Page 16 - 《振动工程学报》2026年第5期

1220 振 动 工 程 学 报 第 39 卷

结构的竖向加速度明显小于隧道结构，在工况 4 中， 0
10
2
地上结构的最大竖向加速度为 2.88 m/s ，且会减弱下
方隧道结构的竖向加速度。 深度 / m 20 12.5 m深 可液化土层
竖向地震作用会加剧隧道与周围土层的动力相 30 非液化土层
40 隧道位置对应深度
互作用，在工况 2 和 4 中，结构周围近场土（选取正
50
上、下、左、右方 0.05 m 远处的 4 个点为例）和同深 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
超静孔压比
度处远场土的竖向加速度时程如图 4(b) 所示。在工 (a) 远场最大超静孔压比分布
(a) Peak excess pore pressure ratio distribution of far field
况 2 中，在隧道-土体动力相互作用下，隧道会显著
300
放大周围土层的竖向加速度，尤其是对上侧近场土
的放大效应更为显著，其竖向加速度幅值是同深度 150
处远场土的 1.33 倍。而在工况 4 中，地上结构的存 超静孔压 / kPa 0 远场12.5 m深
在会减弱这种放大效应，以上侧近场土为例，其竖向 −150 工况1和3- 水平地震
工况2和4- 双向地震
加速度幅值是同深度处远场土的 1.28 倍。 −300

300
2.2 超静孔压 150
超静孔压 / kPa 近场12.5 m深 隧道左侧
地震作用下，可液化土层会产生超静孔压累积， 0
水平向地震作用下，工况 1 和 3 的远场最大超静孔 −150 工况1- 水平地震
压比分布如图 5(a) 所示。可见在可液化土层中超静 −300 工况2- 双向地震
孔压有明显累积，超静孔压比自下而上增大，远场浅 300
层 5 m 内发生液化，隧道对应深度范围内，远场最大 150
超静孔压比为 0.72~0.93。 超静孔压 / kPa 0
工况 1~4 中，选取结构左侧 0.05 m 远处近场土为 −150 近场12.5 m深 隧道左侧
工况3- 水平地震
分析对象，对比分析同深度（12.5 m）远场土的超静孔 工况4- 双向地震
−300
压时程，如图 5(b) 所示。可见在双向地震作用下，土 0 10 20 30 40 50
时间 / s
层不仅会产生超静孔压累积，还会发生明显的超静 (b) 隧道左侧近场土和同深度远场土超静孔压时程
(b) Excess pore pressure time-history of near field soil on the
孔压震荡响应，这是竖向地震作用下土层竖向惯性 left side of the tunnel and far field soil at the same depth

力作用导致的。对于单隧道情况（工况 1 和 2），在水
图 5 土层超静孔压响应
平向和双向地震作用下，由于隧道-土体动力相互作
Fig. 5 Excess pore pressure response of soil
用，隧道均会加剧近场土超静孔压的震荡；而对于隧
工况1/3-水平地震 工况2/4-双向地震
道-邻近结构系统（工况 3 和 4），地上结构会减弱隧
0 0
道对周围土层超静孔压的放大作用，这和地上结构
对近场土层竖向加速度的影响规律一致。 10 10

深度 / m
2.3 水平加速度和位移 20 20

水平向和双向地震作用下，远场土层的最大水 30 30
平加速度和水平位移分布如图 6 所示。可见竖向地 40 40
震作用会较小程度地放大场地水平加速度，而对场
50 50
地水平位移响应的总体影响作用不大。本研究中， 0 1 2 3 4 0 0.06 0.12 0.18 0.24
−2
水平向和双向地震作用下远场土表的最大水平加速 水平加速度 / (m·s ) 水平位移 / m
2
度分别为 1.85 和 2.04 m/s ，最大水平位移分别为 0.22 图 6 远场最大水平加速度和水平位移分布
和 0.21 m。 Fig. 6 Peak horizontal acceleration and displacement
distributions of far field
3 竖 向 地 震 对 隧 道 地 震 响 应 的 作 用 上结构动力相互作用揭示其作用机制。

3.1 隧道地震响应
本节给出工况 1~4 中隧道结构的地震位移和变
形响应，对比分析竖向地震作用对单隧道和隧道-地 工况 1~4 中，隧道结构的水平位移时程如图 7(a)
上结构系统地震响应的影响作用，并通过隧道-土-地 所示（位移以向右为正）。在水平向地震作用下，工