本项目在重大研究计划“重大工程动力灾变”地下结构抗震领域研究成果的基础上，采用理论分析、数值模拟和模型试验等手段，开展集成研究工作，进一步揭示地下结构地震破坏机理，提出地下结构抗震设计方法，取得的主要研究成果包括：1) 基于近场波动有限元方法，实现了人工边界条件、地震动的波动输入、材料本构模型等，搭建了地下结构地震反应数值模拟平台，并验证了平台的有效性和精度；2) 从围岩土体对浅埋地下结构的两种地震作用效应、组成结构构件不同的受力功能，以及关键构件的力学性能与体系受力分配改变导致的侧墙、中柱变形能力不协调等方面，系统阐述了大开地铁车站的地震破坏机理和失效模式，并提出了抗震关键支撑柱概念；3) 开展了大开车站结构离心机振动台试验，将试验结果与数值模拟结果对比分析，进一步印证了车站结构上覆土体对其塌毁破坏的关键作用；4) 针对地震系数法、自由场变形法、柔度系数法、反应位移法、反应加速度法和地下结构Pushover分析方法的计算模型、关键参数、优缺点以及存在的问题进行了较为系统的评述，采用这些方法计算了日本阪神地震中损毁的大开地铁车站地震反应，并与严格的动力时程分析方法结果进行了比较，分析了各种方法的计算精度；5) 针对浅埋地下结构地震反应分析问题，提出了一种考虑上覆土体竖向惯性力影响的反应位移法，简称惯性力-位移法，给出了惯性力-位移法分析模型的两个关键参数确定方法，包括地基弹簧刚度及上覆土体最大竖向惯性力，工程实例分析结果表明，本文建议的惯性力-位移法与传统的反应位移法相比，不仅克服了传统的反应位移法不能给出中柱轴力的缺陷外，其它反应量的计算精度与之基本相当。发表或录用论文4篇；授权国际发明专利1项、国家发明专利一项；获教育部科技进步一等奖1项(1，2016)；培养青年长江学者1名，博士生5人、硕士生3人，其中2人已获硕士学位。研究成果将为我国地下工程的安全建设和运营提供科学支撑。 2100433B

在重大研究计划“重大工程动力灾变”地下结构抗震领域研究成果的基础上，通过进一步的梳理与集成研究，形成试验成果、理论方法成果、模拟软件成果集成平台，进一步揭示地下结构地震破坏机理，给出结构上覆土体剪切破坏后在竖向地震作用时的等效惯性效应，以及侧向土体水平相对变形作用于侧墙的剪切荷载效应；总结地震破坏失效模式，对地下结构抗震稳定性的控制性构件给出极限变形能力标准，进而建立地下结构抗震设计简化分析方法。研究成果将为我国地下工程的安全建设和运营提供科学支撑。

本项目通过三年的研究工作，已完成项目计划内容，并取得了一系列研究成果。 本项目从汶川地震收集的山岭隧道震害资料出发，统计分析了汶川地震中山岭隧道的震害资料，提出了山岭隧道抗震风险层次分析模型，深入调查了受损隧道的地质构造情况，研究了跨断层隧道的震害特征，并系统描述了跨断层隧道的震害形态。 通过断层活动与地震耦合作用下隧道—断层体系的灾变机理研究，提出了采用损伤指标和能量指标分析隧道—断层体系的非线性反应，建立起基于损伤指标和能量指标的隧道—断层体系的安全性评价体系。并提出了在隧道断层处设置结构构造的措施。 根据穿越活动断层隧道的地震动力响应特性，分析了不同影响因素下隧道纵向抗震设防长度，数值模拟结合振动台试验，提出了分级量化指标。根据震害调查分析及模拟结果，对断层区隧道的抗震设防进行了分段，根据不同位置制定了不同的对策措施，并且通过现场测试验证，修改完善了设防体系，最终提出了跨断层隧道抗震设防应用性设计参数。 发表学术论文10篇，其中SCI收录2篇，EI收录7篇，部分研究成果发表在《Soil Dynamics and Earthquake Engineering》（SCI收录）、《Disaster Advances》（SCI收录）、《中南大学学报（自然科学版）》(EI收录)、计算力学学报学报(EI收录)、土木工程学报(EI收录)及《现代隧道技术》(EI收录)等国内外期刊上。另外，发表学术专著一部，并获得大连市人民政府资助出版。 2100433B

随着城市地铁、地下商业街等地下空间大规模的开发和利用，以及近期国际上的几次地下结构地震破坏现象的警示，目前地下结构抗震问题受到了学术界和工程界的广泛重视。由于历史上地下结构震害并不多见，地下结构地震破坏机理分析和抗震设计方法在国际范围内也缺乏系统深入的研究，资料积累不足。就我国而言，迄今为止，还没有独立的地下结构抗震设计规范。本项目拟通过理论分析、数值模拟与模型试验的手段，对城市大型地下结构地震动力灾变研究涉及到的，(1)材料、构件的多维损伤动力本构模型与破坏准则；(2)地下结构与其赋存岩土介质的非线性动力耦合效应，以及岩土－地下结构系统的渐进破坏、失效过程模拟模型；(3)岩土－地下结构系统强震灾变模拟方法；(4)岩土－地下结构系统地震破坏机理与规律四个层面的问题进行系统深入的研究，为建立地下结构的抗震性态设计理论与分析方法奠定基础，为保障地下工程的安全建设和运营提供科学支撑。 2100433B

一般认为洞口段是隧道抗震的薄弱部位，但是5.12汶川地震隧道震害调查发现不少隧道洞身段也发生开裂破坏，甚至倒塌。究其原因，主要是这些隧道穿越地层条件多为断层破碎带。项目以西部高烈度地震区和活动断裂区若干隧道工程为研究对象，从隧道动力学、地震工程学及地质学等学科基础理论出发，结合汶川地震跨断层隧道震害调查资料，采用地震模拟振动台试验和三维数值模拟相结合的研究方法，系统研究地震与活动断层耦合作用下隧道-围岩-断层系统的灾变机理与控制对策。包括引入损伤理论和能量原理建立隧道抗震安全性评价方法；提出隧道采用柔性接头形式穿越活动断层，综合考虑柔性接头的可蠕动性与抗震性耦合技术，实现隧道正常使用阶段的安全性与地震发生时的大变形吸能能力的合理均衡。项目预期将建立隧道安全性评价理论、方法以及灾害控制对策。项目的研究对于深入揭示活动断层区隧道地震破坏机理具有重要意义，为隧道抗震设计提供科学依据。