地下基础设施在交通、能源和公共服务体系中意义重大。然而伴随城市化与现代化进程加快,这些设施面临多种自然与人为灾害的叠加威胁,如地震、爆破、老化腐蚀及蠕变变形。不同灾害可能连续或同时发生,形成复合作用,加剧结构损伤和功能丧失,显著提高修复难度和成本。当前,如何在全寿命周期内量化评估地下设施的韧性,科学预测灾后恢复能力与时间,仍是亟需攻克的技术难题。
研究提出一种统一的全寿命周期韧性评估方法,将突发灾害与长期劣化过程相结合,通过数值模拟系统呈现地下隧道的功能演化与修复过程。研究首先基于隧道设计、施工工艺、支护参数及地质条件,建立多工况下的三维数值模型,模拟不同施工方法对初始性能的影响;再叠加地震、爆破等短期灾害以及蠕变、老化等长期劣化因素,量化各阶段功能衰退。结果显示:施工扰动对后期性能具有持续影响,老化与蠕变导致功能缓慢下降,地震和爆破则在短期内引起急剧损伤。灾害累积效应显著,功能恢复依赖修复策略的及时性和有效性。研究通过模拟多种修复措施,评估功能恢复速率与耗时,并基于功能恢复曲线计算无量纲韧性指数,量化不同情景下的恢复能力。
该研究构建了一个涵盖施工扰动、劣化灾害、突发事件及修复过程的动态韧性评估框架,突破了传统静态或线性叠加的局限。通过全寿命周期视角,明确了灾害累积与修复延迟对功能的深远影响,为地下基础设施防灾减灾提供了科学依据和量化工具。方法具有高度灵活性和可扩展性,可支持不同地区和工程的定制化评估,为制定优化设计、提前修复和资源配置策略奠定了坚实基础。相关研究成果发表于《Tunnelling
and Underground Space Technology》[1]。
[1] Modelling and Assessing Lifetime Resilience of Underground
Infrastructure to Multiple Hazards: Toward a Unified Approach