大型地下隧道群对沿线地震地面运动影响的研究

近年来我国一些大城市为缓解城市交通压力，普遍在市中心地带建设地下铁道。地铁隧道通常由两个或两个以上隧道组成，隧道之间距离一般比较近，从而形成隧道群。我国不少地铁工程是建在高烈度地震区，如北京、天津等。然而国内外地下隧道建设及相关抗震设计规范中均没有涉及地下隧道建设后对沿线设计地震动、以及对沿线既有地面建筑物地震安全性的影响问题。本项目对大型地下隧道群对沿线地震地面运动的影响进行解析研究，给出弹性半空间和饱和半空间中两个和多个圆形隧道在P、SV和Rayleigh波入射下地面运动二维问题和三维问题解析解，并分析隧道之间距离、隧道直径、衬砌厚度、衬砌刚度、土介质刚度和孔隙率、入射波波长、入射角度等参数对沿线地面运动的影响。为地铁工程建设后地铁沿线设计地震动参数的确定、以及地铁沿线既有地面建筑物地震安全性的评估等重大问题的解决提供理论基础，研究具有重大的科学意义和巨大的社会效益。 2100433B

强地震引起的地面运动，一般可用强震仪以加速度时程曲线（两个水平向、一个竖向）的形式记录,其中对结构产生作用的最重要特征是加速度最大值（也称加速度峰值）、频率成分和持续时间。从图1 a、b可知，两个记录分别具有不同的频率成分(波形A、波形B)，其各自的主要频率也称卓越频率(其倒数为卓越周期);土愈软则卓越周期愈长,并随震中距而异。持续时间从几秒至几十秒，随震级、震中距以及地表软土覆盖层厚度而变化。地震时，在结构的某些部位装上传感器把信号记录下来，可得到地震反应的物理量：如加速度、速度、位移和应变等，用以定量估计地震作用，以便在工程结构抗震设计中应用。

近场地面运动，地震造成的破坏主要来自地震近场的地面运动,因此地面运动特性成为工程地震学的主要研究对象之一。欧洲数百条地震动记录按震级、震中距、场地类别及震源机制等条件分类，通过对地震动记录加速度峰值比、加速度峰值衰减规律及反应谱比等内容的统计分析，研究了震源机制、场地类别等因素对竖向地震动的影响。结果表明，震源机制和场地类别这两种因素在近场区对竖向地震动特性有显著的影响。

在震源运动学研究中，常不得不用较少的参数来描述断层的运动，这就有时导致一些物理上不合理的结论。例如，若假定位错在断层面上是均匀分布的，则在断层边缘势必造成应力无限大的结果，这是不合理的。为了理解震源处发生的物理过程，最好是应用固体断裂力学的方法去了解岩石破坏的起源、发展和终止的问题。这就是震源动力学研究的任务。通过动力学的研究可以找出可能的断裂运动，使它们不但同观测资料一致，同时也给出在断层面上的合理应力分布，这方面的工作还刚刚开始。

震源的运动学研究和动力学研究都是从力学角度研究震源，所以这两方面的研究也称为震源力学或断层力学。运动学研究和动力学研究主要是讨论地震发生时的情况，对于地震发生以前的过程则讨论得很少。震源物理学则以这个问题作为研究的中心课题。