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摘要：在建筑科技迅速发展的当代，地上建筑结构的抗震理论日益成熟，相比之下地下建筑结构抗震的研究相对滞后，也逐渐有人关注和深入研究地下建筑结构的地震效应，对此领域也出现了仁者见仁智者见智的百家争鸣之态，每种理论都有各自的立足点，当然也不乏不足之处待以完善。本文就当下几种地下建筑结构抗震的分析办法进行阐述和总结，希望可以带动更多的人对地下建筑结构的抗震分析引发更深的思考。
关键词：抗震；地下建筑；周围土体
随着我国经济的迅速发展，地下结构工程也逐渐步入正轨，形成一套严密的体系。一般来说，地下建筑结构能避开地面结构的一些缺陷，例如外界环境影响减弱，建筑的刚度也较大，这并不意味着地下结构工程可以永远避免地震等意外的发生，并且由于目前国内对于地下建筑结构实用抗震策略研究的层次较浅或者说研究成果较少，一旦发生地震，那么地下建筑将会受到巨大破坏，并且在灾后也不能给出及时的补救办法，造成更大的财力人力损失。
因此，我们需要加强对这方面的研究，使地下建筑结构抗震的研究速度能够跟上地下建筑工程的发展速度。本文首先分析了近年来国内外抗震分析办法的发展并对具体的方法做出阐释，同时研究了地下结构工程抗震反应的特点，结合这两方面的内容，笔者提出了一些自己的想法，以期推进我国地下建筑结构实用抗震研究进程献。
1.地下建筑结构工程地震特性
地震发生时，地下结构显示出来的特性主要有以下几点：首先，地下建筑结构的振动应变和地震的加速度联系较小；其二，周围地基的约束会对结构的振动产生很大影响，反之，地下建筑的振动对周围地基的影响较小；其三，地震发生时，地面建筑结构的各点相位差别不大，但是地下建筑结构的各点相位差别就会比较明显；其四，虽然地下建筑结构和地面建筑结构和周围地基的相互作用都会严重影响其动力反应，但是具体程度和方式都是不尽相同的；最后，地震波的入射方向也会影响结构的变化，即使入射方向只改变一点，但对于地下建筑结构来说，其应力会有很大改变，变形严重。
2.地下建筑结构工程抗震分析方法
上文提到，目前国内关于地下建筑结构抗震的研究还不是很到位，因此，相较而言，地面建筑结构的抗震理论更为丰富，而地下建筑结构的抗震分析办法也是基于此提出来的。在二十世纪五十年代之前，我们计算地下建筑结构的作用力时一般运用静力理论，而在六十年代，有部分国家采用弹性理论来计算作用力。此后关于地下结构抗震分析又有新的发现，接下来就对这些分析办法做出一定阐述。
2.1地震系数法
地震系数法是大森房吉在1899年提出来的一种分析方法，它以静力理论为基础，但是很明显，地震系数法对地下建筑结构的动力响应规律认识不是很到位，没能较清楚地分析出地下建筑结构与地面建筑结构在面对地震时的不同反应特点，认为地下建筑结构和地面一样都会受到惯性力的作用，并且将惯性力作为地下建筑结构受力的主要组成部分。因为理论上的失误，我国早期采用地震系数法来进行抗震设计的隧道，经过一定时间的使用，都出现了很大程度的损坏，尤其是成昆线、成渝线等线路，在汶川大地震后都出现了大问题。
2.2等效侧力法
同样运用到静力理论的还有等效侧力法，它采用静载形式，然后计算结构内力。龚成林认为等效侧力法只能适用于深层地基，因为其土层变形模量较其他地基来说稍固定一些。
2.3自由场变形法
随着国内外学者对地下建筑结构抗震的研究不断深入，地震系数法的弊端也逐渐显露了出来。至二十世纪六十年代，有学者提出发生地震时，地下建筑结构主要是受周围地基的作用力，而不是静力理论所指出的惯性力，基于这个发现，自由场变形法被正式提出。采用这个方法计算地震反应时，和地下结构相对应位置的自由场需要产生变形相同的强制位移。一些地下结构很快采用了这种抗震分析办法，例如八十年代美国洛杉矶的地下铁道。
2.4土-结构相互作用系数法
土-结构相互作用法是目前美国地下建筑结构在进行抗震分析时最常采用的一种方法，它是对自由场变形法的一种突破。自由场变形法虽然解决了惯性力的问题，但它仍然存在一定缺陷，最明显的就是没有看到周围土体的变形与结构的变形并不一致。这种抗震分析理论运用的前提是要假设这两者的变形一致，但是实际上，地下建筑结构的刚度远远比周围土体的刚度大，因此周围土体变形会受到地下建筑结构的影响。为了改善这一状况，Penzier等学者研究了地震时，地下结构变形和周围土体变形相协调的地震观，并基于此提出了土-结构相互作用系数法，又叫柔度系数法。
2.5反应位移法
国内外学者在这个阶段明显意识到地面建筑结构和地下的不同，他们通过地震灾害调查、实验研究验证和理论指导相结合等办法探究了地下建筑结构的动力反应规律，发现地下结构在地震的作用下会对周围地基产生影响，地下结构的运动方向、运动速度和运动位置会和土体运动同步。由此，日本学者认为周围土体的变形会对地下建筑结构的地震反应产生决定性影响，对于地下建筑结构刚度和周围土体刚度不一致的问题，他们采用了地基弹簧定量来体现两者之间的相互作用力。最终，在多方面考虑结构与周围土体关系后，日本学者提出了反应位移法。
3.结束语
上面提到的五种抗震分析办法以地震灾害对地下建筑结构的影响调查为基础，并且都包含一定的假设或推理成分，因此这些方法在很大程度上不能完全契合实际的地下建筑结构的动力反应特点。此外，周围土体和地下结构之间的作用力也给计算的精准度带来了很大的影响。比如说，地震系数法不仅缺乏正确的认识，而且形式较为简单，方法太过简单就会使计算产生误差。再例如自由场变形法虽然认识到了土层变形的重要性，在认识上有了一定进步，但是自由场变形不能完全等同于地下结构变形，两者之间还是存在差异的，一旦忽视了这种差异，也会造成计算的失误。
但是，总的来说，虽然他们目前的种种抗震分析办法还存在一定的不足，但是随着国内外学者对地下结构的研究的不断深入，地下建筑结构抗震分析方法还是会日趋完善的，我们也有理由相信未来地下结构抗震会到达一个新的高度。
参考文献：
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