第1章绪论

1.1选题背景和研究意义

1.1.1地下工程的现状

1.1.2地震灾害概况

1.1.3问题的提出

1.2主要科学问题及国内外研究进展

1.2.1地下洞室群地震响应分析的研究方法

1.2.2大型复杂结构动力分析高效计算的实现途径

1.2.3地下洞室群围岩稳定分析方法

1.2.4地震作用下洞室群围岩稳定判据研究

1.3本书的研究内容与技术路线

第2章三维弹性有限元动力计算平台的开发

2.1概述

2.2系统运动方程

2.2.1动力平衡方程

2.2.2单元刚度矩阵

2.2.3单元质量矩阵

2.2.4单元阻尼矩阵

2.3人工边界条件

2.3.1基本概念与分类

2.3.2黏弹性人工边界原理

2.3.3等效黏弹性边界单元与设置方法

2.4地震荷载的输入

2.4.1动力分析问题的分类

2.4.2人工边界的波场分解

2.4.3内行波场的计算

2.4.4输入地震荷载的求解

2.5运动方程的求解

2.6算例验证

2.6.1内源荷载输入

2.6.2外源荷载输入

2.7结构地震响应分析时的若干问题

2.7.1地震波的选取

2.7.2动力计算对模型网格尺寸的要求

2.7.3强震监测数据的滤波和基线校正

2.7.4地下洞室地震响应时输入地震波的折减

2.7.5近场实测强震数据的方向变换

2.8本章小结

第3章地下洞室三维弹塑性损伤动力有限元分析

3.1概述

3.2地震荷载作用下岩体的动态响应特性

3.2.1岩体在动力荷载作用下的响应特性

3.2.2地震荷载作用下地下洞室的应变率分布规律

3.2.3洞室地震响应分析时岩体物理力学参数的取值

3.2.4本节小结

3.3三维弹塑性损伤动力有限元分析

3.3.1屈服准则与塑性本构关系

3.3.2岩石损伤破坏的本构方程

3.3.3动力弹塑性损伤有限元迭代方法

3.3.4动力分析计算基本过程

3.4实例分析

3.4.1工程概况

3.4.2震后实地震损调查

3.4.3实测强震数据分析

3.4.4地下洞室地震响应分析

3.4.5本节小结

第4章大型地下洞室群地震响应的多尺度优化分析方法

4.1概述

4.2结构动力分析中实测强震加速度时域选取的优化算法

4.2.1问题描述

4.2.2基本思路

4.2.3实测强震加速度数据能量的时域表示

4.2.4瞬时能量下限值的确定

4.2.5时域优化过程中的若干问题处理

4.2.6优化算法的有效性验证

4.2.7优化算法的可靠性验证

4.2.8优化算法的实质

4.2.9结论和讨论

4.3大型地下洞室群地震响应分析的动力子模型法

4.3.1问题描述

4.3.2基本思路

4.3.3基于幅值折减的地震波动场计算

4.3.4动力子模型法的实现

4.3.5算例验证

4.3.6动态子结构法及其与动力子模型法的区别

4.3.7结论和讨论

4.4地下洞室地震响应计算的结构模型合理截取范围确定方法

4.4.1问题描述

4.4.2基本方法

4.4.3计算工况和参数设置

4.4.4结构计算模型的合理截取范围分析

4.4.5结论和讨论

4.5本章小结

第5章地下洞室群结构面控制型围岩破坏的有限元分析

5.1概述

5.2基于单元重构的岩土工程复杂地质断层建模方法

5.2.1问题描述

5.2.2基本思路

5.2.3基于单元重构技术的结构面建模

5.2.4岩土工程中的复杂地质断层建模实例

5.2.5含地质断层的重构模型计算分析

5.2.6讨论

5.2.7结论

5.3基于薄层单元的地下洞室断层结构计算分析

5.3.1基于形函数通用格式的多种形态单元计算

5.3.2考虑复合强度准则的地质断层结构计算

5.3.3实例分析

5.4大型地下洞室群三维复杂块体系统的搜索和稳定分析

5.4.1基于有限元网格的块体识别方法

5.4.2算例验证

5.4.3工程应用

5.4.4结论

5.5考虑结构面层面应力作用的块体稳定分析

5.5.1概述

5.5.2考虑结构面层面应力作用的块体稳定计算

5.5.3实例分析

5.5.4讨论

第6章地震作用下地下洞室群围岩稳定的安全评判方法

6.1概述

6.2基于弹塑性损伤动力有限元的围岩稳定地震响应

松动判据

6.2.1基本思路

6.2.2围岩松动的评判标准

6.2.3工程实例分析

6.3基于地震响应波动解法的地下洞室群围岩稳定性评判

6.3.1基本理论

6.3.2地震作用下地下洞室群的整体稳定性评判

6.3.3地震作用下地下洞室群围岩局部稳定分析

第7章结论与展望

7.1结论

7.2展望

参考文献

攻博期间发表的论文及科研成果目录

致谢2100433B

《大型地下洞室群地震响应与结构面控制型围岩稳定研究》由武汉大学出版社出版。

《大型地下洞室群动力时程分析方法研究与应用》针对地下洞室群抗震安全问题，以地震灾变中洞室群岩体的动力响应机理为基础，以地下洞室群动力时程分析方法为核心，以开发大型地下洞室群地震灾变模拟系统为途径，以地震灾变中地下洞室群围岩稳定优化控制为目标，通过紧密围绕三维动力时程分析方法和地下洞室群地震响应机理这一研究主线，开展了系统性的研究工作。

《大型地下洞室群动力时程分析方法研究与应用》系统介绍了大型地下洞室群采用动力时程方法进行地震响应分析的理论及具体应用。《大型地下洞室群动力时程分析方法研究与应用》全书分为八章，第一章概述地下洞室群抗震计算的现状及《大型地下洞室群动力时程分析方法研究与应用》的总体研究思路；第二章介绍显式有限元求解方法在三维波动场求解中的理论及编程解决方案：第三章介绍动力时程分析中洞室群模型人工边界的设置理论和计算方法；第四章介绍显式动力有限元计算中锚杆、锚索的模拟理论；第五章介绍地下洞室动力计算中前处理的相关技术：第六章介绍动力有限元计算前后处理软件的设计开发；第七章结合实际工程介绍动力时程法计算中洞室群围岩稳定的评判理论；第八章得出结论。

近年来我国一些大城市为缓解城市交通压力，普遍在市中心地带建设地下铁道。地铁隧道通常由两个或两个以上隧道组成，隧道之间距离一般比较近，从而形成隧道群。我国不少地铁工程是建在高烈度地震区，如北京、天津等。然而国内外地下隧道建设及相关抗震设计规范中均没有涉及地下隧道建设后对沿线设计地震动、以及对沿线既有地面建筑物地震安全性的影响问题。本项目对大型地下隧道群对沿线地震地面运动的影响进行解析研究，给出弹性半空间和饱和半空间中两个和多个圆形隧道在P、SV和Rayleigh波入射下地面运动二维问题和三维问题解析解，并分析隧道之间距离、隧道直径、衬砌厚度、衬砌刚度、土介质刚度和孔隙率、入射波波长、入射角度等参数对沿线地面运动的影响。为地铁工程建设后地铁沿线设计地震动参数的确定、以及地铁沿线既有地面建筑物地震安全性的评估等重大问题的解决提供理论基础，研究具有重大的科学意义和巨大的社会效益。 2100433B