軟土地下大空間結(jié)構(gòu)地震破壞機(jī)理及減震控制研究中文摘要

在研項目按項目計劃書要求完成全部預(yù)定研究內(nèi)容。已取得的主要學(xué)術(shù)成績：1）高軸壓比條件下剪切板阻尼器的耗能機(jī)制；2）基于剪切耗能控制的大跨度地下結(jié)構(gòu)減震機(jī)理。研究成果發(fā)展和完善了大跨度地下結(jié)構(gòu)減震控制理論和精細(xì)化數(shù)值分析方法，推動了基于剪切耗能控制的先進(jìn)抗震設(shè)計理念和減震控制技術(shù)在地下工程中的應(yīng)用。已發(fā)表第一作者SCI論文2篇，SCI源刊（待收錄）3篇，EI論文3篇，申請國家發(fā)明專利3項。有關(guān)成果在2部國家標(biāo)準(zhǔn)和地方規(guī)范中得到應(yīng)用，獲得上海市科技進(jìn)步三等獎1項。.針對當(dāng)前我國軟土地下大空間結(jié)構(gòu)抵御地震災(zāi)害能力亟待提升的迫切需求，擬申請項目將研究：1）軟土地下結(jié)構(gòu)動態(tài)離心模型試驗；2）考慮跨尺度效應(yīng)的三維精細(xì)化混合建模方法及驗證；3）地下大空間結(jié)構(gòu)減震控制機(jī)理。旨在揭示強震下軟土地下大空間結(jié)構(gòu)地震破壞機(jī)理以及基于能量轉(zhuǎn)移和耗散的減震控制機(jī)理，為進(jìn)一步提高我國地下工程的抗震防災(zāi)水平提供科學(xué)支撐。

本項目以軟弱覆蓋土層中的地下大空間結(jié)構(gòu)為研究對象，綜合采用先進(jìn)動態(tài)離心模型試驗和三維精細(xì)化數(shù)值仿真技術(shù)，揭示軟土地下大空間結(jié)構(gòu)在強地震作用下的非線性動力響應(yīng)規(guī)律及其災(zāi)變機(jī)理，研究地震能量在地下結(jié)構(gòu)中的傳遞機(jī)制和耗散效應(yīng)，揭示基于能量分析的減震控制原理，為進(jìn)一步提高我國地下工程的抗震防災(zāi)水平提供科學(xué)支撐。 本項目按項目計劃書要求完成全部預(yù)定研究內(nèi)容。已取得的主要研究成果包括：1）采用高精度的動態(tài)離心模型試驗技術(shù)，重點研發(fā)了可保證重復(fù)制備砂土試樣的設(shè)備和方法以及可獲得地下結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)特征的測試元件橋路設(shè)計，真實模擬軟弱土層的應(yīng)力場，精確再現(xiàn)“軟土－減震裝置－地下結(jié)構(gòu)”系統(tǒng)原型在實際應(yīng)力條件下的真實動力響應(yīng)；2）試驗驗證了地下結(jié)構(gòu)受周圍巖土介質(zhì)變形或相對位移影響顯著的動力響應(yīng)特征，揭示了減震層通過吸收地下結(jié)構(gòu)周圍巖土介質(zhì)的相對位移，進(jìn)而降低結(jié)構(gòu)內(nèi)力和變形，最終減輕甚至避免了結(jié)構(gòu)震害的作用原理；3）建立并驗證了考慮跨尺度效應(yīng)的混合建模方法，開展了三維精細(xì)化地震響應(yīng)參數(shù)分析，實現(xiàn)了大開車站倒塌破壞模式的數(shù)值再現(xiàn)，研究結(jié)果表明：強豎向地震動增大了中柱軸壓、從而降低了中柱的抗側(cè)移能力，而高軸壓、弱抗剪承載能力以及構(gòu)造措施不足是導(dǎo)致中柱破壞、車站坍塌的主要因素；4）在此基礎(chǔ)上，對軟土中典型雙層地鐵車站進(jìn)行了減震裝置的空間優(yōu)化布置設(shè)計，歸納了地震能量輸入、轉(zhuǎn)移、分布、耗散與吸收的規(guī)律，實現(xiàn)減震耗能裝置在地下結(jié)構(gòu)中的有效設(shè)計和優(yōu)化布置，揭示了基于“替換”和能量概念的地下大空間結(jié)構(gòu)的減震控制原理。 本項目是已結(jié)題青年基金項目的深化與拓展，重點實現(xiàn)高精度試驗?zāi)M和精細(xì)化數(shù)值建模的突破，為正確反映地下工程結(jié)構(gòu)在地震作用下的性態(tài)、深入認(rèn)識和理解地下結(jié)構(gòu)地震破壞機(jī)理和減震控制原理提供更真實、可靠、精確的科學(xué)數(shù)據(jù)和新的研究途徑。研究成果已發(fā)表SCI收錄學(xué)術(shù)論文8篇（均為第一作者或通訊作者）、EI論文3篇；參編著作2部；授權(quán)國家發(fā)明專利3項；獲教育部自然科學(xué)二等獎1 項（排名第2 ）和上海市科技進(jìn)步三等獎1 項（排名第4）。 2100433B

通過對軟土淺埋大管徑輸水隧洞的地震響應(yīng)分析和試驗研究，深入研究軟土中淺埋隧洞襯砌、環(huán)縫接頭、豎并、彎段等部位在周圍不均勻軟土介質(zhì)、內(nèi)水動壓力及多點地震輸入條件下的地震響應(yīng)特點和破壞機(jī)理，提出不同條件下各部位的合理的隔震減震技術(shù)措施及控制方法，并建立相應(yīng)的數(shù)值分析方法，探討各種隔震減震裝置的形式、參數(shù)、布置方案和效果。 2100433B

本書系統(tǒng)地研究了國內(nèi)考慮主廠房與電氣設(shè)備相互作用的大型變電站主廠房的抗震設(shè)計理論及設(shè)計方法，并進(jìn)行了該類工業(yè)建筑的減震控制研究，主要內(nèi)容包括考慮主廠房結(jié)構(gòu)-電氣設(shè)備相互作用的大型變電站主廠房計算模型的建立、地震模擬振動臺試驗研究、模態(tài)分析、地震反應(yīng)分析、地震易損性分析、減震控制設(shè)計方法以及相關(guān)抗震設(shè)計建議等。