Study on the Interaction Characteristics of Building Group and Tunnel Group under Rayleigh Wave Excitation

LIU Zhongxian; WANG Jianxu; JIN Liguo; CHEN Su

doi:10.13409/j.cnki.jdpme.20220827002

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

Study on the Interaction Characteristics of Building Group and Tunnel Group under Rayleigh Wave Excitation

更新时间：2025-09-25

- Study on the Interaction Characteristics of Building Group and Tunnel Group under Rayleigh Wave Excitation
- Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering Vol. 42, Issue 6, Pages: 1153-1164(2022)
- 作者机构：
  
  1.天津城建大学，天津市软土特性与工程环境重点实验室，天津 300384
  2.中国地震局地球物理研究所强震动地震学研究室，北京 100081
  3.北京工业大学城市建设学部，北京 100124
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：10.13409/j.cnki.jdpme.20220827002
  CLC： TU443
- Received：27 August 2022，
  
  Revised：2022-09-20，
  
  Published：28 December 2022
- 稿件说明：
移动端阅览
刘中宪,王建旭,金立国等.Rayleigh波入射下建筑群-隧道群相互作用特性研究[J].防灾减灾工程学报,2022,42(06):1153-1164.

LIU Zhongxian,WANG Jianxu,JIN Liguo,et al.Study on the Interaction Characteristics of Building Group and Tunnel Group under Rayleigh Wave Excitation[J].Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering,2022,42(06):1153-1164.
刘中宪,王建旭,金立国等.Rayleigh波入射下建筑群-隧道群相互作用特性研究[J].防灾减灾工程学报,2022,42(06):1153-1164. DOI： 10.13409/j.cnki.jdpme.20220827002.

LIU Zhongxian,WANG Jianxu,JIN Liguo,et al.Study on the Interaction Characteristics of Building Group and Tunnel Group under Rayleigh Wave Excitation[J].Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering,2022,42(06):1153-1164. DOI： 10.13409/j.cnki.jdpme.20220827002.

摘要

采用一种高精度间接边界元方法（IBEM），研究了Rayleigh波入射下地上建筑群‑地铁隧道群的动力响应。研究发现：地上建筑群与邻近地铁隧道群之间存在显著的相互作用，系统响应规律与入射波的频率、建筑物的数量与高度、隧道数量和位置等因素密切相关。参数分析表明：考虑不同因素影响后，地面运动幅值最大可放大约25%。当入射波频率较低时，地上建筑群结构顶部位移幅值会较单一建筑顶部位移幅值显著降低，这尤其体现在位于建筑群中部的建筑响应中，最大可降低约88%；当入射波频率较大时，这一现象变得不再明显。高频入射波作用下，地上建筑群与地铁隧道群的相互作用会使隧道衬砌产生较大环向应力，其峰值可较单一地上建筑的情况放大约60%。

Abstract

A high-precision indirect boundary element method （IBEM） is used to study the dynamic response of the aboveground building group and subway tunnel group under Rayleigh wave excitation. It is found that there is a significant interaction between the aboveground building group and the adjacent subway tunnel group， and the system responses are closely related to the frequency of the incident wave， the number and height of buildings， the number and location of tunnels， etc. Parametric analysis shows that the maximum displacement amplitude of the ground building can be amplified by about 25% after considering the influence of different factors. When the frequency of the incident wave is low， the displacement amplitude at the top of the above-ground building group will be significantly lower than that of the single building. The phenomenon is more significant when the building is located in the middle position of the building group， and the maximum reduction of the displacement amplitude is about 88%. However， when the frequency of the incident wave is higher， this phenomenon becomes less obvious. High-frequency incident waves will cause large circumferential stresses in the tunnel lining， and the peak circumferential stresses can be 60% larger than that of the single aboveground building.

关键词

Keywords

references

中国城市轨道交通协会 . 城市轨道交通2021年度统计和分析报告［J］. 城市轨道交通， 2022 （ 7 ）： 10 - 15 .

China Association of Metros . 2021 statistics and analysis report of urban rail transit ［J］. China Metros ， 2022 （ 7 ）： 10 - 15 . （in Chinese）

Fahimifar A . The prediction of seismic damages in tunnels and underground spaces and the method of controlling them，（Persian paper）， Jadeh ［J］. Journal of Ministry of Road & Transportation of Iran ， 2003 ， 48 ： 76 - 89 .

李平，刘红帅，薄景山，等 . 汶川 M S 8.0地震河谷地形对汉源县城高烈度异常的影响［J］. 地球物理学报， 2016 ， 59 （ 1 ）： 174 - 184 .

Li P ， Liu H S ， Bo J S ， et al . Effects of river valley topography on anomalously high intensity in the Hanyuan town during the Wenchuan M S 8.0 earthquake ［J］. Chinese Journal of Geophysics ， 2016 ， 59 （ 1 ）： 174 - 184 . （in Chinese）

刘中宪，梁建文，张贺 . 弹性半空间中衬砌隧道对瑞利波的散射［J］. 岩石力学与工程学报， 2011 ， 30 （ 8 ）： 1627 - 1637 .

Liu Z X ， Liang J W ， Zhang H . Scattering of Rayleigh waves by a lined tunnel in elastic half space ［J］. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering ， 2011 ， 30 （ 8 ）： 1627 - 1637 . （in Chinese）

高艳华，宋俊磊，潘旦光，等 . 相邻建筑物结构-土-结构动力相互作用研究进展［J］. 科技导报， 2015 ， 33 （ 24 ）： 106 - 113 .

Gao Y H ， Song J L ， Pan D G ， et al . Research status and outlook of structure-soil-structure dynamic interaction in adjacent buildings ［J］. Science & Technology Review ， 2015 ， 33 （ 24 ）： 106 - 113 . （in Chinese）

Richardson J D . Forced vibrations of rigid bodies on a semi-infinite elastic medium ［D］. Nottinghamshire ： University of Nottingham ， 1969 .

窦立军，杨柏坡 . 高层建筑与相邻多层建筑间的动力相互作用［J］. 地震工程与工程振动， 2000 ， 20 （ 3 ）： 19 - 20 .

Dou L J ， Yang B P . Dynamic interaction of tall building with neighboring multi-storied building ［J］. Journal of Earthquake Engineering and Engineering Vibration ， 2000 ， 20 （ 3 ）： 19 - 20 . （in Chinese）

Lou M ， Wang H ， Chen X ， et al . Structure-soil-structure interaction： literature review ［J］. Soil Dynamics and Earthquake Engineering ， 2011 ， 31 （ 12 ）： 1724 - 1731 .

梁建文，张浩， WLee Vincent . 地下洞室群对地面运动的影响［J］. 土木工程学报， 2005 ， 38 （ 2 ）： 106 - 113 .

Liang J W ， Zhang H ， Vincent W . Effect of underground group cavities on ground surface motion ［J］. China Civil Engineering Journal ， 2005 ， 38 （ 2 ）： 106 - 113 . （in Chinese）

巴振宁，安东辉，梁建文 . 场地动力特性对衬砌隧道地震反应的影响［J］. 防灾减灾工程学报， 2018 ， 38 （ 6 ）： 918 - 926 .

Ba Z N ， An D H ， Liang J W . Effects of site resonant characteristics on the seismic response of lined tunnel ［J］. Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering ， 2018 ， 38 （ 6 ）： 918 - 926 . （in Chinese）

刘中宪，梁建文，张贺 . 弹性半空间中衬砌洞室对平面P波和SV波的散射（Ⅱ）‑数值结果［J］. 自然灾害学报， 2010 ， 19 （ 4 ）： 77 - 88 .

Liu Z X ， Liang J W ， Zhang H . Scattering of plane P and SV waves by a lined tunnel in elastic half space （Ⅱ）： numerical results ［J］. Journal of Natural Disasters ， 2010 ， 19 （ 4 ）： 77 - 88 . （in Chinese）

田彼得，俞载道 . 结构-土结构相互作用体系的动力分析［J］. 同济大学学报， 1987 ， 15 （ 2 ）： 157 - 168 .

Tian B D ， Yu Z D . Dynamic analysis of structure-soil structure interaction system ［J］. Journal of Tongji Univerdity ， 1987 ， 15 （ 2 ）： 157 - 168 . （in Chinese）

姜忻良，黄艳，丁学成 . 相邻建筑物-桩基-土相互作用［J］. 土木工程学报， 1995 ， 28 （ 5 ）： 36 - 37 .

Jiang X L ， Huang Y ， Ding X C . Adjacent building-pile-soil interaction ［J］. China Civil Engineering Journal ， 1995 ， 28 （ 5 ）： 36 - 37 . （in Chinese）

潘旦光，高莉莉，靳国豪，等 . 结构-土-结构体系动力特性的模型实验［J］. 北京科技大学学报， 2014 ， 36 （ 12 ）： 1720 .

Pan D G ， Gao L L ， Jin G H ， et al . Model test of the dynamic characteristics of a structure-soil-structure system ［J］. Journal of University of Science Technology Beijing ， 2014 ， 36 （ 12 ）： 1720 . （in Chinese）

谢军，段龙，梁金晓，等 . 隧道-土-地表建筑相互作用体系的减震分析［J］. 现代隧道技术， 2022 ， 59 （ 3 ）： 136 - 145 .

Xie J ， Duan L ， Liang J X ， et al . Analysis of the shock absorption of tunnel-soil-surface building interaction system ［J］. Modern Tunnelling Technology ， 2022 ， 59 （ 3 ）： 136 - 145 . （in Chinese）

Fu Y B ， Wang G B ， Hu Y ， et al . Seismic response of underground subway and aboveground structures considering the tunnel-soil-aboveground structure interaction ［J］. Journal of Earthquake Engineering ， 2022 ， DOI： 10.1080/13632469. 2022. 2120571 http://dx.doi.org/10.1080/13632469.2022.2120571 .

Pitilakis K ， Tsinidis G ， Leanza A ， et al . Seismic behavior of circular tunnels accounting for above ground structures interaction effects ［J］. Soil Dynamics & Earthquake Engineering ， 2014 ， 67 ： 1 - 15 .

王国波，王亚西，陈斌，等 . 隧道-土体-地表结构相互作用体系地震响应影响因素分析［J］. 岩石力学与工程学报， 2015 ， 34 （ 6 ）： 1276 - 1287 .

Wang G B ， Wang Y X ， Chen B ， et al . Analysis of factors influencing seismic responses of tunnel soil ground structural system ［J］. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering ， 2015 ， 34 （ 6 ）： 1276 - 1287 . （in Chinese）

王国波，马险峰，杨林德 . 软土地铁车站结构及隧道的三维地震响应分析［J］. 岩土力学， 2009 ， 30 （ 8 ）： 2523 - 2528 .

Wang G B ， Ma X F ， Yang L D . Three-dimensional seismic response analysis of metro station structures and tunnels in soft soil ［J］. Rock and Soil Mechanics ， 2009 ， 30 （ 8 ）： 2523 - 2528 . （in Chinese）

陈健云，何伟，徐强，等 . 地下结构对场地和地表建筑地震响应影响分析［J］. 大连理工大学学报， 2012 ， 52 （ 3 ）： 393 - 398 .

Chen J Y ， He W ， Xu Q ， et al . Analysis of the impact of underground structures on seismic responses to sites and surface buildings ［J］. Journal of Dalian University of Technology ， 2012 ， 52 （ 3 ）： 393 - 398 . （in Chinese）

Clouteau D ， Aubry D . Modifications of ground motion in dense urban areas ［J］. Journal of Computational Acoustics ， 2001 ， 6 ： 1659 - 1675 .

陈超 . 地震作用下邻近既有建筑（群）对地铁地下结构动力响应的影响研究［D］. 武汉：华中科技大学， 2018 .

Chen C . Research on the influence of existing adjacent structures on the seismic response of subway structure ［D］. Wnhan ： Huazhong University of Science and Technology ， 2018 . （in Chinese）

张悦豪 . 考虑土-结构相互作用的复建式地下结构地震反应分析［D］. 大连：大连理工大学， 2020 .

Zhang Y H . The earthquake response analysis of reconstructed underground structure with soil-structure interaction ［D］. Dalian ： Dalian University of Technology ， 2020 . （in Chinese）

刘晶波，李彬 . Rayleigh波作用下地下结构的动力反应分析［J］. 工程力学， 2006 ， 23 （ 10 ）： 132 - 135 .

Liu J B ， Li B . Dynamic response analysis of underground structures during propagation of Rayleigh waves ［J］. Engineering Mechanics ， 2006 ， 23 （ 10 ）： 132 - 135 . （in Chinese）

梁建文，纪晓东 . 地下衬砌洞室对 Rayleigh波的放大作用［J］. 地震工程与工程振动， 2006 ， 26 （ 4 ）： 24 - 31 .

Liang J W， Ji X D， Amplification of Rayleigh waves due to underground lined cavities ［J］. Journal of Earthquake Engineering and Engineering Vibration ， 2006 ， 26 （ 4 ）： 24 - 31 . （in Chinese）

柴华友，汪江波，周一勤 . 瑞利波分析方法及应用进展［J］. 岩石力学与工程学报， 2002 ， 2 l（ 1 ）： 119 - 125 .

Chai H Y ， Wang J B ， Zhou Y Q . Progress of Rayleigh wave analysis methods and applications ［J］. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering ， 2002 ， 2 l（ 1 ）： 119 - 125 . （in Chinese）

范凯祥，申玉生，闻毓民，等 . 平面Rayleigh波入射下饱和土中浅埋隧道复合式衬砌的动力响应［J］. 岩土工程学报， 2022 ， 44 （ 3 ）： 444 - 455 .

Fan K X ， Shen Y S ， Wen Y M ， et al . Dynamic response of composite linings of shallowly buried tunnels in saturated soils subjected to incidence of plane Rayleigh waves ［J］. Chinese Journal of Geotechnical Engineering ， 2022 ， 44 （ 3 ）： 444 - 455 . （in Chinese）

王竞雄，李鸿晶 . Rayleigh波作用下埋地连续管道地震响应分析［J］. 南京工业大学学报（自然科学版）， 2020 ， 42 （ 6 ）： 787 - 796 .

Wang J X ， Li H J . Seismic response of buried continuous pipelines subjected to Rayleigh waves ［J］. Journal of Nanjing Tech University （Natural Science Edition）， 2020 ， 42 （ 6 ）： 787 - 796 . （in Chinese）

Jin L G ， Du L T ， Xie J J ， et al . An analytical model for 2D seismic tunnel-aboveground structure interaction with considering the influence of tunnel longitudinal shear deformation ［J］. Earthquake Spectra ， 2022 ， DOI： 10.1177/87552930221110255 http://dx.doi.org/10.1177/87552930221110255 .

Jin L Q ， Zhu J ， Zhou W ， et al . 2D dynamic tunnel-soil-aboveground building interaction Ⅰ： Analytical solution for incident plane SH-waves based on rigid tunnel and foundation model ［J］. Tunnelling and Underground Space Technology ， 2022 ， 128 （ 1 ）： 104625 .

Hang L ， Liu Z X ， Wu C Q ， et al . The scattering of plane P， SV waves by twin lining tunnels with imperfect interfaces embedded in an elastic half-space ［J］. Tunnelling and Underground Space Technology ， 2019 ， 85 ： 319 - 330 .

Views

下载量

CSCD

Alert me when the article has been cited

提交

Tools

Publicity Resources

Scattering of Plane SH Wave by Lining Tunnel in Near Fault Site

Numerical Simulation Analysis of Surface Rupture‑Foundation‑Frame Structure Interaction under Fault Action

Seismic Simulation of Sedimentary Basin Based on Modifiedstochastic Finite Fault Method

Research Status and Prospects of Quasi⁃static Test for Seismic Research of Underground Structures

Seismic Response of Base-isolated Nuclear Containment and Optimization for the Number of Isolation Bearings Considering Soil-Structure Interaction

Related Author

Zhongxian LIU

Jiaqiao LIU

Lei HUANG

CHEN Bowei

XU Longjun

TIAN Hao

LIU Zhongxian

ZHOU Jian

Related Institution

School of Civil Engineering, Tianjin Chengjian University

Tianjin Key Laboratory of Soft Soil Characteristics and Engineering Environment

School of Civil Engineering and Architecture, Tianjin University

Key Laboratory of Earthquake Engineering and Engineering Vibration, Institute of Engineering Mechanics, China Earthquake Administration

State Key Laboratory of Precision Blasting, Jianghan University

⁰