Page 18 - 《振动工程学报》2026年第5期

1222 振 动 工 程 学 报 第 39 卷

量衰减的影响作用不显著，而地上结构会减弱其下 会增大下方土层的剪应变，且竖向地震会放大这一
方浅层土层的弱化效应。此外，可以发现地上结构 作用，这和前文所述对隧道变形的影响规律一致。

80

40
剪应力 / kPa 0

工况1-
−40
工况3-
工况4-
工况2-
水平地震 双向地震 水平地震 双向地震
−80
−1.0 −0.5 0 0.5 1.0 −1.0 −0.5 0 0.5 1.0 −1.0 −0.5 0 0.5 1.0 −1.0 −0.5 0 0.5 1.0
剪应变 / % 剪应变 / % 剪应变 / % 剪应变 / %
点A 9 m深 点B 12.5 m深 点C 16 m深
(a) 不同深度处隧道左侧近场土剪应力-剪应变关系
(a) Shear stress-shear strain relationship of near field soil on the left side of the tunnel at different depths
3.0
工况1- 水平地震 工况2- 双向地震 工况3- 水平地震 工况4- 双向地震
1.5
正应变 / % −1.5 0

−3.0
0 10 20 30 40 50 0 10 20 30 40 50 0 10 20 30 40 50 0 10 20 30 40 50
时间 / s 时间 / s 时间 / s 时间 / s
水平正应变 点A 9 m深 点B 12.5 m深 点C 16 m深
竖向正应变 点A 9 m深 点B 12.5 m深 点C 16 m深
(b) 不同深度处隧道左侧近场土正应变时程
(b) Normal strain time-history of near field soil on the left side of the tunnel at different depths

图 9 近场土应力-应变响应
Fig. 9 Stress-strain response of near field soil

工况 1 和 2 中距离隧道中心 10 m 远的左侧土表 互作用进一步影响隧道的地震响应。工况 1~4 中，
（即对应工况 3 和 4 中地上结构中心位置处）和工况 A、B、C 三点土体的水平和竖直向正应变时程如图 9(b)
3 和 4 中地上结构的竖直位移时程如图 10 所示。可 所示。对比工况 1 和 2，可见在单隧道情况中竖向地
见在单隧道情况中，受到隧道上浮作用，近场土表在 震对土层正应变的作用较小。工况 3 和 4 中，地上
地震过程中会发生抬升，在水平向地震和双向地震 结构的地震沉降会压缩下方土层，且对比工况 3 和
作用下，该处土表最大竖向位移相近。而在隧道-地 4 可见，在隧道-地上结构系统中竖向地震作用会造
上结构系统中，由于地震过程中地上结构下方土层 成地上结构的增量沉降，竖向地震与地上结构二者
的弱化，地上结构会发生明显的沉降；工况 3 中，在 的共同作用会显著改变下方土层的地震响应，进而
水平向地震作用下，地上结构最大沉降达 225.9 mm； 改变隧道结构的地震响应，主要体现在以下三个方
工况 4 中，在双向地震作用下，由于地上结构会产生 面：（1）地上结构下方土层竖向压缩变形增大，对隧
明显的竖向加速度，在竖向惯性力作用下会显著增 道的竖向压力作用增大，可解释竖向地震作用下隧
大其地震沉降，最大沉降达 307.1 mm，相较工况 3 增 道上浮减小的地震响应规律；（2）地上结构下方土层
大 35.9%。 水平向膨胀变形增大，对隧道的侧向压力作用增大，
竖向地震作用下，地上结构-土体相互作用会增 可解释竖向地震作用下隧道远离地上结构一侧方向
大地上结构的地震沉降，该响应会通过土体-隧道相 的水平位移增大的地震响应规律；（3）地上结构下方
工况1-土表 工况3-地上结构 浅层土层水平向膨胀变形的增大量大于深层，对隧

工况2-土表 工况4-地上结构
100
道产生不均匀的侧向压力作用，可解释竖向地震作
竖直位移 / mm −100 4 竖 向 地 震 作 用 的 影 响 因 素
0
用下隧道剪切变形增大的地震响应规律。
−200
−300
−400
0 10 20 30 40 50
时间 / s 前文分析可得，竖向地震对于单隧道的地震响

应影响作用有限，而当存在地上结构时，会对隧道结
图 10 土表和地上结构竖直位移时程
构地震响应有显著影响作用，尤其是会放大隧道的
Fig. 10 Vertical displacement time-history of soil surface and
aboveground structure 水平位移和剪切变形。对于确定的隧道结构，竖向