[发明专利]一种基于增量动力分析法的隧道地震易损性分析方法

说明书

本申请涉及隧道抗震领域，提供一种基于增量动力分析的隧道地震易损性分析方法，包括：(1)选择典型隧道、土层及地震波；(2)基于选择的土层及地震波展开一维地震响应分析，获得土层刚度及阻尼；(3)利用步骤(2)的土层刚度与阻尼建立土体‑隧道有限元模型，展开增量动力分析；(4)确定隧道破坏指标及不同破坏状态限值；(5)建立隧道地震概率需求模型，计算地震易损性函数的平均值和标准差；(6)依据步骤(5)的平均值和标准差建立隧道地震易损性曲线。本申请提供的方案，其有益效果在于：建立了考虑不同土层及隧道特性的易损性分析方法，计算效率高，结果准确，可以合理评估不同埋深隧道抗震性能。

技术领域

本申请涉及隧道抗震性能分析领域，尤其涉及一种基于增量动力分析法的隧道地震易损性分析方法。

背景技术

美国太平洋地震工程研究中心(Pacific Earthquake Engineering ResearchCenter，简称PEER)提出了一个基于性能的地震工程全概率分析框架，其中地震易损性表达了结构构件单元或结构整体在不同地震动强度下，其地震需求达到或超越不同破坏极限状态的条件概率。地震易损性分析利用不同破坏指标及状态对结构抗震性能展开定量分析，充分展现了新一代的基于性能的抗震设计分析理念。由以上分析可知，地震易损性分析是新一代基于性能的抗震分析中的重要环节，也是结构地震风险分析及引起的经济损失、社会损失分析的基石。目前已经受到越来越多专家学者及工程界的重视，成为热点研究问题，其相关研究可为制定灾后应急响应策略、隧道加固优先级方案、分析灾后引起的直接经济损失及城市轨道交通系统损失情况等提供参考。目前关于展开隧道地震易损性分析主要有以下四种方法：

(1)基于专家判断的地震易损性分析

基于专家判断的地震易损性分析主要依据统计不同专家学者在隧道不同破坏状态下的分析意见获得的，往往采用专家调查问卷形式展开，获得所需分析数据。该分析方法在早期当缺乏足够的现场震害数据和有效的模拟计算手段时较为适用，且成本较低，可以为隧道地震风险分析做出快速的初步分析，但随着时代的前进，该方法已不能满足实际工程需要。同时专家意见也包含一定的主观性，专家判断意见的反馈率以及隧道形式的分类都会对最终结果造成一定的影响，该方法太过于依赖专家意见的统计结果，目前在实践分析中应用已经很少。

(2)基于历史震害调查的经验易损性分析

经验地震易损性分析方法利用震后震害调查报告中的隧道破坏统计信息展开，分析手段明确简洁。但是，该方法也有一定的缺陷，使得难以在全世界范围内进行广泛推广与运用，原因有：①严重依赖隧道震害数据的样本大小；②目前拥有相关的历史震害统计或地震动空间分布信息的案例较少；③难以用于特定隧道进行易损性分析。

(3)基于数值方法的解析地震易损性分析

世界上绝大多数地区隧道都缺乏相对应的地震破坏数据以及地震动空间分布信息。那么，对类似地区隧道展开地震易损性分析时，除了最原始的专家调查法，随着计算机计算能力的提升，基于数值计算法的隧道易损性分析已经变得越来越普遍。该方法可以考虑不同来源及数量的地震波，建立不同的数值模型等来展开破坏分析，通过严谨的理论数值计算结果可以直接获得易损性分析需要的相关数据，具有良好的可控性以及可重复性。

(4)基于实验数据的地震易损性分析

基于实验数据的易损性分析的相关研究较少，相对来说在建筑工程及桥梁工程中应用较多。基于实验数据的易损性分析能够有效地获得结构在不同地震强度指标下的性能破坏曲线，对于认识隧道的破坏机理以及定义不同的破坏状态具有重大意义，但是其结果也局限于实验数据次数，以及实验工况。隧道试验模拟较为简单，难以模拟实际情况，同时也由于考虑到实验成本等原因，难以获得大量的数据样本，可以结合数值方法来获得更精确的分析结果，该方法还在发展之中。