随着隧道及地下工程的迅速发展,研究其在地震动力荷载作用下的反应问题,具有重大的经济意义和社会意义。本文针对浅埋隧道,运用有限差分法,在时域内对隧道在地震动荷载作用下的反应进行了数值分析,研究了在数值分析中需要注意的几个问题。论文主要包括以下几个部分: 1.介绍了地下结构抗震研究方法。围绕研究结构-土动力响应的两种相互作用时域数值模型进行了理论分析,根据结构-土接触面的应力-位移协调条件进行了相关控制方程的推导。为文中后续工作打下了理论基础。 2.研究了土体在动力荷载作用下的应力-应变特征以及分析土动力响应的动力本构模型。比较了等效线性本构和弹塑性本构的区别。 3.针对结构-土动力响应的时域数值方法,需要对地震波随机信号进行信号处理。首先需要识别波动信号中的频谱组成,出于数值稳定性考虑,对数值结果产生干扰的高频部分需要通过滤波器过滤掉,最后,地震动随机信号中往往存在严重的基线漂移现象,可以使用基线校正时域法消除长周期信号的影响。 4.研究了自由场地基反应的分析方法,计算分析了基岩震动经水平成层的土壤传播后所发生的变化。 5.根据波的无反射原理,并根据与边界条件相关的波动输入方法,比较了粘性边界、粘-弹性边界和自由场边界条件的精度。根据不同的边界条件,进行了在地震荷载作用下隧道结构的地震反应分析,分析了无限地基对计算结果的影响。 6.根据不排水有效应力分析法,分析了地下水对隧道地震响应的影响。采用体变模型,比较了考虑地基液化与不考虑地基液化两者所得到的隧道动力响应的差异,讨论了隧道施工后地下水位的上升对地基和隧道动力响应的影响。 7.对上海地铁工程典型断面进行了抗震分析,论证了地铁隧道的稳定性。比较了不同地震动输入方向下地铁隧道的动力响应特征,分析了地铁施工方法对地铁地震响应的影响。