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地震条件下地铁隧道与周围土体的动力相互作用机理复杂,其对地铁隧道的动力响应具有重要影响,具有重要的理论和工程意义。本文采用物理模拟和和数值模拟相结合的方法,对地铁隧道的动力响应规律进行了初步研究。主要研究工作包括如下几个方面:(一)采用清华大学土工离心机及振动台,进行了不同方案的地铁隧道动力离心模型试验。基于试验结果,对地震作用下地铁隧道响应得到了一些规律性认识:(1)地震引起的弯矩关于隧道截面的竖向对称轴呈反对称分布,最大值出现在截面两侧与竖向对称轴成45°方向的区域内,即截面的“X”向区域内。而隧道的顶、底和左右两腰的“十”字形区域弯矩则较小;(2)在本文试验条件下减小隧道埋深,地震引起的衬砌附加弯矩总体呈减小趋势;(3)分层地基中隧道衬砌弯矩的最大值均出现在软弱土层中;(4)当有邻近隧道(双隧道)存在时,地震引起的附加弯矩比单行隧道时略小。(二)基于等价粘弹性模型,对自由场地及地基-隧道系统的地震反应进行了非线性数值计算,并将计算结果与模型试验结果进行了对比分析。结果表明该数值计算方法在再现自由场地及地基-隧道系统的地震响应规律方面是有效可行的。这为研究地铁地下结构地震响应问题提供了一种有效的手段。(三)针对北京地铁五号线某暗挖隧道,建立了概化的地基-隧道系统动力分析模型。运用已验证的非线性动力反应分析方法对地铁隧道地震响应进行了研究,并探讨了埋深、土性等因素对隧道地震响应的影响规律,结果表明:(1)马蹄形地铁隧道在地震作用下,其附加弯矩的极大值均出现在拱顶两侧与中轴线成45度角处以及两侧墙与底板连接的角点;(2)在本文计算范围内,增大埋深,衬砌结构所受的地震荷载增大;(3)地震中下伏地层土质条件较好时对于隧道的抗震是有利的。