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我国地铁建设正在迅速发展,而高烈度设防区地铁隧道设计中的结构抗震设计与研究,有许多理论与实践亟待解决的问题。结合西安地铁工程实例,利用FLAC3D有限差分软件,研究了地铁隧道埋深、地震波强度、激振方向、衬砌参数、两隧道间距以及地层条件等因素对地铁隧道动力响应规律的影响,主要研究成果有:(1)在分析土动力本构模型的基础上,阐述了有限差分计算理论及非线性动力分析的具体过程,为利用FLAC3D非线性动力分析地震作用下地铁隧道的动力响应规律奠定了基础。(2)依托西安单洞地铁隧道工程实例,分别研究了不同地铁隧道埋深、地震波、激振方向、衬砌厚度和混凝土强度等级等因素对地铁隧道地震响应的影响,得出E3地震波作用下隧道结构峰值位移比E2地震波作用增大了193.33%,最大主应力增大了211.0%,最小主应力增大了107.64%;隧道结构峰值位移随着混凝土强度等级和隧道衬砌厚度的增加而减小,而隧道衬砌结构应力则在逐渐增加;X向激振作用下隧道衬砌结构的位移和应力都相对较大,此方向对隧道结构的抗震最为不利;埋深从1D(D为隧道直径)增加至6D,隧道结构的峰值位移依次减小8.89%、6.43%、2.53%、3.13%和37.33%,但是衬砌结构最大主应力随之增大。(3)以双洞地铁隧道为研究对象,分析了双孔地铁隧道水平净距变化和小导管注浆加固围岩对地铁隧道抗震性能的影响。隧道峰值位移随着两隧道水平间距增大虽有微小的波动,但总的趋势是逐渐减小的,地铁隧道衬砌结构最大主应力也在逐渐降低,在间距为2.5D后趋于平缓;小导管注浆加固围岩后地铁隧道衬砌结构峰值位移相应减小,X和Z向左右洞拱底的峰值位移分别降低了8.36%、2.32%、1.78%、2.53%,衬砌结构最大主应力和最小主应力峰值分别降低1.83%和10.14%,加固围岩有利于地铁隧道的抗震。研究成果为地铁隧道抗震设计提供了一定的参考和依据。