Page 13 - 《振动工程学报》2026年第5期

第 5 期 朱 彤，等：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 1217

震、场地、结构等多因素耦合作用下的复杂工况，对 结构轴力的作用显著，且受到邻近地上结构的影响。
其开展针对性研究具有理论意义和应用价值。 目前，针对竖向地震作用下隧道结构-邻近结构
已有一些学者针对不同形式的地下结构-邻近地 系统地震响应的研究仍较为有限，尤其是缺乏针对
上结构系统开展了抗震研究，特别是一些针对隧道 可液化土层情况的研究。基于这一问题，本文建立
结构-邻近地上结构系统地震响应开展的研究 [7-9] ，研 可液化土层中单隧道和隧道-邻近地上结构系统的
究发现邻近地上结构会显著影响隧道的加速度、变 有限元数值分析模型，开展水平地震和水平-竖直双
形、内力等地震响应，其中部分影响不利于隧道结 向地震作用下的弹塑性动力时程分析；对比研究不
构的抗震安全性能保障。目前针对可液化土层中的 同条件下土层和结构的典型地震响应差异，进而揭
结构系统抗震研究相对较少，ZHU 等 [10] 通过有限元 示竖向地震对邻近结构系统地震响应的影响作用；
数值模拟分析了可液化土层中的盾构隧道-土体-邻 最后分析竖向地震幅值、地上结构质量、邻近结构
近结构动力相互作用，揭示了地上结构对盾构隧道 相对距离等因素对竖向地震作用的影响。

影响作用的物理机制，并提出了可考虑邻近结构作
用的隧道结构抗震设计简化分析方法。 1 数 值 分 析 模 型
一些学者通过模型试验和数值模拟等方法研究
了竖向地震作用下地下结构的地震响应，包括地下
1.1 分析模型
车站结构 [11-13] 、矩形隧道结构 [14] 、圆形隧道结构 [15-16] 、
邻近双隧道结构 [17] 等，研究普遍发现竖向地震会放大 本研究建立了两类标准分析模型，如图 1 所示，
土层对地下结构的作用力，进而会增大结构的竖向 模型 1 为可液化土层中的单隧道模型，模型 2 为可
内力和变形。文献 [18-19] 开展了双向地震下可液化 液化土层中的隧道-地上结构邻近结构系统模型。
土层中车站地下结构-邻近地上结构系统的离心机 模型 2 中，地上结构位于隧道的左侧上方，二者水平
振动台模型试验和数值模拟，发现竖向地震对地下 相对距离为 10 m。

10 m

水位线
模型1：单隧道 16 m 模型2：隧道-地上结构系统
A
30 m B
C
可液化土层
20 m 非液化土层

147.2 m 10 m
土-结构接触面

接触面：零长度连接单元

螺栓：零长度连接单元
0.3 m
混凝土：四边形实体单元

钢筋：连接单元

7 m

图 1 数值分析模型
Fig. 1 Numerical analysis model

两类标准模型中土层和隧道结构的设定相同。 非 液 化 土 层 材 料 弹 性 模 量为 50 MPa， 渗 透 系 数 为
土层简化为两层均质土，覆盖层厚度为 50 m，地下水 1.20×10 m/s，饱和密度为 1961 kg/m 。
3
−8
位线位于地表，浅层 30 m 为可液化土层，深层 20 m 隧道结构假定为一典型的盾构隧道，隧道埋深
为非液化土层。可液化土假定为一种典型饱和砂 为 9 m，外径为 7 m，由 6 片相同的管片组成，管片厚
3
−5
土，相对密度为 65%，渗透系数为 1.72×10 m/s，饱和 度为 0.3 m， 密 度 为 2400 kg/m ， 材 料 为 C50 混 凝 土 ，
密度为 2005 kg/m ，该砂土物理力学参数见文献 [20]。 管片之间由 M24 螺栓连接，管片钢筋混凝土和接头
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