第3章-地下工程抗震原理

地下結(jié)構(gòu)災(zāi)害與防護(hù)

第三章地下工程抗震原理內(nèi)容提要概述地下結(jié)構(gòu)地震危害機(jī)理地下結(jié)構(gòu)抗震分析地下結(jié)構(gòu)抗震對策與設(shè)計(jì)0概述我國震區(qū)分布地震的危害地下結(jié)構(gòu)的震害地下工程抗震的意義

1我國震區(qū)分布我國地處于環(huán)太平洋地震帶上，地震活動性非常頻繁，是世界上最大的一個(gè)大陸淺源強(qiáng)震活動區(qū)。我國大部分地區(qū)為地震設(shè)防區(qū)。300多個(gè)城市中，有一半位于地震基本烈度為7度乃至7度以上的地震區(qū)。23個(gè)百萬以上人口的特大城市中，有70％屬7度和7度以上的地區(qū)，像北京、天津、西安等大城市都位于8度的高烈度地震區(qū)，南京也位于7度區(qū)內(nèi)。1.1我國震區(qū)分布1.1我國震區(qū)分布我國六個(gè)地震活動區(qū)：臺灣及其附近海域喜馬拉雅山脈地震活動區(qū)南北地震帶天山地震活動區(qū)華北地震活動區(qū)東南沿海地震活動區(qū)1.1地震的危害世界上多次強(qiáng)破壞性地震都集中在城市：1906年美國舊金山大地震（M8.3）1923年日本關(guān)東大地震（M8.2）1960年智利南部大地震（M8.5）1964年美國阿拉斯加大地震（M8.4）1968年日本十勝沖大地震（M8.0）1976年中國唐山大地震（M7.8）1989年美國洛馬普里埃地震（M7.0）1994年諾斯雷奇地震（M6.7）1995年日本阪神地震（M7.2）1.2地震的危害(1)地面?(2)地下?1.2地下結(jié)構(gòu)的震害1.3地震可造成多種地下結(jié)構(gòu)的破壞。主要有哪些破壞呢？地鐵車站的震害1.3.1阪神地震對地鐵結(jié)構(gòu)造成的破壞為世界地震史上大型地下結(jié)構(gòu)在地震中遭受嚴(yán)重破壞的首例。在神戶市內(nèi)2條地鐵線路的18座車站中，有6個(gè)站均發(fā)生嚴(yán)重的破壞。為什么？地下管道的震害1.3.21906年美國舊金山大地震（M8.3），三條主要輸水管道破壞，上千處破裂，消防水?dāng)嘟^，火災(zāi)無法撲滅，大火燃燒三天三夜，造成800余人死亡，損失財(cái)產(chǎn)4億美元。1976年中國唐山大地震（M7.8），唐山市給水系統(tǒng)全部癱瘓，徑一個(gè)月?lián)屝薏琶銖?qiáng)恢復(fù)供水；秦京輸油管道發(fā)生5處破壞?！叵鹿こ炭拐鸬囊饬x1.2地鐵隧道、車站：百萬人口以上的城市都有建設(shè)地鐵的需求。鐵路隧道：巖石隧道等。公路隧道：巖石隧道、土層隧道、越江隧道。市政隧道：電信（電纜）隧道、輸水隧道。市政管線：水管、氣管。地下結(jié)構(gòu)的震害在大地震中已有發(fā)生，已成為工程設(shè)計(jì)必須考慮的問題。隨著地下空間開發(fā)和地下結(jié)構(gòu)建設(shè)規(guī)模的不斷加大，地下結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)及其安全性評價(jià)的重要性、迫切性愈來愈明顯。地下結(jié)構(gòu)地震危害機(jī)理對地下結(jié)構(gòu)震害的新認(rèn)識地下結(jié)構(gòu)震害概況地下結(jié)構(gòu)地震破壞特征土體的振動液化結(jié)構(gòu)本身抗震性能問題2對地下結(jié)構(gòu)震害的新認(rèn)識2.1老觀點(diǎn)：地下結(jié)構(gòu)不會發(fā)生嚴(yán)重震害新現(xiàn)象：地下結(jié)構(gòu)發(fā)生嚴(yán)重震害新觀點(diǎn)：地下結(jié)構(gòu)震害嚴(yán)重老觀點(diǎn)2.1.1老觀點(diǎn)（1995年前）：地下結(jié)構(gòu)一直被認(rèn)為具有良好的抗震條件，震害甚少，地下結(jié)構(gòu)在地震時(shí)是安全穩(wěn)固的。

工程界只片面強(qiáng)調(diào)地下結(jié)構(gòu)受四周地層制約、抗震性能較好的一面，人們簡單認(rèn)為地下結(jié)構(gòu)在地震時(shí)是安全穩(wěn)固的。老觀點(diǎn)2.1.1客觀現(xiàn)象：1995年阪神大地震發(fā)生之前，雖然發(fā)生過很多大型地震，卻很少有大型地下結(jié)構(gòu)在地震中遭受嚴(yán)重破壞；在多次大地震中，地面破壞嚴(yán)重，但地下結(jié)構(gòu)免遭損傷的例子眾多。在唐山大地震（1976，ML7.8）時(shí)，天津地鐵基本無恙[1]。許多礦山井巷在地震中基本無損。雖然有許多地下管道地震破壞的例子，但被認(rèn)為是管道自身的特殊性，與普通地下結(jié)構(gòu)不能混為一談。老觀點(diǎn)2.1.1理論依據(jù)：和地面結(jié)構(gòu)相比，面波隨著埋深的增加急劇衰減，對地下結(jié)構(gòu)的影響較??；地下結(jié)構(gòu)周圍的巖土介質(zhì)把從震源傳來的地震波能量中的高頻成分吸收，使地下結(jié)構(gòu)受到的地震荷載大大減小。老觀點(diǎn)2.1.1局面：地下結(jié)構(gòu)抗震研究嚴(yán)重滯后于地面結(jié)構(gòu)抗震研究。地面結(jié)構(gòu)的抗震研究也達(dá)到實(shí)用階段，各國已制訂了各種地面結(jié)構(gòu)物的抗震設(shè)計(jì)規(guī)范；對地下結(jié)構(gòu)的地震破壞卻知之不多，地下結(jié)構(gòu)的抗震研究才剛剛開始，現(xiàn)在還沒有地下結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的規(guī)范。國內(nèi)除了對地下管線的抗震作過一些分析外，對于像地鐵車站及區(qū)間隧道等這樣的大型地下結(jié)構(gòu)很少涉及[1]。在地下工程抗震方面，國外主要是美國和日本走在前列，有少量研究成果和規(guī)范。1969年美國海灣地區(qū)快速運(yùn)輸系統(tǒng)(BART)提出了地下鐵道的抗震設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)[2]

。老觀點(diǎn)2.1.1警鐘敲響：地下結(jié)構(gòu)沒有震害事例的原因：當(dāng)時(shí)大型地下結(jié)構(gòu)為數(shù)甚少，遇到地震者更少。1995年以前，抗震工程學(xué)者曾指出：關(guān)于地下結(jié)構(gòu)，雖然迄今尚無嚴(yán)重震害事例，但從地上結(jié)構(gòu)受震害破壞經(jīng)驗(yàn)來看，可以設(shè)想這類結(jié)構(gòu)今后仍有出現(xiàn)震害的可能，設(shè)計(jì)時(shí)對此應(yīng)有必要的充分準(zhǔn)備。新現(xiàn)象2.1.21995年，阪神地震對地鐵結(jié)構(gòu)造成的破壞為世界地震史上大型地下結(jié)構(gòu)在地震中遭受嚴(yán)重破壞的首例。在神戶市內(nèi)2條地鐵線路的18座車站中，有6個(gè)站和多處隧道（神戶高速鐵道的大開站、高速鐵道長田站及它們之間的隧道部分，神戶市營鐵道的三宮站、上澤站、新長田站、上澤站西側(cè)的隧道部分及新長田站東側(cè)的隧道部分）均發(fā)生嚴(yán)重的破壞。新觀點(diǎn)2.1.3反思：阪神大地震中，包括諸如地鐵車站及區(qū)間隧道等結(jié)構(gòu)在內(nèi)的大量大型地下結(jié)構(gòu)出現(xiàn)嚴(yán)重的破壞，使人們對地下結(jié)構(gòu)的抗震安全性產(chǎn)生懷疑。人們開始研究……新觀點(diǎn)2.1.3新觀點(diǎn)（1995年后）：地下結(jié)構(gòu)具有不同于地面結(jié)構(gòu)的抗震性能和破壞特征，在某些情形下，同樣會發(fā)生嚴(yán)重甚至強(qiáng)于地面結(jié)構(gòu)的破壞。

地下結(jié)構(gòu)震害概況2.2從破壞最嚴(yán)重的幾種地下結(jié)構(gòu)看……地鐵車站的破壞2.2.11995年阪神大地震線路車站覆土/m結(jié)構(gòu)形式主要破壞點(diǎn)神戶高速鐵路大開站22層4跨大部分中柱壓壞長田站21層2跨16/41根中柱剪切破壞2層4跨連續(xù)16根中柱剪切破壞其他站2～3

輕微損壞市營地下鐵道新長田站3～42層2跨車站東部大部分中柱剪切破壞上澤站3～42層2跨非對稱上層幾乎全部和中下層部分中柱剪切破壞4～63層2跨三宮站3～43層2跨非對稱33/42根中柱剪切破壞山陽電氣化鐵道西代站8～91層2跨東側(cè)上層16/17根中柱剪切破壞4～82層4跨西側(cè)上層4/8根中柱，9/14根側(cè)柱剪切破壞板宿站4～82層4跨1根中柱裂縫地鐵車站破壞的主要特點(diǎn)2.2.2地鐵車站破壞的主要特點(diǎn)有哪些呢？地鐵車站破壞的主要特點(diǎn)2.2.2中柱破壞地鐵車站破壞的主要特點(diǎn)2.2.2中柱破壞地鐵隧道的破壞2.2.3線路區(qū)間長度/m覆土/m結(jié)構(gòu)形式主要破壞點(diǎn)阪神電氣鐵路春日野道～巖屋10002～3單層雙跨920根中柱上下端混凝土保護(hù)層脫落其他35405～63540m側(cè)壁上角混凝土剝落神戶電氣鐵路

5～7單層單跨側(cè)壁上角、中柱上下端混凝土裂縫單層雙跨神戶高速鐵路新開地站以西

2.5～5.5單層雙跨中柱、側(cè)壁震害明顯新開地站以西東等地

側(cè)壁拐角輕微裂縫神戶～阪急三宮等地

側(cè)壁軸向彎曲裂縫西代站～大開站

709/810根中柱彎裂或剪斷長田站～大開站940249/375根中柱彎剪破壞，495m區(qū)域縱向斷裂，破壞嚴(yán)重大開站～新開地站

縱向斷裂，大變形神戶市營地鐵

6～16單層雙跨175/1961根中柱破壞，樓板、側(cè)壁部分裂縫

7～9雙層單跨妙法寺～板宿4009～14盾構(gòu)隧道

鑄鐵和RC管片基本沒有損壞山陽電氣化鐵道西代～板宿

單層雙跨300m區(qū)段樓板、側(cè)壁布滿裂縫1995年阪神大地震地鐵隧道破壞的主要特點(diǎn)2.2.4地下鐵道震害影響因素2.2.5地下管道的破壞2.2.6供水管、排水管、輸油管、輸氣管、共同溝均有震害現(xiàn)象。地下管道地震破壞可能導(dǎo)致各種次生災(zāi)害：共同溝、燃?xì)夤艿榔屏芽赡軐?dǎo)致火災(zāi)。供水管道破壞無法提供消防用水，火災(zāi)失控。地下管道的破壞特點(diǎn)2.2.7巖石隧道的破壞2.2.6斷層、破碎帶等地層軟弱處易破壞。隧道口易遭破壞。例：2008年汶川特大地震地下結(jié)構(gòu)地震破壞特征2.3地下結(jié)構(gòu)地震時(shí)的運(yùn)動特征地下結(jié)構(gòu)地震破壞的兩大類型地下結(jié)構(gòu)地震時(shí)的破壞特征地下結(jié)構(gòu)地震時(shí)的運(yùn)動特征2.3.1地震時(shí)地下結(jié)構(gòu)與地層是共同作用的，地層在震動中起主導(dǎo)作用，地下結(jié)構(gòu)主要是在地層的約束下運(yùn)動。

地下結(jié)構(gòu)地震破壞的兩大類型2.3.2地層破壞導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞地層斷裂、砂土液化、軟化震陷等現(xiàn)象引起的地層位移、錯(cuò)動、滑移，使地下結(jié)構(gòu)失去周圍土體的約束保護(hù)、受力失去平衡，產(chǎn)生過大變形，最終導(dǎo)致破壞。

地下結(jié)構(gòu)地震破壞的兩大類型2.3.2結(jié)構(gòu)自身薄弱導(dǎo)致破壞在周圍土體并未因地震作用失穩(wěn)的條件下，結(jié)構(gòu)自身強(qiáng)度低、柔性差，抗震能力不夠，不敵地震作用下產(chǎn)生的位移和地震力，產(chǎn)生地震應(yīng)力和變形，最終結(jié)構(gòu)破壞。

地下結(jié)構(gòu)地震時(shí)的破壞特征2.3.3地下結(jié)構(gòu)震害主要來自結(jié)構(gòu)的剪切破壞日本阪神地震中大開地鐵站的嚴(yán)重破壞，經(jīng)分析主要是由于地層的水平剪切振動導(dǎo)致其內(nèi)結(jié)構(gòu)的剪切破壞。

地下結(jié)構(gòu)地震時(shí)的破壞特征2.3.3其次是豎向地震力的破壞作用豎向地震力一般約為水平地震力的1/3-2/3。土體的振動液化2.4土體液化現(xiàn)象及其工程危害液化機(jī)理液化的影響因素土體液化可能性的判別場地液化危害性防治措施簡介土體液化現(xiàn)象2.4.1土體液化——指飽和狀態(tài)無黏性土（砂土或粉土）、低塑性黏性土（黃土、粉煤灰等）在一定強(qiáng)度的動荷載作用下表現(xiàn)出類似液體的性狀，完全失去強(qiáng)度和剛度的現(xiàn)象。動荷載——地震、波浪、車輛、機(jī)器振動、打樁以及爆破等。地震——引起的大面積甚至深層的土體液化的危害性最大，它具有面廣、危害重等特點(diǎn)，常能造成場地的整體性失穩(wěn)。土體液化表現(xiàn)及其工程危害2.4.2噴砂冒水(sandboiling)——液化上層中出現(xiàn)相當(dāng)高的孔隙水壓力，會導(dǎo)致低洼的地方或土層縫隙處噴出砂、水混合物，噴出的砂?？赡芷茐霓r(nóng)田，淤塞渠道。噴砂冒水的范圍往往很大，持續(xù)時(shí)間可達(dá)幾小時(shí)甚至幾天，水頭可高達(dá)2—3m。震陷——液化時(shí)噴砂冒水帶走了大量土顆粒，地基產(chǎn)生不均勻沉陷，使建筑物傾斜、開裂甚至倒塌。1964年日本新瀉地震時(shí)，有的建筑物結(jié)構(gòu)本身并未損壞，卻出地基液化而發(fā)生整體傾側(cè)。1976年唐山地震時(shí)，天津某農(nóng)場高10m左右的磚砌水塔，因其西北角處地基土噴砂冒水，水塔整體向西北傾斜了6°。土體液化表現(xiàn)及其工程危害2.4.2滑坡——在岸坡或壩坡中的飽和砂粉土層，由于液化而喪失抗剪強(qiáng)度，使土坡失去穩(wěn)定，沿著液化層滑動．形成大面積滑坡。1971年美國加州SanFernendo壩在地震中即發(fā)生上游壩坡大滑動。研究證明這是因?yàn)樵诘卣鹫駝蛹磳⒔Y(jié)束時(shí)，在靠近壩底和粘土心墻上游面處廣闊區(qū)域內(nèi)砂土發(fā)生液化的緣故。1964年美國阿拉斯加地震中，海岸的水下溜滑帶走了許多港口設(shè)施，并引起海岸涌浪，造成沿海地帶的次生災(zāi)害。上浮——貯罐、管道等空腔埋置結(jié)構(gòu)可能在周圍土體液化時(shí)上浮，對于生命線工程來講，這種上浮常常引起嚴(yán)重的后果。土體液化表現(xiàn)及其工程危害2.4.2土體液化機(jī)理2.4.3土體在往復(fù)剪應(yīng)力作用下，顆粒排列將趨于密實(shí)（剪縮性），孔隙水一時(shí)間來不及排出，從而導(dǎo)致孔隙水壓力上升，有效應(yīng)力減小。當(dāng)積聚起來的孔隙水壓力等于總應(yīng)力時(shí)，有效應(yīng)力就變?yōu)榱?。根?jù)有效應(yīng)力原理，飽和砂土抗剪強(qiáng)度為：當(dāng)孔隙水壓力

等于總應(yīng)力

，即

＝

時(shí)，當(dāng)有效應(yīng)力等于零，即 時(shí)，沒有粘聚力的砂土的強(qiáng)度就完全喪失。

土體液化的影響因素2.4.4土類土體液化的內(nèi)在條件：c→0，當(dāng)

↑，才可能

f→0

黏性土：有粘聚力c，即使孔隙水壓力等于全部有效應(yīng)力，抗剪強(qiáng)度也不會全部喪失，因而不具備液化的內(nèi)在條件。粗砂或中砂土：由于透水性好，孔隙水壓力易于消散，在周期荷載作用下，孔隙水壓力不易積累增長，因而一般也不會產(chǎn)生液化。土體液化的影響因素2.4.4土類可見，僅當(dāng)沒有粘聚力或粘聚力相當(dāng)小、土體滲透系數(shù)比較小，不足以在第二次荷載施加之前把孔隙水壓力全部消散掉，才具備積累孔隙水壓力并使強(qiáng)度完全喪失的內(nèi)部條件。因此，土的粒徑大小和級配是一個(gè)重要因素。試驗(yàn)和實(shí)測資料表明：粉、細(xì)砂土和粉土比中、粗砂土容易液化；級配均勻的砂土比級配良好的砂土容易發(fā)生液化。在地震作用下發(fā)生液化的飽和土的平均粒徑一般

d50<2mm。土體液化的影響因素2.4.4土的密度孔隙水壓力增長的原因在于松散砂的剪縮性，而隨著砂土密度增大，其減縮性減弱。一旦砂土開始具有剪脹性，剪切時(shí)內(nèi)部便產(chǎn)生負(fù)的孔隙水壓力，土體阻抗反而增大了，因而不可能發(fā)生液化。日本地震資料表明，相對密度Dr>0.7時(shí)，即使8度地震也不易發(fā)生液化。土體液化的影響因素2.4.4土的應(yīng)力狀態(tài)在地震作用下，土中孔隙水壓力等于固結(jié)壓力是初始液化的必要條件。固結(jié)壓力越大，則越不易發(fā)生液化。固結(jié)壓力隨埋深和地下水位深度而直線增加。而地震引起的動剪應(yīng)力隨深度的增加不如固結(jié)壓力的增加來得快?？梢?，埋深和地下水位深度越大，越不易液化。土體液化的影響因素2.4.4地震強(qiáng)度、地震持續(xù)時(shí)間地震強(qiáng)度大，動應(yīng)力大（加速度大），易液化；地震時(shí)間長，振動次數(shù)多，易液化。土體液化可能性的判別2.4.5動剪應(yīng)力對比法（基于室內(nèi)試驗(yàn)計(jì)算對比方法）抗液化強(qiáng)度的確定場地液化危害性的評價(jià)現(xiàn)場試驗(yàn)的經(jīng)驗(yàn)對比方法剪切波速法場地液化可能性判別的規(guī)范規(guī)定場地液化危害性防治措施簡介2.4.5加強(qiáng)基礎(chǔ)

主要是采用樁基、全補(bǔ)償筏板基礎(chǔ)、箱形基礎(chǔ)等深基礎(chǔ)。場地液化危害性的評價(jià)消除或減輕液化可能性

有換土、加密、膠結(jié)和設(shè)置排水系統(tǒng)等方法。結(jié)構(gòu)本身抗震性能問題2.4結(jié)構(gòu)材料強(qiáng)度、柔性結(jié)構(gòu)強(qiáng)度結(jié)構(gòu)形式及其穩(wěn)定性結(jié)構(gòu)連接部位的柔性地下結(jié)構(gòu)抗震分析地下結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)特點(diǎn)地下結(jié)構(gòu)抗震分析方法3地下結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)特點(diǎn)3.1地下結(jié)構(gòu)的振動變形受周圍地基土體的約束作用顯著，對地下結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)起主要作用的因素是地基的運(yùn)動特性，結(jié)構(gòu)的動力反應(yīng)一般不明顯表現(xiàn)出自振特性（結(jié)構(gòu)形狀、質(zhì)量、剛度等）的影響。地下結(jié)構(gòu)振動形態(tài)受地震波入射方向變化的影響很大。入射方向發(fā)生不大的變化時(shí)，結(jié)構(gòu)變形和應(yīng)力可以發(fā)生較大的變化。地下結(jié)構(gòu)在振動中的主要應(yīng)變與地震加速度的聯(lián)系不明顯，但與周圍巖土介質(zhì)的應(yīng)變和變形關(guān)系密切。地下結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)隨埋深的變化很明顯（書中有誤[1]）。地下結(jié)構(gòu)抗震分析方法3.2抗震研究的重點(diǎn)：地面結(jié)構(gòu)——結(jié)構(gòu)自振特性地下結(jié)構(gòu)——地基地震運(yùn)動特性地下結(jié)構(gòu)抗震分析方法3.2地下結(jié)構(gòu)和地面結(jié)構(gòu)的地震動力反應(yīng)特點(diǎn)不同，決定了其抗震分析方法的不同。上世紀(jì)70年代前，地下結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)沿用地面方法。地下結(jié)構(gòu)抗震研究的先驅(qū)：1969年代美國制定BART隧道抗震設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)70年代后期日本進(jìn)行深入研究前蘇聯(lián)也對地鐵結(jié)構(gòu)抗震計(jì)算進(jìn)行了研究我國只有零星研究，不成系統(tǒng)地下結(jié)構(gòu)抗震分析方法3.2

閻盛海（1989）在《地下結(jié)構(gòu)抗震》中介紹了有理論解的幾種地下結(jié)構(gòu)類型:巖體隧洞非圓形隧洞的襯砌：門拱形、馬蹄形圓形隧洞襯砌：單層、多層襯砌。

土體隧道開挖＋混凝土襯砌；沉埋（沉管）隧道地下管線

地下結(jié)構(gòu)抗震分析方法3.2地下結(jié)構(gòu)抗震分析方法3.2地震系數(shù)法3.2.1地震系數(shù)法（大房森吉，1899）又稱靜力法、慣性力法或擬靜力法。原理：假設(shè)地面結(jié)構(gòu)與地震有相同的振動，結(jié)構(gòu)上只作用著地面運(yùn)動加速度產(chǎn)生的慣性力（地震慣性力），把慣性力視作靜力作用于結(jié)構(gòu)作抗震計(jì)算。式中Q——結(jié)構(gòu)重量；

——作用于結(jié)構(gòu)的地震加速度；g——重力加速度；Kc——地面運(yùn)動加速度峰值與重力加速度的比值，即地震系數(shù)，由地震烈度確定。地震系數(shù)法3.2.1地面結(jié)構(gòu)中，將地震力用等代的靜地震荷載或靜地層位移代替，然后再用靜力計(jì)算模型分析地震作用。該法計(jì)算的結(jié)構(gòu)內(nèi)力值一般大于結(jié)構(gòu)動力相應(yīng)分析值。地下結(jié)構(gòu)中，對于某些結(jié)構(gòu)的橫斷面抗震計(jì)算也可用此方法。但是，作為地震荷載，不僅要考慮結(jié)構(gòu)的慣性力，還要考慮覆土的慣性力、地震時(shí)的動土壓力、動水壓力。地下結(jié)構(gòu)地震系數(shù)法適用的結(jié)構(gòu)形式：縱向尺寸遠(yuǎn)大于橫向的線形結(jié)構(gòu)；剛度特大、變形甚小的結(jié)構(gòu)。反應(yīng)位移法3.2.2反應(yīng)位移法（Responsedisplace）又稱響應(yīng)位移法、反應(yīng)變位法或響應(yīng)變位法。原理：地下結(jié)構(gòu)變形受周圍地層變形的控制，地層變形的一部分傳給結(jié)構(gòu)，使之產(chǎn)生應(yīng)變和應(yīng)力。該法可分為：縱向反應(yīng)位移法橫向反應(yīng)位移法（地基抗力系數(shù)法）圍巖應(yīng)變傳遞法3.2.3原理：地下結(jié)構(gòu)地震時(shí)的應(yīng)變波形與周圍巖土介質(zhì)地震波形幾乎完全相似。地下結(jié)構(gòu)地震應(yīng)變?yōu)椋菏街?/p>

s——地下結(jié)構(gòu)地震應(yīng)變；

0——周圍巖土介質(zhì)的地震應(yīng)變；

——應(yīng)變傳遞系數(shù)，與地震動的頻率和波長無關(guān)，只隨地下結(jié)構(gòu)形狀、剛度以及周圍巖土介質(zhì)的剛度而變化，通過靜力有限元分析確定。地下結(jié)構(gòu)抗震對策與設(shè)計(jì)地下結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)思想地下結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)原則地下結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)計(jì)算方法日本土木工程抗震設(shè)計(jì)特點(diǎn)地下結(jié)構(gòu)抗震的工程對策4地下結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)思想4.1設(shè)計(jì)成柔性結(jié)構(gòu)考慮水平、豎向荷載疊加作用設(shè)計(jì)成柔性結(jié)構(gòu)4.1.1地下結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)應(yīng)遵循使結(jié)構(gòu)盡可能適應(yīng)地震時(shí)地層變形的能力而又不失去靜力穩(wěn)定的原則。這就是說，結(jié)構(gòu)在保證靜力穩(wěn)定的前提下，應(yīng)適當(dāng)增加柔性。針對水平剪切破壞，美國特別強(qiáng)調(diào)要加強(qiáng)對地鐵結(jié)構(gòu)剛節(jié)點(diǎn)的彈性轉(zhuǎn)動能力、彈塑性變形能力。在進(jìn)行地下結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)時(shí)，一般主要考慮其承受來自地層的水平剪切振動。對地下鐵道這樣的長條型結(jié)構(gòu)，則是應(yīng)考慮地震力在其橫向產(chǎn)生的彎曲變形及在其縱向產(chǎn)生的軸向變形。

考慮水平、豎向荷載疊加作用4.1.2對淺埋的地鐵結(jié)構(gòu)要考慮地震水平剪切作用及豎向上載土重的地震慣性力的共同作用，抗震設(shè)計(jì)時(shí)要考慮兩種荷載的疊加。

地下結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)原則4.2我國《水工建筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》[1]規(guī)定：水工建筑物的抗震計(jì)算包括抗震穩(wěn)定計(jì)算和抗震強(qiáng)度計(jì)算。水工建筑物抗震計(jì)算所考慮的地震荷裁一般應(yīng)包括：建筑物自重及建筑物上荷重產(chǎn)生的地震慣性力，地震引起的動水壓力和動土壓力。地下結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)計(jì)算方法4.3地下結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)計(jì)算方法4.3日本常用方法：地震系數(shù)法——結(jié)構(gòu)強(qiáng)度控制計(jì)算地震位移法——地層位移控制計(jì)算動力分析法——結(jié)構(gòu)動力強(qiáng)度控制計(jì)算地震系數(shù)法4.3.1由結(jié)構(gòu)強(qiáng)度控制計(jì)算。將地震力作為靜載作用到結(jié)構(gòu)上進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算。地震力＝需考慮的地震荷載

地震系數(shù)地震荷載：針對結(jié)構(gòu)特點(diǎn)考慮對多數(shù)結(jié)構(gòu)，只考慮結(jié)構(gòu)自重對特殊結(jié)構(gòu)，要考慮其他荷載地震系數(shù)：根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其重要性取值地震力一般只考慮水平方向的作用，有時(shí)要考慮其垂直方向的作用。地震位移法4.3.2由地層位移控制計(jì)算把地震時(shí)的地層水平位移假定為作用在結(jié)構(gòu)上的地震影響。動力分析法4.3.3由結(jié)構(gòu)動力強(qiáng)度控制計(jì)算通過地震反應(yīng)分析和動力模型試驗(yàn)，考慮土壤與結(jié)構(gòu)間的動力相互作用以及地震時(shí)地運(yùn)動的特性，對結(jié)構(gòu)系統(tǒng)進(jìn)行動力分析。日本土木工程抗震設(shè)計(jì)特點(diǎn)4.4日本《日本土木工程抗震設(shè)計(jì)》[1]對如下地下、水下結(jié)構(gòu)作了規(guī)定：土工結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)、壩、岸墻和碼頭、給水系統(tǒng)、橋梁、水下隧道。壩的抗震設(shè)計(jì)4.4.1采用地震系數(shù)法地震力＝(壩體自重

用動水壓力公式?jīng)Q定的庫中一部分水重)

地震系數(shù)以此慣性力水平作用于壩身，然后求算壩的應(yīng)力和穩(wěn)定。地震系數(shù)由多種因素所決定，例如：壩的類型、計(jì)算部位（壩身或壩基）、庫載水量（空載時(shí)地震系數(shù)減半）、地質(zhì)條件以及壩址處往年發(fā)生過的嚴(yán)重地震情況等。岸墻和碼頭的抗震設(shè)計(jì)4.4.2采用地震系數(shù)法地震力的計(jì)算：作用于防波堤和碼頭上的地震力可按下列給出最不利條件的公式求算。地震力＝恒載

地震系數(shù)地震力＝(恒載+超載)

地震系數(shù)地震系數(shù)＝區(qū)域地震系數(shù)

地基土條件系數(shù)

重要性系數(shù)按一般規(guī)定，地震荷載沿水平方向作用于結(jié)構(gòu)物重心。除了明顯地受垂直荷載影響的一些特殊結(jié)構(gòu)外，垂直方向的地震荷載一般不予考慮。給水系統(tǒng)的抗震設(shè)計(jì)4.4.3采用地震