城市大型地下工程结构抗震安全理论研究

本项目对城市大型地下工程结构抗震安全理论进行研究，取得了一系列成果，主要包括： （1）开发了土与结构接触面动力测试设备与技术，揭示了土与结构接触面动力特性，提出了针对地下结构系统特点的动三维弹塑性接触面本构模型。在研制三维多功能接触面试验机等设备，开发整机真三维接触面加载技术、高精度接触面法向控制技术和柔性接触面技术等测试技术的基础上，对结构与粗粒土接触面的三维静动力学响应进行系统的研究。建立了新的三维弹塑性接触面本构模型，能统一描述单调和循环加载、二维和三维响应、共轴和非共轴变形、切向与法向耦合效应等接触面静动力学行为及本构关系。 （2）发展了砂土动力测试技术，总结了砂土主要动力特性规律，建立了统一的砂土弹塑性动本构模型。结合大量系统砂土动力试验，研究了砂土三维强度特征和规律、各向异性、可逆性与不可逆性剪胀等动本构规律。建立了能够统一描述不同状态砂土在单调和循环荷载作用下液化前后力学行为的三维砂土液化后大变形统一本构理论与模型。 （3）建立了可合理地考虑地基辐射阻尼的地震动输入机制。研究了饱和两相介质中基于柱面波的时域高阶人工边界条件的构建，形成了有效的地下结构系统计算域边界的处理和模拟方法。建立了基于波函数组合法的一种非一致地震动位移输入方式，为地震动输入提供理论和技术依据。 （4）开发了地下结构系统的动力离心模拟成套技术。在清华大学50g-t土工离心模型试验机和振动台上，开发了可模拟地震条件下可液化地基桩基础的离心模型试验及测量技术。包括根据离心模型试验相似律，选用合适的地下结构模拟材料，制作桩基础模型；设计叠环式模型，从而消除模型箱边界效应，有效地模拟无限水平地基；实现了离心模型试验过程中实时测量地下结构和地基的位移、加速度和孔压变化过程的测量系统，再现了可液化地基中地下结构的震动变形现象。 （5）揭示了地下结构地震响应规律，发展了地下结构抗震安全性评价理论及方法。结合动力离心模型试验和三维数值仿真平台，重点研究了可液化地基中地下结构动力响应的影响因素和基本规律。总结了已有的地下结构设计方法，发展了可液化地基中地下结构三维弹塑性有限元动力时程设计分析方法。 在完成本项目的过程中，培养了2名博士后、12名博士生和6名硕士生，发表SCI论文和EI论文共25篇。本课题所研究的大型结构与土体接触面力学试验系统的研制及应用已获国家技术发明一等奖。 2100433B

本项目拟以修建在各种土层中的城市地铁车站、地下综合商业街、地下变电站、共同沟、跨越江河的交通隧道等为代表的各类城市大型地下工程为研究对象，将强震环境下此类大型地下结构与周围土体视为多层次三维非线性大系统，以揭示该系统的震动相互作用规律为核心，着眼于震动破损机理和安全调控对策研究，着力突破海量数据处理可视化技术、大规模并行仿真技术、物理与模型试验结合模拟技术、多尺度多层次分析技术等四项关键支撑技术，着重展开五个方面的基本理论研究：1）复杂加载条件下大型地下结构与土体界面静动力学特性与破损本构理论； 2）大型复杂地下工程结构-土体系统的静动力学相互作用机理与分析理论；3）大型复杂地下结构系统震动灾变过程和时空分布效应模拟理论；4）大型复杂地下结构系统的破损模式与安全评价理论及方法； 5）大型复杂地下结构抗震优化设计与安全调控理论及方法，以期对提高我国城市大型地下工程结构抗震安全性能有所助益。

第1章 绪论

1.1 城市地下工程发展及其安全性问题

1.2 安全风险及工程安全风险

1.3 城市地下工程安全风险基本特点

1.4 国内外研究现状及发展趋势

1.5 本书主要内容及研究意义

第2章 城市地下工程及其安全风险特点

2.1 城市地下工程的主要功能

2.2 城市地下工程特点及结构耐久性

2.3 城市地下工程建设安全风险特点

2.4 目前地下工程安全风险管理中的主要问题

第3章 城市地下工程主要施工方法

3.1 明挖法

3.2 盖挖法

3.3 钻爆法

3.4 浅埋暗挖法

3.5 盾构法

3.6 TBM法

3.7 不同工法风险特点及控制方案

第4章 城市地下工程建设安全风险控制体系

4.1 地下工程安全风险控制研究现状

4.2 安全风险控制体系建立的基本思路

4.3 安全风险控制的工作程序

第5章 城市地铁施工典型安全事故及分析

5.1 北京地铁施工典型安全事故案例

5.2 安全事故类型及发生机理

5.3 安全事故防治对策

第6章 城市地下工程施工地层变形机理

6.1 城市隧道施工地层变形的组成

6.2 地层变形的基本特征

6.3 地层沉降的预测

6.4 地层变形模式和特点

6.5 地层破坏模式

6.6 城市隧道的合理埋置深度

第7章 城市隧道施工中地层与结构的动态作用体系

7.1 隧道-土体-结构动态作用体系

7.2 变形地层与结构的动态作用特点

7.3 地层与结构的动态作用模式

7.4 地层与结构动态相互作用结果预测

第8章 地层与结构变形控制标准的分析与确定

8.1 控制标准的研究现状

8.2 国内外建筑物变形控制标准

8.3 控制指标的系统化选择

8.4 控制标准的制定

8.5 工程实例

第9章 城市地下工程施工安全风险评估

9.1 安全风险评估程序

9.2 建（构）筑物现状调查与评估

9.3 建（构）筑物剩余变形能力评估及附加变形预测

9.4 安全风险等级划分

9.5 工程实例

第10章 地下工程施工安全风险过程控制原理与方法

10.1 地层及结构的变位特点

10.2 变位分配的力学原理

10.3 变位分配的实施方法

10.4 变位分配方法的应用

第11章 注浆抬升与结构变位恢复技术

11.1 既有结构变位的过程恢复原理

11.2 注浆抬升作用机理

11.3 注浆抬升数值模拟分析

11.4 注浆抬升施工技术要点

第12章 城市隧道穿越既有桥梁与桩基结构安全风险控制

12.1 地层变形与桩基结构相互作用关系

12.2 地层变形作用下桩基承载力影响因素

12.3 地层变形对不同桩基影响特点

12.4 桩基承载力损失与桩基沉降关系

12.5 地层变形对桩基承载力损失影响评价

12.6 隧道施工穿越既有桥梁安全风险控制

12.7 工程实例

第13章 大型十字换乘暗挖车站施工安全风险控制

13.1 工程概况

13.2 安全风险控制思路

13.3 车站主体暗挖关键环境风险因素

13.4 工法优化及施工影响预测

13.5 控制标准制定

13.6 施工中环境风险控制措施

13.7 环境风险控制效果评价

第14章 城市隧道穿越复杂建筑物安全风险控制

14.1 工程概况

14.2 安全风险控制体系的建立

14.3 建筑物现状调查与风险评估

14.4 建筑物变形控制指标及其标准值确定

14.5 隧道穿越建筑物施工方案优化

14.6 过程控制方案制定与实施

14.7 风险监控及安全预案

第15章 新建地铁车站施工穿越既有地铁安全风险控制

15.1 工程概况

15.2 安全风险控制工作要点

15.3 既有地铁结构变形控制标准制定

15.4 施工方案比选

15.5 施工过程中既有地铁监控量测分析

15.6 注浆抬升既有地铁结构机理及控制

第16章 地下工程安全风险控制与管理前景展望

16.1 地下工程安全风险控制与管理现状

16.2 亟需解决的关键问题

16.3 前景与展望

参考文献 2100433B

本书系统地介绍了城市地下工程知识，内容共分8章，包括：城市地下工程绪论、城市地下工程类型、城市地下工程规划与布局、城市地下工程勘察、城市地下工程结构分析与设计、城市地下工程施工、城市地下工程环境效应与改善、城市地下工程灾害特点和防灾措施。

在各章内容中除介绍了地下工程的特点，以及与地上工程的不同点外，还探讨了城市地下工程中的新理论、新技术和新方法，并引进了大量的工程实例分析，内容编排新颖，重视实用技术，可读性强。本书可作为普通高等学校岩土、土木、水利工程等专业的硕士研究生教材，相关专业的本科生，从事土木工程和地下工程的设计、施工和管理及科学研究的专业技术人员，大专院校其他专业的师生，也可参考使用。

《城市地下工程施工安全预警系统构建指南》结合城市地下工程规模愈益增大、埋置愈益加深、施工环境愈益复杂的发展趋势，首先综合梳理城市地下工程施工特点、安全问题与施工安全预警现状；然后在已有研究基础上对施工安全预警系统的设计基础进行阐述，说明其内涵、组成、理论与构建程序；进而针对各类主要城市地下工程（基坑工程、隧道工程、地下穿越工程）说明其施工安全预警系统的设计要点与理论体系；从实践可操作性角度对监测方式和监测仪器进行说明，并提供仪器选择方法；很后通过工程实例从实践角度对城市地下工程施工安全预警系统的设计与构建进行应用说明。