[01120203]软土地下结构强震破坏机理及其减震控制

我国地下工程建设进入黄金时期,以城市深层地铁车站和越江跨海隧道为代表的新建待建地下工程正呈现出深层化和超长化的发展特点。此外,这些地下工程兴建地区也往往是我国沿江沿海经济发达地区,具有深厚软弱的覆盖土层。历史震害表明,软土地基会增大地下工程的地震破坏程度,使得地下工程抗震减震设计面临新的挑战。 针对上述现状,课题组在国家自然科学基金、教育部留学回国人员科研启动基金、上海市教委科研创新重点项目以及其他纵向科研项目的支持下,综合采用工程震害调查、模型试验和数值仿真等研究手段,对强烈地震作用下的软土地下结构震害机理以及有效的减震控制原理展开了深入系统的研究,取得的主要创新成果如下： （1）揭示了远近场地震动的工程破坏性作用的特征,提出了远近场地震动的工程描述方法,为地下工程地震响应分析中地震动参数和输入地震波的选取提供了科学依据; （2）开展了深层地铁车站结构振动台模型试验,揭示了强地震激励和半无限软土介质环境下地下结构的震害机理; （3）揭示了以局部场地效应和行波效应为主要特点的地震动时空分布特征,阐明了地震动空间差动效应下软土中长大隧道纵向动力响应规律; （4）从能量平衡的角度出发,总结了地震能量输入、转移、分布、耗散与吸收的规律,揭示了基于能量流转的软土地下工程减震控制原理; （5）从耗能元件层次,提出了一种基于纯拉格朗日描述的无网格粒子高性能算法和疲劳强度因子判别准则,突破了传统数值方法求解剪切板阻尼器极大变形问题时的网格缠绕和计算奇异问题。 项目研究成果揭示了软土地下工程震害灾变机理,靶向提出了软土地下工程减震控制新思路和新方法,已成功用于多项重大工程的地震响应分析和减震效能评估中,社会经济效益显著,为我国城市地下空间和重大交通工程的安全运营提供了科学保障。