軟土地下大空間結構地震破壞機理及減震控制研究結題摘要

本項目以軟弱覆蓋土層中的地下大空間結構為研究對象，綜合采用先進動態(tài)離心模型試驗和三維精細化數值仿真技術，揭示軟土地下大空間結構在強地震作用下的非線性動力響應規(guī)律及其災變機理，研究地震能量在地下結構中的傳遞機制和耗散效應，揭示基于能量分析的減震控制原理，為進一步提高我國地下工程的抗震防災水平提供科學支撐。 本項目按項目計劃書要求完成全部預定研究內容。已取得的主要研究成果包括：1）采用高精度的動態(tài)離心模型試驗技術，重點研發(fā)了可保證重復制備砂土試樣的設備和方法以及可獲得地下結構動力響應特征的測試元件橋路設計，真實模擬軟弱土層的應力場，精確再現(xiàn)“軟土－減震裝置－地下結構”系統(tǒng)原型在實際應力條件下的真實動力響應；2）試驗驗證了地下結構受周圍巖土介質變形或相對位移影響顯著的動力響應特征，揭示了減震層通過吸收地下結構周圍巖土介質的相對位移，進而降低結構內力和變形，最終減輕甚至避免了結構震害的作用原理；3）建立并驗證了考慮跨尺度效應的混合建模方法，開展了三維精細化地震響應參數分析，實現(xiàn)了大開車站倒塌破壞模式的數值再現(xiàn)，研究結果表明：強豎向地震動增大了中柱軸壓、從而降低了中柱的抗側移能力，而高軸壓、弱抗剪承載能力以及構造措施不足是導致中柱破壞、車站坍塌的主要因素；4）在此基礎上，對軟土中典型雙層地鐵車站進行了減震裝置的空間優(yōu)化布置設計，歸納了地震能量輸入、轉移、分布、耗散與吸收的規(guī)律，實現(xiàn)減震耗能裝置在地下結構中的有效設計和優(yōu)化布置，揭示了基于“替換”和能量概念的地下大空間結構的減震控制原理。 本項目是已結題青年基金項目的深化與拓展，重點實現(xiàn)高精度試驗模擬和精細化數值建模的突破，為正確反映地下工程結構在地震作用下的性態(tài)、深入認識和理解地下結構地震破壞機理和減震控制原理提供更真實、可靠、精確的科學數據和新的研究途徑。研究成果已發(fā)表SCI收錄學術論文8篇（均為第一作者或通訊作者）、EI論文3篇；參編著作2部；授權國家發(fā)明專利3項；獲教育部自然科學二等獎1 項（排名第2 ）和上海市科技進步三等獎1 項（排名第4）。 2100433B

在研項目按項目計劃書要求完成全部預定研究內容。已取得的主要學術成績：1）高軸壓比條件下剪切板阻尼器的耗能機制；2）基于剪切耗能控制的大跨度地下結構減震機理。研究成果發(fā)展和完善了大跨度地下結構減震控制理論和精細化數值分析方法，推動了基于剪切耗能控制的先進抗震設計理念和減震控制技術在地下工程中的應用。已發(fā)表第一作者SCI論文2篇，SCI源刊（待收錄）3篇，EI論文3篇，申請國家發(fā)明專利3項。有關成果在2部國家標準和地方規(guī)范中得到應用，獲得上海市科技進步三等獎1項。.針對當前我國軟土地下大空間結構抵御地震災害能力亟待提升的迫切需求，擬申請項目將研究：1）軟土地下結構動態(tài)離心模型試驗；2）考慮跨尺度效應的三維精細化混合建模方法及驗證；3）地下大空間結構減震控制機理。旨在揭示強震下軟土地下大空間結構地震破壞機理以及基于能量轉移和耗散的減震控制機理，為進一步提高我國地下工程的抗震防災水平提供科學支撐。

通過對軟土淺埋大管徑輸水隧洞的地震響應分析和試驗研究，深入研究軟土中淺埋隧洞襯砌、環(huán)縫接頭、豎并、彎段等部位在周圍不均勻軟土介質、內水動壓力及多點地震輸入條件下的地震響應特點和破壞機理，提出不同條件下各部位的合理的隔震減震技術措施及控制方法，并建立相應的數值分析方法，探討各種隔震減震裝置的形式、參數、布置方案和效果。 2100433B

本書系統(tǒng)地研究了國內考慮主廠房與電氣設備相互作用的大型變電站主廠房的抗震設計理論及設計方法，并進行了該類工業(yè)建筑的減震控制研究，主要內容包括考慮主廠房結構-電氣設備相互作用的大型變電站主廠房計算模型的建立、地震模擬振動臺試驗研究、模態(tài)分析、地震反應分析、地震易損性分析、減震控制設計方法以及相關抗震設計建議等。