软土地下大空间结构地震破坏机理及减震控制研究

本项目以软弱覆盖土层中的地下大空间结构为研究对象，综合采用先进动态离心模型试验和三维精细化数值仿真技术，揭示软土地下大空间结构在强地震作用下的非线性动力响应规律及其灾变机理，研究地震能量在地下结构中的传递机制和耗散效应，揭示基于能量分析的减震控制原理，为进一步提高我国地下工程的抗震防灾水平提供科学支撑。 本项目按项目计划书要求完成全部预定研究内容。已取得的主要研究成果包括：1）采用高精度的动态离心模型试验技术，重点研发了可保证重复制备砂土试样的设备和方法以及可获得地下结构动力响应特征的测试元件桥路设计，真实模拟软弱土层的应力场，精确再现“软土－减震装置－地下结构”系统原型在实际应力条件下的真实动力响应；2）试验验证了地下结构受周围岩土介质变形或相对位移影响显著的动力响应特征，揭示了减震层通过吸收地下结构周围岩土介质的相对位移，进而降低结构内力和变形，最终减轻甚至避免了结构震害的作用原理；3）建立并验证了考虑跨尺度效应的混合建模方法，开展了三维精细化地震响应参数分析，实现了大开车站倒塌破坏模式的数值再现，研究结果表明：强竖向地震动增大了中柱轴压、从而降低了中柱的抗侧移能力，而高轴压、弱抗剪承载能力以及构造措施不足是导致中柱破坏、车站坍塌的主要因素；4）在此基础上，对软土中典型双层地铁车站进行了减震装置的空间优化布置设计，归纳了地震能量输入、转移、分布、耗散与吸收的规律，实现减震耗能装置在地下结构中的有效设计和优化布置，揭示了基于“替换”和能量概念的地下大空间结构的减震控制原理。 本项目是已结题青年基金项目的深化与拓展，重点实现高精度试验模拟和精细化数值建模的突破，为正确反映地下工程结构在地震作用下的性态、深入认识和理解地下结构地震破坏机理和减震控制原理提供更真实、可靠、精确的科学数据和新的研究途径。研究成果已发表SCI收录学术论文8篇（均为第一作者或通讯作者）、EI论文3篇；参编著作2部；授权国家发明专利3项；获教育部自然科学二等奖1 项（排名第2 ）和上海市科技进步三等奖1 项（排名第4）。 2100433B

在研项目按项目计划书要求完成全部预定研究内容。已取得的主要学术成绩：1）高轴压比条件下剪切板阻尼器的耗能机制；2）基于剪切耗能控制的大跨度地下结构减震机理。研究成果发展和完善了大跨度地下结构减震控制理论和精细化数值分析方法，推动了基于剪切耗能控制的先进抗震设计理念和减震控制技术在地下工程中的应用。已发表第一作者SCI论文2篇，SCI源刊（待收录）3篇，EI论文3篇，申请国家发明专利3项。有关成果在2部国家标准和地方规范中得到应用，获得上海市科技进步三等奖1项。.针对当前我国软土地下大空间结构抵御地震灾害能力亟待提升的迫切需求，拟申请项目将研究：1）软土地下结构动态离心模型试验；2）考虑跨尺度效应的三维精细化混合建模方法及验证；3）地下大空间结构减震控制机理。旨在揭示强震下软土地下大空间结构地震破坏机理以及基于能量转移和耗散的减震控制机理，为进一步提高我国地下工程的抗震防灾水平提供科学支撑。

通过对软土浅埋大管径输水隧洞的地震响应分析和试验研究，深入研究软土中浅埋隧洞衬砌、环缝接头、竖并、弯段等部位在周围不均匀软土介质、内水动压力及多点地震输入条件下的地震响应特点和破坏机理，提出不同条件下各部位的合理的隔震减震技术措施及控制方法，并建立相应的数值分析方法，探讨各种隔震减震装置的形式、参数、布置方案和效果。 2100433B

本书系统地研究了国内考虑主厂房与电气设备相互作用的大型变电站主厂房的抗震设计理论及设计方法，并进行了该类工业建筑的减震控制研究，主要内容包括考虑主厂房结构-电气设备相互作用的大型变电站主厂房计算模型的建立、地震模拟振动台试验研究、模态分析、地震反应分析、地震易损性分析、减震控制设计方法以及相关抗震设计建议等。