Page 17 - 《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 1221

况 1 中，隧道的最大正向位移为 138.6 mm，最大负向 小隧道的上浮，对于单隧道情况，工况 2 中隧道最大
位移为 176.1 mm；工况 3 中，左侧地上结构的存在会 上 浮 相 较 工况 1 减 小 7.0%； 对 于 隧 道 -地 上 结 构 系
增大隧道的正向位移，隧道的最大正向位移为 155.9 mm， 统，工况 4 中隧道最大上浮相较工况 3 减小 8.5%，这
最大负向位移为 167.2 mm，且会产生 88.0 mm 的正向 是由于竖向地震作用下更大的土体-结构竖向动力
残余位移。在双向地震作用下，对于单隧道情况，对 相互作用造成的。
比工况 1 和 2，可见竖向地震对隧道水平位移的影响 工况 1~4 中，隧道结构的剪切变形时程如图 8 所
作用不大；而对于隧道-地上结构系统，对比工况 3 示（以隧道顶、底点水平位移之差表征，变形以顶点
和 4，可见邻近地上结构存在时，竖向地震会增大隧 向右为正）。在水平向地震作用下，工况 1 中，隧道
道的正向水平峰值和残余位移，工况 4 中，隧道的正 的最大正向剪切变形为 22.3 mm，最大负向剪切变形
向 水 平 峰 值 和 残 余 位 移 分 别为 178.8 和 112.4 mm， 为 28.7 mm；工况 3 中，左侧地上结构的存在会增大
相较工况 3 分别增大 14.7% 和 27.7%。 隧道的正向剪切变形，最大正向剪切变形为 67.8 mm，
且会产生明显的正向残余变形。在双向地震作用
200

145.0 mm 工况1-水平地震 下，对于单隧道情况，对比工况 1 和 2，可见竖向地震
水平位移 / mm −100 0 对隧道剪切变形的影响作用不大；而对于隧道-地上
100
工况2-双向地震
138.6 mm
结构系统，对比工况
和
4，可见邻近地上结构存在
3
−200 时，竖向地震会显著增大隧道的正向剪切变形，工况
中，隧道的最大正向剪切变形为
92.8 mm，相较工
4
200
178.8 mm 况 3 增大 36.9%。
水平位移 / mm −100 0 155.9 mm 100 22.9 mm 工况1-水平地震
100
工况2-双向地震
50
22.3 mm
工况3-水平地震
−200 工况4-双向地震 剪切变形 / mm −50 0
0 10 20 30 40 50
时间 / s −100
(a) 隧道水平位移时程
(a) Horizontal displacement time-history of tunnel 150 工况3-水平地震 92.8 mm
150 100 工况4-双向地震
97.6 mm 剪切变形 / mm 50
竖直位移 / mm 50 0 工况1-水平地震 −50 0 67.8 mm
100
90.7 mm

−50 工况2-双向地震 0 10 20 时间 / s 30 40 50
150
图 8 隧道剪切变形时程
竖直位移 / mm 50 0 55.8 mm 3.2 竖向地震作用机制
100
61.0 mm
Fig. 8 Shear deformation time-history of tunnel

工况4-双向地震
−50 工况3-水平地震 由第 3.1 节分析可得，当存在邻近地上结构时，
0 10 20 30 40 50
时间 / s 竖向地震对隧道结构地震响应有更为显著的影响作
(b) 隧道竖直位移时程 用，本节通过分析隧道-土-地上结构动力相互作用解
(b) Vertical displacement time-history of tunnel
释竖向地震对邻近结构系统影响的作用机制。

图 7 隧道位移时程
选取隧道左侧近场不同深度处的 3 个点 A、B、
Fig. 7 Displacement time-history of tunnel
C 分析土层的应力应变响应，如图 1 所示，三点距离
工况 1~4 中，隧道结构的竖直位移时程如图 7(b) 隧道中心水平相对距离为 10 m，即在模型 2 中，位于
所示（位移以向上为正）。在水平向地震作用下，由 地上结构中心正下方，点 A 与隧道顶点处于同深度
于土层产生的超静孔压累积，隧道在土层上浮力的 （9 m 深），点 B 与隧道中心处于同深度（12.5 m 深），
作用下发生上浮。工况 1 中，隧道最大上浮为 97.6 mm； 点 C 与隧道底点处于同深度（16 m 深）。工况 1~4 的
工况 3 中，地上结构的竖向作用会减小隧道的上浮， 三点剪应力-剪应变关系如图 9(a) 所示，可见在地震
隧 道 最 大 上 浮为 61.0 mm， 相 较 工 况 1 减 小 37.5%。 过程中，土层剪切模量会衰减，土层发生明显弱化，
在双向地震作用下，对比可见竖向地震会较小地减 且浅层的弱化效应更为显著；竖向地震对土层的模