《城市大型地下工程結構抗震安全理論研究》是依託清華大學，由張建民擔任項目負責人的重點項目。
基本介紹
- 中文名：城市大型地下工程結構抗震安全理論研究
- 依託單位：清華大學
- 項目負責人：張建民
- 項目類別：重點項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
本項目擬以修建在各種土層中的城市捷運車站、地下綜合商業街、地下變電站、共同溝、跨越江河的交通隧道等為代表的各類城市大型地下工程為研究對象，將強震環境下此類大型地下結構與周圍土體視為多層次三維非線性大系統，以揭示該系統的震動相互作用規律為核心，著眼於震動破損機理和安全調控對策研究，著力突破海量數據處理可視化技術、大規模並行仿真技術、物理與模型試驗結合模擬技術、多尺度多層次分析技術等四項關鍵支撐技術，著重展開五個方面的基本理論研究：1、複雜載入條件下大型地下結構與土體界面靜動力學特性與破損本構理論； 2、大型複雜地下工程結構-土體系統的靜動力學相互作用機理與分析理論；3、大型複雜地下結構系統震動災變過程和時空分布效應模擬理論；4、大型複雜地下結構系統的破損模式與安全評價理論及方法； 5、大型複雜地下結構抗震最佳化設計與安全調控理論及方法，以期對提高我國城市大型地下工程結構抗震安全性能有所助益。
結題摘要
本項目對城市大型地下工程結構抗震安全理論進行研究，取得了一系列成果，主要包括： （1）開發了土與結構接觸面動力測試設備與技術，揭示了土與結構接觸面動力特性，提出了針對地下結構系統特點的動三維彈塑性接觸面本構模型。在研製三維多功能接觸面試驗機等設備，開發整機真三維接觸面載入技術、高精度接觸面法向控制技術和柔性接觸面技術等測試技術的基礎上，對結構與粗粒土接觸面的三維靜動力學回響進行系統的研究。建立了新的三維彈塑性接觸面本構模型，能統一描述單調和循環載入、二維和三維回響、共軸和非共軸變形、切向與法向耦合效應等接觸面靜動力學行為及本構關係。 （2）發展了砂土動力測試技術，總結了砂土主要動力特性規律，建立了統一的砂土彈塑性動本構模型。結合大量系統砂土動力試驗，研究了砂土三維強度特徵和規律、各向異性、可逆性與不可逆性剪脹等動本構規律。建立了能夠統一描述不同狀態砂土在單調和循環荷載作用下液化前後力學行為的三維砂土液化後大變形統一本構理論與模型。 （3）建立了可合理地考慮地基輻射阻尼的地震動輸入機制。研究了飽和兩相介質中基於柱面波的時域高階人工邊界條件的構建，形成了有效的地下結構系統計算域邊界的處理和模擬方法。建立了基於波函式組合法的一種非一致地震動位移輸入方式，為地震動輸入提供理論和技術依據。 （4）開發了地下結構系統的動力離心模擬成套技術。在清華大學50g-t土工離心模型試驗機和振動台上，開發了可模擬地震條件下可液化地基樁基礎的離心模型試驗及測量技術。包括根據離心模型試驗相似律，選用合適的地下結構模擬材料，製作樁基礎模型；設計疊環式模型，從而消除模型箱邊界效應，有效地模擬無限水平地基；實現了離心模型試驗過程中實時測量地下結構和地基的位移、加速度和孔壓變化過程的測量系統，再現了可液化地基中地下結構的震動變形現象。 （5）揭示了地下結構地震回響規律，發展了地下結構抗震安全性評價理論及方法。結合動力離心模型試驗和三維數值仿真平台，重點研究了可液化地基中地下結構動力回響的影響因素和基本規律。總結了已有的地下結構設計方法，發展了可液化地基中地下結構三維彈塑性有限元動力時程設計分析方法。 在完成本項目的過程中，培養了2名博士後、12名博士生和6名碩士生，發表SCI論文和EI論文共25篇。本課題所研究的大型結構與土體接觸面力學試驗系統的研製及套用已獲國家技術發明一等獎。
