[发明专利]富水地层中地铁车站的抗震分析方法

说明书

本发明公开了一种富水地层中地铁车站的抗震分析方法，它解决了富水地层地铁车站的抗震分析问题，可以分析在地震作用下，富水地层中地铁车站与周围土层和地下水的相互作用，从而为地铁车站建设提供设计和施工依据，其技术方案为：根据土‑结构地震相互作用模型和比奥渗流固结模型，确定富水地层中地铁车站抗震分析模型，并为水‑土‑结构耦合作用模型确定其力学参数；在水‑土‑结构耦合作用模型中设定位置布置监测点；确定地震加速度时程波；对水‑土‑结构耦合作用模型进行抗震分析。

技术领域

本发明涉及地铁车站抗震分析技术领域，特别是涉及一种富水地层中地铁车站的抗震分析方法。

背景技术

随着城市化进程的加速，城市交通状况及环境条件日趋恶化，而发展以地铁为骨干的大运量快速公共交通系统是解决问题的重要途径。通常认为，地铁车站受周围土体约束，具有较好的抗震性能。但是，已有震害表明，现有的地铁车站并不安全，如1995年发生的7.2级日本阪神地震对神户市内地铁车站造成了严重破坏。而地铁车站一旦遭受地震破坏，将会给地震应急和震后修复工作带来极大困难。因此，出于城市防灾减灾的要求，地铁车站的抗震性能及其抗震设计方法的研究越来越受到重视。

因地震的可预测性差，加之地铁的大规模建设历史尚浅，在对地铁车站进行抗震研究时，困难之处是缺乏必要的现场实测数据，因此常采用土-结构时程分析法对其进行数值模拟研究。该方法的思路是将地铁车站和周围土层视为共同受力变形的整体，通过直接输入地震加速度时程曲线，在满足变形协调条件的前提下分别计算地铁车站和地层在各时刻的位移、应变以及速度、加速度和内力，进而验算场地的稳定性和进行结构截面设计。地层-结构时程分析法目前已经较为成熟，并在地铁车站抗震设计中得到了应用。

然而，当在富水地层修建地铁时，地铁车站在地震下的响应机理除了与周围土层有关，还与地下水环境密切相关。在地震作用下，土层中的水产生动水压力，进而对地层和结构等固体颗粒产生推动、摩擦和拖拽作用。同时，地震动荷载通过改变土体及结构的变形，进而影响到土体及结构的渗透特性，从而引起到土体介质的渗流变化。但是，目前对于富水地层中地下水-土层-地铁车站的地震相互作用分析还很欠缺。

综上所述，现有技术中对于富水地层地铁车站的抗震分析问题，尚缺乏有效的解决方案。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种富水地层中地铁车站的抗震分析方法，可以分析在地震作用下，富水地层中地铁车站与周围土层和地下水的相互作用，从而为地铁车站建设提供设计和施工依据；

进一步的，本发明采用下述技术方案：

富水地层中地铁车站的抗震分析方法，包括以下步骤：

1)根据土-结构地震相互作用模型和比奥固结渗流模型，确定富水地层地铁车站抗震分析的水-土-结构耦合作用模型，并为水-土-结构耦合作用模型确定其力学参数；

2)在水-土-结构耦合作用模型中设定位置布置监测点；

3)由地表波，进行地层地震反演，确定基岩地震加速度时程波；

4)沿垂直于地铁车站的方向，向水-土-结构耦合作用模型基岩处输入地震加速度时程波，对水-土-结构耦合作用模型进行抗震分析。

进一步的，所述步骤1)中，由地震作用下土层位移和孔隙水压力的关系将土-结构地震相互作用模型和比奥固结渗流模型结合，得出富水地层地铁车站的水-土-结构耦合作用模型。

进一步的，所述水-土-结构耦合作用模型，模型的力学边界条件取为在模型四周及底面施加法向约束，水力边界采用不透水边界；模型顶面为自由边界，水力边界采用透水边界；模型的动力边界为模型四周采用自由场动力边界。

进一步的，所述水-土-结构耦合作用模型，模型的力学初始条件由土层类型和厚度计算得到；模型的水力初始条件，采用地质勘察实测的地下水水位作为初始水头。