1．目的及意义
1.1引言

多年以来，我国就一直处于高速发展阶段，尤其是近几年，我国的发展模式由高速转向高质量发展。高速的发展已经为我们带来了便捷的出行方式，然而可见的地面空间始终有限，为了缓解拥堵的地面交通，我国正在大量发展地下结构。随着城市轨道交通快速发展和地铁施工技术的日渐成熟，车站、隧道等空间交错结构愈来愈普遍，穿越施工工程越来越多，且以下穿为主{竖向强震作用下密贴地铁地下交叉结构动力响应分析}。地下结构由于全部埋置于地基土中，其地震反应主要受周围土层地震反应影响，而地下交叉结构又涉及相互联系、相互作用的两个结构，其地震响应自然比独立的结构更加复杂，然而，目前相关研究尚不全面。本文将以隧道下穿地下车站结构为模型，建立计算模型，在现有基础上深入探索交叉地下结构的地震动反应，分析整个体系在地震时的响应规律。本文研究成果可为交叉地下结构的抗震设计提供依据。

1.2国内外研究现状

影响交叉地下结构地震响应的因素涉及多方面，包括土体性质、震源远近、地震强度、地下结构形式及埋深、交叉角度、夹土层厚度等等。由于个人精力与条件有限，国内外学者仅在某一个或两个方面做出相关研究，现作如下概述。

赵光等^[1]建立隧道结构-地基土相互作用模型，采用三条地震记录波进行弹塑星动力时程计算，对城市交通节点多层交叉隧道结构体系进行了抗震性能研究，结果表明：地震动沿隧道横断面震动时隧道受力最不利；黄俊等^[2]以矩形隧道下穿单层两跨地铁车站为例，进行地震反应振动台试验，对地铁交叉结构近场地震反应进行了研究，结果表明：底部隧道的存在，有吸收地震波的作用，使得上部车站的地震响应减弱，且减弱幅度随夹层土体厚度的增加而减小；安军海，陶连金等^[3]以双洞盾构隧道下穿既有矩形隧道为例，建立不同工况的三维数值模型，考虑近场地震波和远场地震波，通过FLACE3D软件，研究其在水平强地震动作用下的地震响应特性，并得出上、下层隧道最小主应力幅值、相对水平位移、加速度反应和周围土体地震响应的若干结论；臧万军和高波^[4]研究了公路隧道与横通道交叉结构的抗震性能，通过改进的 Newmark 隐式积分法得到系统阻尼比，利用ABAQUS分析隧道与横通道组成的交叉结构模型，得出地震时拱顶部位容易出现拉应力，是抗震的薄弱部位的结论;陈磊等^[5]建立地铁双层交叉隧道结构的三维精细化有限元分析模型，利用ABAQUS研究了近场强地震动作用下地铁双层交叉隧道的三维非线性地震反应特性，结果表明隧道拱肩和拱腰处的应力反应明显大于其他部位，拱肩为隧道结构的最危险部位，且双层隧道下层顶、底部的峰值加速度反应大于上层顶、底部的峰值加速度反应；夏进平等^[6]通过FLACE3D软件,利用唐山大地震的近场地震动记录，对在不同夹层土体厚度及不同峰值加速度情况下，交叉隧道的地震动力响应进行研究，得出了交叉隧道结构的地震动力响应规律，结果表明：上层隧道地震应力反应大于下层隧道的地震应力反应，并得出 0. 5 D ～ 2D(D 为隧道外径)的厚度为较理想的夹层土体厚度，此时加速度、位移和应力总体较其它偏于安全；王国波等^[7]根据实际工程建立4 孔平行重叠隧道和 4 孔垂直交叉隧道三维计算模型，分析了紧邻多孔交叠隧道的三维地震响应，计算分析表明：4 孔垂直交叉隧道的抗震性能要优于 4 孔平行重叠隧道，紧邻多孔交叠隧道具有良好的抗震性能；李积栋等^[8]建立双层密贴交叉隧道模型，利用FLACE3D软件，研究了密贴交叉隧道在强震作用下的地震响应特性，计算结果表明：在密贴交叉隧道中，上层隧道水平位移大于下层隧道，两层隧道顶板位置处的相对水平位移最大值均发生在中间交叉部，而加速度反应最大的部位均是非交叉部；胡建平和刘亚莲^[9]运用 ADINA 软件,分析了衬砌厚度变化对隧道地震反应的影响,计算结果表明:垂直于隧道轴线方向的地震波对隧道结构影响最大，对于立体交叉隧道最大位移、最大加速度一般发生在上部隧道顶板中间位置处，而最大主压应力一般出现在隧道顶板与边墙连接处，这些部位是结构安全的关键点，设计时应重点关注;陶连金等^[10]利用 FLAC 3D 有限差分程序对密贴地铁地下交叉结构进行了地震响应的数值模拟分析，研究了竖向强震作用下地铁区间隧道密贴下穿地铁车站结构体系的地震反应特性，研究得出密贴地铁车站交叉主体结构由于车站—隧道结构间的相互作用，较单一地铁车站主体结构竖向位移及受力具有明显的增减，并与输入地震动的特性有关，且各监测部位增减幅值基本一致等结论。陈国兴等^[11]深入分析了城市地下结构震害现象， 总结前人的地下结构地震反应与分析方法，论述了有利于改进地下结构地震性能和设计的一些重要内容。李积栋等^[12]为了探究不同净距对垂直交叉组合地铁车站地震响应的影响，开展了大型地铁车站振动台试验，试验数据表明： 随着上下两车站净距的增加，上层结构模型的地震响应增大，而下层结构模型的地震响应减小，上下两结构间的相对水平位移增大；上层结构模型中边墙顶部和中柱顶部的应变幅值逐渐增大，而边墙底部和中柱底部的应变幅值逐渐减小；下层结构模型各测点的应变幅值均有所减小。

在国外，Youssef等^[15]综述了地下结构抗震分析与设计的现状，绍了工程技术人员对地下结构地震作用的量化方法，阐述了确定性和概率性地震危险性分析方法，采用有限元或有限差分法等数值分析工具进行土-结构动力相互作用动力分析，研究了土对结构的相对柔度对结构变形等性能的影响，提出了一些使用的计算方法；Glenda Abate 等^[16]从意大利的实际案例出发，研究了隧道深度、地上结构位置、输入的地震波形式对隧道-土体-地上结构体系动力相互作用的影响，对体系进行了全耦合分析，采用了三十个不同的记录加速度，从时域、频域、地震弯矩和隧道衬砌轴向力等方面对计算结果进行了分析；Wang^[17]等对垂直入射S波作用下，地下车站与附近桩支撑面结构在粘性弹性土层上的动力相互作用进行了数值研究，从地下结构水平相对位移的角度，讨论了结构布置、结构间距、地震波振动方向、地震波速度和土阻尼、地下结构的尺度和埋深、层数、刚度、样式和桩长等因素对隧道-土体-结构相互作用的影响。

正是由于交叉地下结构的复杂性，对地震响应的影响因素颇多，各研究者也只能从某一两个方面作研究，本文拟建立交叉角为90⁰的隧道下穿车站模型进行相关研究。{title}

2. 研究的基本内容与方案

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2.1研究内容

（1）了解交叉地下结构地震响应的特点；

（2）建立用于分析的有限元模型；

（3）进行交叉地下结构体系地震响应的计算分析；