围内发生了一系列大地震,造成了巨大的灾难,不少地下结构遭受破坏.由于与围岩的相互作用,地下结构的动力特性十分复杂,其响应特点与地面结构有明显的差别.研究表明[1],对地下结构采用施加惯性力的地震响应分析,即使采用几倍于结构尺寸的地基离散模型,施加不同的边界条件对地震位移响应的影响可达10倍,应力差别达5～6倍.目前各种实际地下结构的动力响应分析仍以各种近似方法为主.包括各种拟静力方法,如位移响应法[2、3],地基影响参数通常根据简化假定采用经验参数.动力近似分析通常将结构简化为二维问题处理[4],对于地下管线等结构形式具有一定的适用性.对于处于比较复杂地质、地形条件下的地下结构,或者形式较复杂的大型地下空间结构,要合理地反映地下结构的地震响应,则必须进行三维动力响应分析.当前常用的地下结构三维地震分析方法,主要有在模型外边界施加各种人工透射边界解决能量向无限远处辐射[5]的波动分析方法;以地下结构为主体,围岩的作用通过相互作用力来求解的相互作用分析方法[6],通常采用有限元、边界元、 解析法或半解析法等耦合求解;以及在外边界施加粘性阻尼器的惯性力方法.前两种方法属于较精确的数值方法,后一种方法则为近似方法.由于围岩介质对结构的动力影响在时间与空间都是耦合的,较精确的地下结构地震响应分析具有一定难度,时域求解复杂且求解代价很大.本文采用相互作用分析方法,结合溪洛渡超大型地下洞室群的地震响应分析,研究动力相互作用运动方程中各主要因素对地下结构地震响应的影响程度,为地下结构的简化分析提供依据.1 地下结构地震响应的相互作用分析方法地下结构的相互作用分析主要采用各种耦合方法,如有限元与边界元的耦合分析.本文则采用阻尼影响抽取法得到地基刚度与有限元进行耦合分析.1.1 阻尼影响抽取法的基本概念[7]将无限地基截取有限区域,其刚度阵为S t(X )=K -X 2M (1)式中:K 和M 分别为有限域的刚度阵与质量阵. 引入量纲一的频率a 0=X õr 0/c s 及刚度阵K与质量阵M ,则式(1)可表达为 S t (X )=Gr s -20(K -a 20M )=Gr s -20S (a 0)(2)式中:S (a 0)为量纲一的动刚度;G 为介质剪切模量;r 0为选定的特征长度;三维问题s = 3.则围岩边界的动刚度S (X )可从S t (X )中消去其他自由度的部分而求得.在有限域内引入人工高阻尼F 后,有限域有阻尼动刚度为S F (X )=G *r s -20S (a *0)(3)式中:G *=G (1+2i F );a *0=X õr 0/c *s ;c *s =c s /1+2i F .引入阻尼后使边界反射波在到达结构前被消耗掉.从而结构界面上的运动将主要取决于外行波动.则按高阻尼有限域求出的结构界面上动刚度可逼近无限域的动刚度,即S ∞(a *0)=S (a *0)(4)进一步从高阻尼有限域的动刚度中将施加的人工阻尼影响抽去,将量纲一的刚度换算为无限域实际动刚度,可得无限域的动刚度S ∞(X )=G G *S F (X )+S F (X ),X a 0-a *a *0,X(5)1.2 地下结构地震响应动力相互作用分析模型地下结构与围岩的动力相互作用模型如图1所示,其运动方程可写为[8、9]S ii S ib S biS sbb +S ∞u ti u t b=0S ∞u g b(6)式中:u t b 表示地下结构与围岩接触界面位移,u t i 表示地下结构非接触节点位移,u g b 表示地震动输入.图1 地下结构的动力相互作用模型F ig.1 Dynam ic interaction model for under gr oundcaver ns 通过式(5)对溪洛渡地下厂房所处地质条件围岩的动力刚度特性分析表明,在有意义的工程应用频率范围内,动刚度矩阵S ∞的实部和虚部随频率的变化可以用抛物线和直线进行模拟:Re S g bb (X )=K 0-X 2M 0Im S gbb(X )=i X C 0(7)式中:M 0、K 0和C 0可等价于施加于地下结构边界面上的质量、刚度与阻尼矩阵,由于它们不随频率而变化,可给时域分析带来很大的方便.将式(7)代入式(6),并进行傅氏反变换,可得地下结构-围岩动力相互作用公式:M iiM bb +M 0u õõt iu õõt b+C ii C ib C biC bb +C 0u õt iu õtb+K iiK ibK bi K b b +K 0u t i u tb= 0K 0u g b +C 0u õg b +M 0u õõgb(8) 式(8)即地下结构地震响应的相互作用分析公式,对于岩石地下结构,上式物理意义明确,计算简便、精度高、实用性强.2 地下结构地震响应运动方程围岩无限介质对地下结构地震响应的影响表现为边界上的作用力.为充分研究地下结构地震响应中各种因素对地下结构地震响应的影响程度,将式(8)分解为如下形式:Mu õõt ¹+Cu õt º+Ku t »+M 0u õõt b ¼+C 0u õt b ½+K 0u t b ¾=M 0u õõg b ¿+C 0u õg b À+K 0u g bÁ(9)其中,方程左端前3项分别表示考虑结构的惯性力、结构阻尼作用和弹性抗力作用;后3项分别表示考虑边界围岩的惯性力、结构阻尼作用和弹性抗力作用;方程右端为外界输入,分别表示边界惯性力(加速度输入)、边界阻尼力(速度输入)及边界弹性力(位移输入).为做进一步的比较研究,同时采用惯性力法进行以下两种情况的计算.Mu õõt ¹+Cu õt º+Ku t »=-Mu õõgb ○10(10) 按上式计算时,外边界采用固定约束条件. Mu õõt¹+Cu õtº+Ku t»+C 1u õtb ½′=-Mu õõgb ○10(11)式中:C 1为边界上施加的粘性阻尼,法向和切向单位面积上的阻尼分别为C p =Q c *p 和C s =Q c *s .c *s 和c *p 分别为剪切和膨胀波速.在地下结构的地震响应中,关于哪种因素起主要作用有各种认识.譬如拟静力法就是认为可以忽略结构惯性.因此,本文针对构成(9)、(10)、(11)3个方程的10个主要因素分别对比式(8)进行比较研究.具体计算组成工况见表1所示.345 第3期 陈健云等:大型地下结构三维地震响应特点研究表1 各种计算工况表T ab.1 Different computat ion conditions工况¹º»¼½½′¾¿ÀÁ○101●●●●●○●●○○○2●●●●●○●○●○○3●●●●●○●○○●○4○●●●●○●●●●○5●●●○●○●●●●○6●○●●●○●●●●○7●●●●○○●●●●○8●●●●●○○●●●○9●●●○○○○○○○●10●●●○○●○○○○● 注:●表示方程中包含的因素;○表示方程中不包含的因素3 计算结果分析3.1 模型参数及地震动输入模型参数选取:岩体物理模型采用正交异性线弹性模型;衬砌混凝土标号取为C30,采用各向同性线弹性模型,参数按《现行建筑结构规范大全》选取.具体参见表2.表2 围岩及结构衬砌模型参数Tab.2 M aterial pa rameter s of surr ounding r ock andstr uct ur e lining参数E/GPa 水平 垂直 M Q/(kgõm-3)围岩20 150.202850衬砌300.172400有限元模型:对洞室群进行三维有限元离散.洞室结构群主要有:主厂房,主变洞及尾水洞.离散范围为沿水流方向X轴长400m,高400m;沿厂房纵轴方向Y轴长78m.地震波选用溪洛渡场地波,如图2所示.水平加速度为0.18g,竖向加速度取水平加速度的1/3.图2 地震波加速度时程F ig. T ime domain of ear thquake acceler ation3.2 计算结果分析按相互作用公式(8)计算的洞室群应力分布结果见图3.主厂房和尾水洞拱顶应力见表3.其余各种工况计算结果见图4,并与图3计算结果进行比较研究.图3 精确的洞室群应力(公式(8))F ig.3 Accura te st ress distribution of gr oup caverns表3 各种工况下主应力最大值分布Tab.3 Maximum main str esses in t otal tim e histor y MP a 工况1工况2工况3工况4工况5工况6工况7工况8工况9工况10公式(8)调压井拱顶处0.24 1.240.1730.28 1.36 1.62 2.13 1.10 1.64 4.08 1.34主厂房拱顶处0.160.840.0510.140.92 1.10 2.49 1.63 1.10 5.020.90 本文将式(8)的计算结果作为地下洞室动力响应的精确数值结果.则工况1～3研究的是相互作用边界地震动输入的影响,分别为地震动位移、速度和加速度引起的边界相互作用力的影响;346大连理工大学学报第43卷 工况4、5研究的是结构惯性和模型边界等效质量的影响;工况6、7研究的是结构材料阻尼和边界无限地基辐射阻尼的影响;工况8研究的是边界刚度的影响;工况9、10研究的是地震作用按惯性力法计算时的精确程度.(a)工况1(b)工况2(c)工况3(d)工况4(e)工况5(f)工况6(g)工况7(h)工况8(i)工况9(j)工况10图4 洞室群最大主应力分布(单位MPa)Fig.4 Maximum m ain st ress dist ribution of under ground gr oup caver ns(Unit MP a) 从图4工况1～3可见,在地震动输入中,边界阻尼力作用产生的应力分布同图3基本一致,幅值也十分接近,约为全部作用的93%;边界弹性力作用产生应力分布虽然也同图3相似,但是幅值相对较小,约为20%左右;而边界惯性力作用影响更小,而且分布也不一样.从图4工况4、5可见,对于大型地下洞室来讲,结构惯性作用很大,忽略则造成分布和幅值均变化很大;而无限介质在边界上的等效惯性作用则影响很小,忽略后对应力分布基本没有影响,幅值则影响更小,约为2%.从图4工况6、7可见,忽略无限介质边界辐射阻尼影响很大,主要表现在忽略后主厂房拱顶与尾水洞拱顶应力最大值分别增大59%和167%;相比之下,结构材料阻尼影响相对较小,忽略时分布基本不变,幅值增大约为21%.从图4工况8可见,地基边界弹性约束作用对应力分布和幅值影响也较大,忽略后主厂房拱顶与尾水洞拱顶应力最大值分别相差81%和21%.从工况10可见,按照施加惯性力的分析方法分析地下结构动力响应时,边界约束条件影响很大,采用边界固定时,不仅应力分布变化很大,而且幅值相差达几倍,这一点同文献[1]是相同的;而从工况9可见,在边界施加粘性阻尼器时,计算结果分布与公式(8)计算结果基本相同,而幅值则相差22%左右.4 结果与讨论综上所述,地下洞室的动力响应分析同地面结构分析存在很大不同.首先,采用施加惯性力的分析方法时,边界约束条件的影响会使计算结347 第3期 陈健云等:大型地下结构三维地震响应特点研究果失去意义.应该按相互作用的分析方法.其次,采用相互作用分析方法时,边界上的地震动输入以边界阻尼作用力为主.这一点对于结构退化为小尺度地下结构时不考虑波传播效应的拟静力法边界输入是一致的.而边界位移和加速度输入影响相对较小.再次,无限介质边界的弹性约束作用具有一定影响,而边界等效惯性作用是可以忽略的;结构的惯性作用则不可忽略;同结构的材料阻尼相比,边界辐射阻尼的影响更大.最后,采用传统的惯性力法在模型边界施以粘性阻尼器,可在一定程度上近似反映结构动力响应.参考文献:[1]高峰,李德武.隧道三维地震反应若干问题的研究[J].岩土工程学报,1998,20(4):48-53.[2]黄先锋.地下结构的抗震计算——位移响应法[J].铁道建筑,1999(6):3-8.[3]KUBO K,KAF AGAMA T,OHASHI A.P resentstat e of lifeline earthquake engineer ing in Japan[A].P r oceeding of Cur r ent Sta te of Knowledge of Lif eline Ear thquake Engineer ing Conf er ence[C].Tokyo: ASCE,1997.118-133.[4]刘汉龙,周健.大地震作用下构造物、地基与流体协同变形分析[J].水利学报,1999(9):51-57.[5]M AT HEWS L C,GEERS T L.A doubly asymptoticnonr eflecting boundary for gr ound-shock analysis [J].J Appl M ech ASCE,1987,54:489-497.[6]ST AMOS A A,BESKOS D E.Dynamic analysis oflar ge3-D underground st ructures by the BEM[J].Ear thquake Eng&Str uct Dyn,1995,24:917-934. [7]WOLF J P.Soil-str uctur e Inter action Analysis inTim e Domain[M].New Jersey:P rentice-hall,1987.[8]陈健云,胡志强,林皋.超大型地下洞室群的三维地震响应分析[J].岩土工程学报,2001,23(4): 384-389.[9]WOLF J P,SONG C M.Finite Element Modeling ofUnbounded Media[M].New Yor k:Wiley,1996.Study of3-D seismic response characteristics oflarge under gr ound structuresCHEN Jian-yun*, H U Zhi-qiang, L IN Ga o(School of Civil and H ydra ul.,Dalia n U niv.of Te chnol.,Da lia n116024,China)Abst ract:T he3-D seismic response analysis of under ground structures is difficult because of dynamic interaction with the wall rocks.The characteristics of the dynamic stiffness of the unbounded rock medium are analyzed using the damping solvent extraction method and a practical method for underground structures-wall r ock interaction system is proposed.The effects of some key factors such as seismic input mechanism,dynamic stiffness and radiation damping on the seismic response of underground str ucture are studied incor porated with the Xiluodu hydraulic power plant using the pr oposed practical dynamic interaction analysis method.It is demonstr ated that the damping of the unbounded medium has gr eat effects on the seismic input mechanism and the seismic response of underground structure,and the applicable conditions of sever al appr oximate methods often used for underground structur es seismic response analysis are also studied.Key words:undergr ound chamber s;seismic response analysis;dynamic stiffness;optimization;damping solvent extraction method348大连理工大学学报第43卷 。