關(guān)鍵詞：人防工程；地下結(jié)構(gòu)；抗震研究；抗震性能

在地下空間開(kāi)發(fā)規(guī)模變大、人防工程建造數(shù)量增多、地震的不規(guī)則爆發(fā)增多的復(fù)雜背景下，對(duì)人防地下工程抗震性能的相關(guān)研究便具有了極其深遠(yuǎn)的現(xiàn)實(shí)意義。我國(guó)地理位置特殊，正處于三大板塊交界的大陸淺源強(qiáng)地震區(qū)，全國(guó)多半城市處于地震區(qū)，所以，這也就意味著人防地下工程作為抗震性能最好的抗震工程，其抗震性能必然是人們關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題。為此，下面本文將具體來(lái)分析人防地下結(jié)構(gòu)的抗震問(wèn)題，以期能夠促進(jìn)地下防震工程的進(jìn)一步發(fā)展。

一、人防地下結(jié)構(gòu)的發(fā)展概況

我國(guó)是一個(gè)多地震國(guó)家，且處于三大板塊的交接地帶，三大板塊的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致了構(gòu)造地震，使得地殼巖石中長(zhǎng)期積累的變形壓力在極短的時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，導(dǎo)致了地震的爆發(fā)。隨著中國(guó)城市化的迅猛發(fā)展，在城市的人口壓力、交通壓力、用地壓力、生態(tài)環(huán)境壓力等多重壓力之下，我國(guó)地下空間開(kāi)發(fā)規(guī)模迅速增大，，地下空間的開(kāi)發(fā)利用已成為眾所關(guān)心的熱點(diǎn)。我們?cè)诮ㄔO(shè)人防工程、地下民用工程與地下戰(zhàn)備工程時(shí)，都把地下結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)及安全性評(píng)價(jià)放在了極為突出的位置，這一點(diǎn)是非常值得欣慰的。

中國(guó)的地下空間開(kāi)發(fā)開(kāi)始的時(shí)間較早，在20世紀(jì)50年代便開(kāi)始陸續(xù)修建早期的人防工程，積累了一定的經(jīng)驗(yàn)之后，60、70年代開(kāi)始發(fā)動(dòng)群眾構(gòu)建一批簡(jiǎn)易的人防工事，但當(dāng)時(shí)的建造水平非常有限，使用壽命很短。如今，經(jīng)過(guò)幾十年的探索，地下空間開(kāi)發(fā)技術(shù)已逐漸嫻熟，并成功運(yùn)用到各類(lèi)地下建筑中，出現(xiàn)了我們所熟知的地下電站、地下城市、地下儲(chǔ)能、地下鐵道及輕軌、地下超市、地下停車(chē)場(chǎng)、水利工程、海底隧道等等，地下結(jié)構(gòu)建筑已成功開(kāi)拓了廣大的應(yīng)用領(lǐng)域。1978年，廈門(mén)第三次全國(guó)人防會(huì)議確定了人防工程的建設(shè)原則，指出要堅(jiān)持“長(zhǎng)期堅(jiān)持、平戰(zhàn)結(jié)合、全面規(guī)劃、重點(diǎn)建設(shè)”的原則。此外，自《人民防空法》頒布之后，地下人防建設(shè)的規(guī)模逐漸增大，而且出現(xiàn)了民用防空工程與戰(zhàn)備防空工程界限模糊的現(xiàn)象，這也就意味著民用防空工程可以改建成戰(zhàn)備防空工程。在未來(lái)的地下建筑中，我們須將遵循地下空間的開(kāi)發(fā)建設(shè)與人防工程建設(shè)統(tǒng)籌兼顧的原則，切實(shí)貫徹“平戰(zhàn)結(jié)合”的原則，這是人防地下結(jié)構(gòu)未來(lái)發(fā)展的必由之路。

二、人防地下結(jié)構(gòu)抗震的研究方法

地下結(jié)構(gòu)抗震問(wèn)題的研究方法主要有三類(lèi)：地震觀測(cè)、實(shí)驗(yàn)研究和理論分析。地震觀測(cè)是指在地震發(fā)生時(shí)進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量，通過(guò)實(shí)測(cè)地下結(jié)構(gòu)在地震時(shí)的動(dòng)力特性來(lái)探究地下結(jié)構(gòu)的抗震特點(diǎn)及抗震性能。第二類(lèi)是理論分析法，目前常用的理論分析法是相互作用法和波動(dòng)法。相互作用法是建立在求解結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方程式的基礎(chǔ)上，將介質(zhì)的作用比擬為彈簧和阻力，然后通過(guò)地面結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行分析的一類(lèi)研究方法；波動(dòng)法主要也是以求解方程為基礎(chǔ)，把介質(zhì)和結(jié)構(gòu)看作系統(tǒng)來(lái)加以分析的方法。前兩種方法的應(yīng)用范圍較小，下面重點(diǎn)來(lái)分析模型實(shí)驗(yàn)法。

模型實(shí)驗(yàn)法是地下結(jié)構(gòu)現(xiàn)有研究方法中最重要的研究途徑，主要可分為三類(lèi)：人工震源實(shí)驗(yàn)、振動(dòng)臺(tái)實(shí)驗(yàn)和離心機(jī)振動(dòng)臺(tái)實(shí)驗(yàn)。人工震源實(shí)驗(yàn)是人為模擬震源的一種實(shí)驗(yàn)方式，但是人工制造的模擬震源激震力一般較小，不易達(dá)到較高應(yīng)力狀態(tài)，且無(wú)法反應(yīng)地下結(jié)構(gòu)非線性性質(zhì)及周?chē)�土體破壞等對(duì)地下結(jié)構(gòu)動(dòng)力反應(yīng)的影響，應(yīng)用范圍比較受限；其次是振動(dòng)臺(tái)實(shí)驗(yàn)法，這類(lèi)方法的應(yīng)用范圍較前者來(lái)說(shuō)廣泛了很多，相關(guān)的研究案例有很多，筆者摘選其中比較典型、有說(shuō)服力的一個(gè)案例來(lái)講解一下。徐志英、施善云采用加重乳膠鐵粉材料，制成了實(shí)驗(yàn)對(duì)象——方形管道模型，實(shí)驗(yàn)者選取了3m×5m大型振動(dòng)臺(tái)上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。模型尺寸分別是：橫斷面24cm×24cm，壁厚2.5cm，模型總長(zhǎng)120cm。實(shí)驗(yàn)對(duì)象準(zhǔn)備完畢后，將實(shí)驗(yàn)對(duì)象埋置于大型剛性容器填砂中，箱體長(zhǎng)360cm，寬120cm，高100cm。采用簡(jiǎn)諧波進(jìn)行激振，并進(jìn)行跟定測(cè)量，主要測(cè)量三類(lèi)數(shù)據(jù)：地下結(jié)構(gòu)的內(nèi)動(dòng)應(yīng)力、砂土與地下結(jié)構(gòu)接觸面上的動(dòng)土壓力、加速度。在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上提出了土-地下結(jié)構(gòu)動(dòng)力相互作用的計(jì)算模型。離心機(jī)實(shí)驗(yàn)法的優(yōu)勢(shì)最明顯，它可以通過(guò)增加模型的場(chǎng)加速度，模擬出與原型相等或相近的真實(shí)應(yīng)力水平，重現(xiàn)原型的物理特性。

三、地下結(jié)構(gòu)地震動(dòng)特性及提升抗震性能的建議

通過(guò)對(duì)以往發(fā)生的地震動(dòng)所產(chǎn)生的震害情況的分析，我們大致可以得出地下結(jié)構(gòu)地震動(dòng)普遍具有的如下特性：一是地震反應(yīng)的特點(diǎn)。地下結(jié)構(gòu)地震時(shí)的反映特點(diǎn)與地面結(jié)構(gòu)相比有很大不同，地震結(jié)構(gòu)的振動(dòng)變形會(huì)受到周?chē)�地基土壤的約束作用，動(dòng)力反應(yīng)一般不會(huì)表現(xiàn)出自振特性；地下結(jié)構(gòu)受震時(shí)一般不會(huì)波及周?chē)�地震，這與地上結(jié)構(gòu)有明顯不同；地下結(jié)構(gòu)受震時(shí)的振動(dòng)形態(tài)主要受地震波入射方向的影響，對(duì)于地下結(jié)構(gòu)而言，地震形態(tài)的變化與入射方向存在不同步變化，即便入射方向改變不大，地下結(jié)構(gòu)各點(diǎn)的變形和應(yīng)力也可能會(huì)發(fā)生很大的變化；地下結(jié)構(gòu)與地基之間存在著相互影響、相互作用的關(guān)系，這個(gè)相互關(guān)系會(huì)對(duì)地下結(jié)構(gòu)的動(dòng)力反應(yīng)產(chǎn)生影響，但是影響程度是不同的，影響程度最大的因素是地基的運(yùn)動(dòng)特性。二是地震震害部位，地下結(jié)構(gòu)的震害部位主要發(fā)生在地下與地面結(jié)構(gòu)的交界處，因?yàn)榻唤绮课坏慕Y(jié)構(gòu)穩(wěn)定性是最差的，在地震時(shí)所受震害最深。例如地下隧道的進(jìn)出相交口處、隧道的轉(zhuǎn)彎處、兩洞相交或者平動(dòng)與豎井的相交部位，結(jié)構(gòu)周?chē)鷰r土特性發(fā)生突變的部位等等。三是影響震害的因素主要有地形、土壤條件、斷面形狀及大小、震源位置、結(jié)構(gòu)或襯砌的尺寸及材料等等。

結(jié)合國(guó)內(nèi)外地下抗震結(jié)構(gòu)的分析，現(xiàn)將提高地下結(jié)構(gòu)抗震能力的舉措總結(jié)如下：一是地下結(jié)構(gòu)的選址問(wèn)題。選址問(wèn)題是地下結(jié)構(gòu)建造過(guò)程中一個(gè)極其關(guān)鍵的問(wèn)題，為此，選址必須慎重、科學(xué)、合理。選址的通用原則是必須將地下結(jié)構(gòu)建于穩(wěn)定巖層和地基條件好的場(chǎng)地當(dāng)中，避開(kāi)斷層、山坡坡面、山坡不穩(wěn)定地段，避免選擇局部地基情況變化較大的場(chǎng)地；二是在建造過(guò)程中，一定盡可能選埋較大的路線，建造隧洞時(shí)要加固隧道的出入口，兩洞相交時(shí)要保證交角度數(shù)接近直角，因?yàn)橹苯墙嵌仁亲畎踩�、最穩(wěn)定的角度，在地震發(fā)生時(shí)受震害最小，若三個(gè)隧洞需要相交時(shí)，一定避免三洞相交于同一位置，同時(shí)也要關(guān)注三洞交點(diǎn)之間的距離，這個(gè)距離不能太近。

結(jié)束語(yǔ)：

國(guó)內(nèi)外人防地下結(jié)構(gòu)的抗震性能相關(guān)數(shù)據(jù)分析，結(jié)合全球范圍內(nèi)多次地震震害破壞現(xiàn)象的相關(guān)資料，我們發(fā)現(xiàn)地震載荷下現(xiàn)有的人防地下結(jié)構(gòu)并不安全，其抗震性能和安全性能有待提升。通過(guò)上述本文的探究，我們圍繞人防地下結(jié)構(gòu)的抗震問(wèn)題，著重論述了人防地下結(jié)構(gòu)的發(fā)展概況、人防地下結(jié)構(gòu)抗震的研究方法、地下結(jié)構(gòu)地震動(dòng)特性及提升抗震性能的建議三個(gè)方面的內(nèi)容，以期能夠提升人防地下結(jié)構(gòu)的抗震性能，促進(jìn)人防工程和地下開(kāi)發(fā)工程的進(jìn)一步發(fā)展。

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