土一结构相互作用对煤矿采动损伤建筑的抗震性能影响分析摘要：为了探讨土一结构相互作用对煤矿采动损伤建筑地震动力破坏的影响，基于损伤力学和能量耗散理论，研究采动区土一基础一上部结构的协同作用，通过建立考虑土一结构相互作用的煤矿采动损伤建筑的动力学方程，重点分析了煤矿采动损害影响下的建筑物地震动力灾变演化过程。计算结果表明：土一结构的相互作用对煤矿采动建筑的地震动力响应影响较大，不考虑土一结构相互作用是偏于安全的；煤矿采动作用明显改变了建筑物的结构动力特性，建筑结构的薄弱层位置改变明显、塑性铰和层损伤分布规律发生改变，严重降低了建筑物的抗震性能，对于煤矿采动区建筑应当开展安全损伤评估工作，以保证矿区工程建设的安全性和可靠性。关键词：土一结构相互作用；损伤力学；抗震性能；煤矿采动；地震动力；安全评估：T0352文献标识码：A：1000-0666（2015）02-0272-080引言我国拥有丰富的煤炭资源，煤炭资源位居世界首列。对地下的煤炭资源进行开采，采出空间周围的岩层失去支撑而逐渐向采空区内移动，导致上覆岩层原有的应力平衡状态被破坏，采动区的岩层发生应力重分布现象，采动区周围的岩体会发生移动变形、弯曲等破坏现象，导致地表发生沉陷破坏现象，进而对建筑物造成严重的损坏。我国80%以上的矿区位于地震多发带，采动区建筑物除了要承受开采沉陷的影响，还要承受地震灾害的影响（刘书贤等，2013）。因此，开展地震作用下的煤矿采动损伤建筑的抗震性能的研究工作非常有必要。随着对煤矿采动建筑保护工作研究的不断深入，取得了丰硕的研究成果。周长海（2011）从不均匀沉降对建筑物的危害性冉发，以刚性地基假设条件，建立了层间高层钢筋混凝土框架结构模型，重点研究了沉降与地震耦合作用下结构构件的内力分布和变化规律；夏军武等（2007）建立了地基一独立基础一框架结构共同作用的理论计算模型，揭示了地表变形对建筑物附加变形和附加内力的关系；刘书贤等（2011）在分析地震作用下采动区建筑物抗震能力的基础上，提出了基于建筑隔震技术的的抗开采沉陷隔震保护装置。以上研究对于地震作用下煤矿采动损伤建筑的研究人多是以刚性地基为假设的，忽略了土一结构相互作用（简称SSI）对建筑物抗震性能的影响。考虑土结构相互作用后，地基的振动特性将对整个结构体系带来影响，同时土体的滤波效应和耗能改变了地震波的传播途径，对建筑物的动力效应影响较大。王海等（2012）通过研究发现当考虑土一结构的相互作用后，随着土体的剪切波速下降，结构的损伤指数会上升；曹青和张豪（2011）则认为土结构相互作用对风力发电机塔架结构的地震动力响应不容忽视；刘洁平（2009）提出了一种实用的高层建筑土一结构相互作用地震反应整体分析方法，研究了土一结构相互作用对位于厚和深厚地基土层上高层建筑地震反应的影响。笔者针对煤矿采动和地震共同作用下建筑物损伤演化灾变研究的不足，从能量演化和损伤力学的角度分析煤矿采动损伤建筑的灾变演化过程，综合考虑土一结构相互作用对建筑物抗震性能的影响，深入探讨采动、地震对建筑物的不同致灾机理，重点研究了地震作用下考虑土一结构相互作用的煤矿采动损伤建筑的抗震性能。1土一结构相互作用影响下煤矿采动建筑的地震动力学方程考虑到土体非线性对地震波传递的影响以及采动对土层间力学性能和相互作用的影响，土体本构关系采用Drucker-Prager理想弹塑性模型。地震作用下，建立考虑土一结构相互作用影响下建筑物的动力学计算模型如图1所示。根据结构动力学理论（克拉夫，彭津，2006），可以建立考虑土结构相互作用影响下的煤矿采动建筑的地震动力学方程2煤矿采动建筑的地震动力损伤演化分析煤矿采动引起的开采沉陷作用导致建筑物局部构件损伤，当地震发生时建筑物的损伤会加剧，由弹性阶段发展为弹塑性损伤阶段。本文采用牛荻涛和任立杰（1996）改进的钢筋混凝土结构的双参数地震损伤模型，来计算建筑结构的楼层损伤值：2.3建筑结构极限滞回耗能的计算建筑结构的极限耗能是指结构在给定荷载幅值或变形幅值下循环至破坏的累积滞同耗能，具体计算如下（杨佑发，崔波，2004）：3地震作用下考虑土一...