6.9 隧道与地下车站结构地震反应计算的时程分析方法

6.9.1、6.9.2 采用动力分析时，由于直接输入地震波作用，因此应限制土层单元尺寸，通常竖向单元尺寸不大于1m即可满足要求。采用有限元法等数值方法求解土-结构动力相互作用问题时一般需要从无限介质中取出有限尺寸的计算区域，地基无限性的模拟是通过在区域的边界上引入虚拟的人工边界加以实现的(图6)。模型边界一般采用粘性人工边界或粘弹性人工边界等合理的人工边界条件，且侧向人工边界应避免采用固定或自由等不合理的边界条件(图7)。
    土层的选取范围，一般顶面取地表面，底面取设计地震作用基准面，水平向自结构侧壁至边界的距离宜至少取结构水平有效宽度的3倍(图8)。

图6 结构-地基整体分析中的人工边界示意图
1-广义结构；2-结构；3-基础；4-地面；5-地基无限域；6-地基有限域；7-人工边界；8-地基无限域

图7 合理的人工边界条件
1-自由表面；2-人工边界；3-有限元计算模型；4-粘性人工边界；5-粘弹性人工边界

图8 一般情况下计算模型选取范围

    同时需要考虑以下两种特殊情况。当地下结构埋深较深，结构与基岩的距离小于3倍地下结构竖向有效高度时，计算模型底面边界取至基岩面(图9)；当地下结构埋深嵌入基岩，此时计算模型底面边界需取至基岩面以下(图10)。

图9 埋深较深时计算模型

图10 地下结构嵌入基岩时计算模型
1-基岩面；2-基岩

6.9.3 当隧道或地下车站结构沿纵向结构形式连续、规则、横向断面构造不变，周围土层沿纵向分布一致时，可只沿横向计算水平地震作用并进行抗震验算，抗震分析可近似按平面应变问题处理。当结构形式变化较大，土层条件不均匀时需要按空间问题进行三维建模求解。
6.9.4 当采用波动法输入时，考虑波的传播特性，在人工边界上按位移或应力边界条件实现入射波动的能量输入。当采用振动法输入时，一般采用输入基岩加速度，结构对于基岩做相对运动，在结构上施加惯性力来实现。