Page 12 - 《振动工程学报》2026年第5期

第 39 卷第 5 期 振 动 工 程 学 报 Vol. 39 No. 5
2026 年 5 月 Journal of Vibration Engineering May 2026

双 向 地 震 作 用 下 可 液 化 土 层 中 隧 道 -邻 近 地 上 结 构

系 统 地 震 响 应 研 究

朱 彤 ， 王 睿 ， 张建民 1
1,2
1
（1. 清华大学水利水电工程系，北京 100084； 2. 中国建筑股份有限公司技术中心，北京 101300）

摘要：可液化土层中的隧道结构在地震作用下易发生破坏，其地震响应受邻近地上结构的影响作用显著。为研究竖向地震作
用对可液化土层中隧道-邻近地上结构系统地震响应的影响，基于 OpenSees 软件建立了可液化土层中的单隧道和隧道-邻近地
上结构系统的有限元数值模型，对比分析了水平向和双向地震作用下土层和隧道结构的典型地震响应。结果表明：双向地震
作用下，隧道会放大近场土的竖向加速度和超静孔压累积，而地上结构会减弱隧道的竖向加速度及近场土的竖向加速度和超
静孔压累积；竖向地震会增大地上结构的地震沉降，显著改变其下方近场土的应力-应变状态，进而减小隧道的上浮，并增大隧
道的水平位移和剪切变形；竖向地震对隧道-邻近地上结构系统地震响应的影响作用与竖向地震幅值、地上结构质量、邻近结
构相对距离相关。
关键词： 可液化土层；双向地震；隧道；邻近地上结构；地震响应
中图分类号：TU435 文献标志码：A DOI：10.16385/j.cnki.issn.1004-4523.202508062

Seismic response of tunnel-nearby aboveground structure systems in liquefiable soil
under bidirectional ground motions

1,2
1
ZHU Tong ，WANG Rui ，ZHANG Jianmin 1
（1.Department of Hydraulic Engineering，Tsinghua University，Beijing 100084，China；
2.Technical Center of China State Construction Engineering Co.，Ltd.，Beijing 101300，China）

Abstract：Tunnels in liquefiable soil are prone to seismic damage，and their seismic response is significantly affected by the presence of
nearby aboveground structures. To investigate the effect of vertical ground motions on the seismic response of tunnel-aboveground structure
systems in liquefiable soil，this study developes finite element numerical models of a single tunnel and tunnel-aboveground structure systems in
liquefiable soil. A comparative analysis is conducted on the typical seismic responses of soil and structures under horizontal and bidirectional
ground motions. The results indicate that under bidirectional ground motions，the tunnel amplifies the vertical acceleration and excess pore
pressure accumulation in near field soil，while the aboveground structure reduces the vertical acceleration of the tunnel as well as the vertical
acceleration and excess pore pressure accumulation in near field soil. Vertical ground motions increase the seismic settlement of aboveground
structures，significantly altering the stress and strain in near field soil beneath，which in turn decreases the tunnel uplift，and increases the
tunnel horizontal displacement and shear deformation. The effect of vertical ground motions on the seismic response of tunnel-aboveground
structure systems is influenced by the vertical ground motion amplitude，the aboveground structure mass，and the relative distance between
the tunnel and aboveground structure.

Keywords：liquefiable soil；bidirectional ground motions；tunnel；nearby aboveground structure；seismic response

历次震害资料表明，位于可液化土层中的地下 计中不仅要考虑土层地震液化的作用，也要考虑邻
结构在强震作用下易发生严重的地震破坏，其中不 近地上结构的影响，是抗震设计的重点分析内容。
乏隧道结构的破坏案例 [1-3] 。随着城市地下空间开发 此外，地震监测记录通常包含竖向地震分量，研究表
利用的快速推进，城市地下隧道的建设规模持续扩 明竖向地震作用对地下结构地震响应的影响不可忽
大，很多隧道工程在规划中会不可避免地穿越可液 视 [4-6] 。因此，位于可液化土层中且毗邻地上结构的
化土层，且会毗邻地上建筑，这些隧道结构在抗震设 隧 道 结 构 在 双 向 地 震 作 用 下 的 抗 震 设 计， 是 在 地

收稿日期：2025-08-15；修订日期：2025-09-02
基金项目：国家自然科学基金资助项目（52208402，52378349）；中国科协青年人才托举工程项目（YESS20230383）