Zhang, J., Bilotta, E., Sun, Q., & Yuan, Y. (2024). Numerical simulation and parametric analysis on a shallow tunnel in liquefiable ground subject to multiple shakings. Soil Dynamics and Earthquake Engineering, 183：108802

https://doi.org/10.1016/j.soildyn.2024.108802

研究背景

强震作用下可液化场地与地下结构的土-结构动力相互作用机制是目前岩土地震工程领域的热点问题。尽管已有学者针对该问题进行了相关研究，但现有成果一般仅考虑单次地震动对场地和结构的影响。由于场地的液化行为与地震强度、振动持时、应力历史等因素密切相关，因此十分有必要研究多次振动作用下可液化场地内浅埋隧道的土-结构动力相互作用机制及地震响应规律。

研究方法

如图1所示，针对上述问题，本文采用OpenSees有限元程序和PM4Sand本构模型，首先对饱和可液化Hostun Sand场地内浅埋隧道受四次连续振动的离心机试验进行了数值复现。如图2所示，OpenSees数值结果与离心机试验数据高度吻合，模型的有效性得到充分验证。随后，利用经试验验证的数值模型对隧道自重、渗透系数、震动序列等进行了参数分析。

图1离心机试验缩尺物理模型与OpenSees有限元足尺数值模型

图2 离心机试验数据与OpenSees数值结果对比

主要结论

（1）较低的渗透系数会导致超孔隙水压消散较慢，诱发更显著的隧道上浮。然而，当渗透系数极小，由于超孔隙水压转移受阻，隧道并不一定会产生更大的上浮位移。

（2）多次振动对于场地液化行为主要有两种相反的作用。一方面，前序振动会破坏原有稳定的土颗粒结构，导致场地更容易液化；另一方面，多次震动会使场地相对密实度增大，导致场地抗液化能力增强。

（3）重力是隧道抵抗液化上浮的主要因素之一，因此隧道上浮位移与其自重呈负相关性。同时，隧道自重还会显著影响周围土体的有效应力和孔隙水压分布。