大断面地下结构抗震模型试验是一项极具意义的研究工作。在试验中，首先要精心设计并制作大断面地下结构的模型，以准确模拟实际工程中的结构特征。通过模拟地震动加载系统，对模型施加不同强度和频率的地震荷载。这一过程能够观测大断面地下结构在地震作用下的应力分布、变形特征以及可能出现的破坏模式。研究人员借此深入分析结构的抗震性能，评估其在地震中的稳定性与安全性。该试验为大断面地下结构的抗震设计提供了可靠的理论依据和数据支持，有助于优化结构设计，提升地下结构在地震灾害中的抵御能力。

    摘 要 开展大断面地下结构振动台模型试验,检测结构埋深、竖向地震荷载等因素对结构抗震能力的影响;通过对结构的加速度、动应变、位移等试验数据的分析、比较,找到了一些大断面地下结构的动力响应分布规律。（参考《建筑中文网》）

    关键词 地下结构 模型试验 抗震分析
   
    长期以来,人们对地下结构抗震问题注意不够,一直认为“地下结构是安全的”。然而1995年1月17日发生在日本的阪神大地震,使神户市地铁等各类地下结构均遭受不同程度的破坏,打破了“日本地铁不可破坏”的神话,充分暴露了地下结构抗震的弱点。因此必须深入研究地下结构地震时的响应规律,对其抗震能力重新进行评估。对地下结构抗震问题的研究,主要采用理论分析与实验研究相结合的途径。分析影响地下结构地震响应的因素时,试验研究是重要的、不可缺少的办法。然而国内外现有的研究主要集中在一维线性地下结构,大断面地下结构抗震试验研究的工作开展得极少。
    本文通过开展大断面地下结构振动台模型试验,揭示出地震情况下大断面地下结构的一些动力响应分布规律。
    1 试验情况
    本试验以人防工程中常用的单层多跨无梁楼盖结构为研究对象,用有机玻璃制作了9区格的结构模型。结构模型尺寸为60cm×60cm×24cm,其中中柱横断面尺寸为1.2cm×1.2cm,顶底板厚度为1.2cm,侧墙厚度为5cm。以细干沙模拟场地土,沙层厚度为1m。装沙箱体尺寸为2.8m×1.2m×1.2m。在MTS振动台上结构分别以36cm(工况1)和10cm(工况2)两种埋深进行了地下结构振动台模型试验。在土和结构模型的关键部位布置了62个测点,其中加速度22个(结构上14个,土中6个,箱体上2个),应变30个(结构上),位移3个(结构上),土压力7个(土中2个,结构上5个),分水平、竖直、水平与竖直耦合等3种方式输入阪神(输入量级0.1g~1.2g)和ELcentro(输入量级0.1g~1.2g)两类地震波,主要测得土-结构界面上的动土压力、加速度、结构的动应变、位移等4种物理量。试验输入地震波波形见图1~3,结构模型测点布置见图4,试验用材料参数见表1,各物理量的动力相似关系见表2。

   
    2 试验结果
    2.1 加速度反应
    随着各测点位置的不同,加速度响应差异较大,总体趋势是:土体和地下结构的加速度都是由低到高逐渐增大,而在同一高程处,土体中的加速度大于结构上的加速度(图5)。结构顶板的加速度响应比底板大,可达到底板的2.3倍。浅埋时加速度响应值普遍比深埋时大,而且增加的幅度比较大。顶板和侧墙上方的放大系数较大,放大作用较强,振动比较激烈。因此,地震时地下结构振动反应最激烈的部位是结构顶板及其两侧墙顶,这些部位需要承受的激振力最大,容易遭受破坏。

   
    2.2 动应变反应
    结构顶板的动应变峰值最大,受拉受压循环变化,反应最小的位于结构底板,以受压为最大。中柱和侧墙都是上下两端大,中间小,而中柱比侧墙动应变大(图6)。图7反映的是两种埋深情况下结构侧墙动应变随荷载输入强度的变化。由此可见,深埋结构比浅埋结构动应变小得多。这说明地下结构顶部的覆土对结构的地震反应影响很大,埋深越大,覆土对地下结构的约束作用越大,结构对地震荷载的动力响应越小。图8显示的是两种输入情况下结构中柱的应变情况。由图8可见,水平与竖直耦合输入的地震荷载与同级别水平荷载相比,结构的动应变响应显著增大,因此城市直下型地震对结构的破坏极大,应特别注意预防。
    2.3 变形分析
    由结构侧墙上排列的3个位移计的测量结果可以发现,在地震荷载作用下,周围场地土的运动会引起结构的变形和运动。由于周围场地土的运动会发生放大作用,其上下位置变形不一致,使结构也发生相应的变形。结构的变形随输入荷载的增大而增大。结构上部的变形大,下部的变形小,结构由原来的矩形变成了平行四边形。且结构中柱和侧墙的上下端动应变和位移都比中间大,这说明地下结构的上下墙角和上下柱角最容易遭到地震的破坏。

   
    2.4 应力分析
    就结构各点应力大小来看,结构顶板的角隅处,支柱顶端和底端以及靠近底板的角隅处,应力较大,比较危险,需要在设计和施工时着重注意。
    3 结 论
    (1)由于地下结构的振动变形受周围场地土的约束作用十分显著,因此地下结构的振动特性受埋深的影响很大,浅埋结构比深埋结构的动力响应大(特别是动应变)。这说明浅埋结构比深埋结构在地震时更易遭到破坏。
    (2)地震荷载的竖直分量对结构的动力响应,包括加速度、动应变都有显著的影响,特别是对结构中柱动应变的影响很大。同时结构中柱的动力响应又比侧墙大,由此可推断阪神地震地铁车站破坏的主要原因有:①阪神地震波的主频率比较低,低频成分较多。②阪神地震中地震波的垂直分量比较大,这使得地铁车站的重要构件———中柱内力大大增大,造成中柱破坏,最终导致结构的破坏。
    (3)结构的动力响应与输入加速度峰值近似成线性关系,而随着激励振幅的增加,土的共振频率和振幅减小,场地土显示出较强的非线性特性。
   
    参考文献
    〔1〕林皋.地下结构的抗震设计.土木工程学报,29(1).1996.
    〔2〕马险峰等.神户市地铁车站的震害及修复.铁道工程学报.1998年增刊.

原文网址：http://www.pipcn.com/research/200810/8928.htm