綜合管廊是在地下建造的市政公用隧道空間，它將成為未來我國城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的重要內(nèi)容之一，其既不同于普通管線，又不同于隧道結(jié)構(gòu)，對(duì)其抗震要求要高于一般地下結(jié)構(gòu)。鑒于中國多地震的特點(diǎn)及未來地下管廊規(guī)模的擴(kuò)大，開展綜合管廊抗震性能研究具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。近斷層地震動(dòng)與遠(yuǎn)場地震動(dòng)有顯著差別，這些顯著的近斷層地震動(dòng)特性對(duì)工程結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)以及失效破壞影響較大，尤其是速度脈沖地震動(dòng)對(duì)工程結(jié)構(gòu)的影響較大。

地球所陳紅娟副研究員等采用振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)技術(shù)開展了場地土-綜合管廊模型試驗(yàn)，輸入基于反應(yīng)譜一致的含速度脈沖的實(shí)際地震動(dòng)記錄及不含速度脈沖的人工合成地震動(dòng)時(shí)程，通過布置在模型土中的加速度計(jì)，模型結(jié)構(gòu)上布置的加速度計(jì)及應(yīng)變片，模型土上部布置的激光位移計(jì)等傳感器來測得試驗(yàn)過程中的數(shù)據(jù)。收集并分析了試驗(yàn)實(shí)測數(shù)據(jù)，模型土表加速度數(shù)據(jù)分析表明，試驗(yàn)中使用的模型土箱的邊界效應(yīng)處理效果良好；觀察到的較小的土壤沉降證實(shí)了模型土的物理力學(xué)特性在試驗(yàn)中沒有明顯變化；加速度數(shù)據(jù)結(jié)果表明，一般情況下，綜合管廊及周圍土體的橫向動(dòng)力響應(yīng)在有速度脈沖的近斷層地震動(dòng)下的結(jié)果比沒有速度脈沖下的結(jié)果大得多。因此，在綜合管廊的設(shè)計(jì)中，應(yīng)考慮速度脈沖的影響。

（a）管廊原型            （b）管廊模型          （c）振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)

圖1 振動(dòng)臺(tái)模型試驗(yàn)示意圖

（a）不同地震動(dòng)輸入下管廊模型不同位置的加速度峰值

（b）速度脈沖地震動(dòng)輸入下管廊模型不同測點(diǎn)的加速度時(shí)程及其傅立葉譜和反應(yīng)譜

圖2 振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)結(jié)果

本研究首次開展了近斷層強(qiáng)震動(dòng)作用下多倉綜合管廊振動(dòng)臺(tái)模型試驗(yàn)，為強(qiáng)震作用下綜合管廊結(jié)構(gòu)的動(dòng)力分析提供了試驗(yàn)依據(jù)。基于反應(yīng)譜一致的原則，合成了不含速度脈沖的人工地震動(dòng)時(shí)程，并將其與含速度脈沖的實(shí)際地震動(dòng)記錄作為輸入，消除了反應(yīng)譜的影響，得出的結(jié)論突出了速度脈沖這一特性對(duì)管廊結(jié)構(gòu)的影響。

綜合管廊作為未來我國城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的重要內(nèi)容之一，其既不同于普通管線，又不同于隧道結(jié)構(gòu)，由于其為生命線工程，對(duì)其抗震要求要高于一般地下結(jié)構(gòu)。國內(nèi)不僅沒有地下綜合管廊抗震設(shè)計(jì)規(guī)范，而且對(duì)其抗震性能研究速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)比不上其建設(shè)速度。該研究可為綜合管廊工程的抗震驗(yàn)算提供強(qiáng)有力的技術(shù)支持，為我國綜合管廊抗震規(guī)范的制定提供理論和試驗(yàn)依據(jù)，并為建立分析理論和設(shè)計(jì)方法，以及了解綜合管廊結(jié)構(gòu)的可能破壞方式積累資料。研究成果于2023年發(fā)表在學(xué)術(shù)期刊《Soil Dynamics and Earthquake Engineering》（Chen H, El Naggar M H, Chu J, et al. Transverse response of utility tunnel under near fault ground motions: Multi-shake table array tests[J]. Soil Dynamics and Earthquake Engineering, 2023, 174: 108135.），受北京市自然科學(xué)基金（8192047）、中國地震局地球物理研究所基本科研業(yè)務(wù)專項(xiàng)（DQJB23B23）、國家自然科學(xué)基金（51708519）、國家留學(xué)基金委項(xiàng)目共同資助。

【作者簡介】

陳紅娟，女，工學(xué)博士、博士后，碩士生導(dǎo)師，加拿大Western University訪問學(xué)者，主要從事巖土地震工程、工程結(jié)構(gòu)抗震方面研究。E-mail: chenyu94@163.com