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随着经济一体化的快速发展,城市之间的联系愈加紧密,因此城市之间的轨道交通体系得以大力推进,沉管隧道因其适应性强、交通便利、不占航道等独特优势,已在国内多个跨江(海)交通工程中得到应用。沉管隧道多数修建于水域软弱地层中,且耗资巨大,工期长,在运营过程中如果遭遇地震后发生破坏,后果不堪设想,因此有必要研究沉管隧道在地震作用下的反应特征。对于沉管隧道结构抗震研究,模型试验与数值模拟是不可或缺的两种手段,研究不同场地中沉管隧道的地震反应和隧道接头的受力机制从而为沉管隧道抗震设计提供依据是研究所要达到的目标。沉管隧道接头受力机制与抗震设计是研究中的难点,本文主要对沉管隧道在不同场地中的地震反应开展了大型振动台模型试验和接头拟静力试验,完成以下研究工作:1.非饱和与饱和砂土场地沉管隧道振动台模型试验进行了非饱和与饱和砂土场地沉管隧道振动台模型试验,通过对模型场地加速度、土层孔压、频谱和沉管隧道模型加速度、动应变等试验结果分析,对比研究了场地土液化、地震输入方向、上覆水层和柔性接头对沉管隧道结构地震反应规律的影响。2.沉管隧道接头三维数值模拟研究根据沉管隧道特点在ABAQUS计算平台中建立了整体式沉管隧道接头模型及局部放大式沉管隧道接头模型并进行了拟静力数值计算,分析了纯水平剪切荷载作用下沉管隧道接头的受力特点,为沉管隧道接头拟静力试验方案设计提供了依据。通过引入耗能软钢材料,模拟了Q235钢板的塑性变形能力,为沉管隧道接头抗震设计提供了思路。3.整体式沉管隧道接头模型拟静力试验设计了双管段整体式沉管隧道接头模型,进行了水平低周往复加载拟静力试验。分别从沉管隧道整体滞回性能、结构应变、结构承载力和刚度及延性方面进行了分析,实现对沉管隧道整体抗震性能及水平剪力键的受力机制的研究。4.不同轴压下局部沉管隧道接头拟静力试验设计了不同轴压(300KN、6000KN和800KN)作用下局部沉管隧道接头拟静力试验。分别从剪力键的滞回性能、结构应变、承载力、刚度及延性方面对试验数据进行了分析,对比研究了不同轴压下单个剪力键在水平往复加载情况下的力学反应机制。5.耗能减震式局部沉管隧道接头拟静力试验设计了矩形(厚度10mm)、弧形(厚度6mm)两种耗能钢板,每种钢板制作两组,通过将这四组耗能钢板连接与局部沉管隧道接头中,进行水平低周往复加载试验,得到了耗能减震式局部沉管隧道接头的整体抗震性能,并验证了耗能钢板在接头剪力键抗震中实现的可能性。