一.目的及意义

随着城市化进程的加快，越来越多的人涌入城市，使得人们对城市建设的需求和要求越来越高。城市的建设也不再主要依靠地域的扩张，而是逐渐向地下建筑转变。就武汉和上海而言，武汉市占地面积8494.41平方公里，现有人口1091.4万，在面积上是中国大陆仅次于北京的城市；而上海市占地面积6340.5平方公里，却拥有人口2423.78万，上海市在面积小于武汉市的前提下却容纳了武汉俩倍的人口。反观俩市的建设情况，上海市拥有更多的高层建筑和地下建筑，上海市的地铁数量也是武汉市的俩倍多，此外国内的地下变电站等大型地下基础设施也主要集中于上海、北京这样的一线城市。由此可见，随着城市的发展，地下结构将会成为城市建设的重要环节。

随着技术的发展，地下结构不再局限于城市地下轨道交通、地下管线系统以及地下停车场等基础设施，地下变电站、地下污水处理厂等大型工厂也逐渐成为城市建设的主流。将变电站建设在地下不仅可以节省空间，而且可以减少对环境的污染和对周围居民的影响。目前我国的地下变电站主要分布在上海、北京等一线城市。截止2013年，上海地区已建成和正在建设中的地下变电站数量已达50多座，北京地区也有50座之多^[1]。

随着大量地下变电站的建设，为最大限度的利用有限的城市空间资源，在地下变电站上同时开发管理用房已成为趋势，这样就形成了地下结构与地表结构一体化建设的情况，但由于地下结构和地表结构在使用功能上的差异，上下部的柱网尺寸不一致，从而导致地表结构一般为超限结构。因此，对于这类结构体系，在抗震性能保证方面涉及到两个关键环节：一是地下结构与地表结构的相互作用问题；而是地表超限结构的抗震性能问题。目由于相关工程是最近几年才出现，相关研究还很不成熟，因此需开展这方面的研究工作。

二.国内外研究现状

2.1地下结构抗震研究历史及进展

在最初，人们认为“在地震时上部结构所受地震力较大，而地下构造物在地震时随着地基的运动而运动，因而地震对地下结构影响很小”。1995 年以前，就有抗震工程者曾指出: 关于地下结构，虽然迄今为止尚无严重震害事例，但从地上结构受震破坏经验来看，可以设想这类结构今后仍有出现震害的可能，设计时对此应有必要的准备。

在1995 年日本阪神地震中，神户市部分地铁车站和区间隧道受到了不同程度的破坏。其中大开站最为严重，一半以上的中柱完全倒塌，导致顶板倒塌和上覆土层大量沉降，最大沉降量达2.5 m之多。自此之后，人们便增加了对地下结构抗震的重视程度^[2]。

在对大开站地震迫害的研究时，An^[3]等对大开车站进行了二维动力有限元分析，模拟了中柱的破坏，认为主要是中柱的抗剪强度和延性不足导致了破坏，另外，较大的竖向地震作用使得中柱受到的压应力过大，也导致了抗剪强度和延性的降低。此外，周林聪,宫必宁，陈龙珠^[4-6]等通过振动台试验分析得出竖向地震力的参与会使结构内力明显增大。尚昊^[7]等通过大断面地下结构抗震模型试验，指出竖向地震力对中柱的影响特别大。总的来说，大多数学者认为是车站底部和顶部土体的相对位移使得中柱上剪力过大，另一方面竖向地震引起的轴力又导致了中柱抗剪强度和延性的降低，使得中柱破坏，中柱的破坏是水平地震和竖向地震共同作用的结果。