2025年11月13日，建研地基基础工程有限责任公司科技与战略发展研究中心副主任秋仁东在深圳核博会核电数字·生态·科技论坛，筑牢工程质量基石 助力核电安全运维专题环节发表《地基基础与地下空间结构抗震设计关键技术研究》主旨报告。
报告围绕地基基础与地下空间结构的抗震设计关键技术展开，说明抗震问题既包括上部结构惯性相互作用，也包括土体运动与基础之间的相互作用。报告介绍了中国建筑科学研究院在大比例尺模型试验、振动台、数值分析软件和工程应用方面的基础，并通过冷却塔、核岛、LNG储罐、超高层桩基础、基坑和风电基础等案例展示相关技术应用。
关键点
1. 抗震问题的来源（00:44）
建筑和土木工程抗震既有结构方面的需求，也有岩土工程方面的需求。报告将破坏机理概括为上部结构质量引起的惯性相互作用破坏，以及土体运动对地基基础产生剪切作用的运动相互作用破坏。
2. 报告内容框架（01:53）
报告主要分为三部分：介绍中国建筑科学研究院及地基所在该领域的工作基础，展示相关工程案例，并提出与同行开展合作和研究的展望。
3. 试验与科研基础（02:16）
团队具备大比例尺模型试验能力，拥有国内较大的模型试验槽、两台振动台以及多套动静强度试验设备，并在振动台模拟、现场拟静力水平试验、砂土、淤泥、软弱夹层、嵌岩桩和高承台等桩基础地震响应研究方面积累了成果和经验。
4. 振动台与层状剪切箱试验能力（03:25）
两台振动台分别配套不同尺寸模型箱，可在箱内填土并设置基础模型，开展动力加载、监测和损伤分析。层状剪切箱的钢框架可分层产生位移，用于模拟地震条件下土体剪切变形。
5. 数值分析与软件工具（04:33）
团队使用多种数值分析手段，包括适合土体模拟的软件、PKPM与SAUSAGE进行结构和地基基础共同作用分析，以及Abaqus二次开发、ANSYS和自主研发的基坑设计、桩基础动力分析相关软件。
6. 大尺度场地与构筑物地震反应分析（05:11）
报告展示了尺度可达约两百米乘两百米的场地与构筑物地震反应分析，用于更好研究边界对构筑物地震波透射和反射的影响。
7. 典型工程案例范围（06:07）
报告列举了多个应用方向，包括LNG储罐地基基础抗震设计、核岛厂房地基基础抗震设计、冷却塔在风和地震联合作用下的基础问题、基坑与边坡抗震、以及超高层建筑桩基础抗震设计。
8. 超高冷却塔基础抗震设计案例（07:25）
一个228米高冷却塔项目面临较高地震烈度、较差场地、风荷载、温度作用和浅地下水等复杂条件。团队通过桩基础复杂分析和地基—桩基础—结构共同作用分析，综合考虑恒载、地震力、风荷载、温度和覆土重量，完成设计与建设服务；该塔于2024年底获得吉尼斯纪录，成为已建成的世界最高冷却塔。
9. 核岛地基基础抗震设计挑战（08:59）
核岛对地基承载力和变形控制要求高，且需考虑万年一遇地震工况。由于较好基岩场地逐渐减少，一些核电站可能需要在砂土或基岩埋深较深的场地建设，带来采用桩基础传递荷载还是深挖至基岩再建核岛的工程选择问题。
10. 深埋基岩核岛项目分析（10:23）
某项目基岩埋深大于50米，浅部难以找到基岩，同时对地基动承载力要求较高，因此需要考虑采用桩基础。中国建筑科学研究院承担了桩基础方案和地基处理方案在核岛应用中的分析工作，并完成相关委托。
11. LNG储罐抗震安全重要性（11:20）
LNG储罐通常建设在海边，存在地上、半埋、全埋等多种形式。由于LNG由天然气低温液化而成，能量密度高，报告指出一立方米LNG能量相当于5.43吨TNT，27万立方米LNG罐相当于73个广岛原子弹的能量，因此其地震和复杂工况下安全性非常重要。
12. LNG储罐地基、结构与液体相互作用分析（13:13）
LNG储罐抗震分析不仅要考虑地震工况下地基、基础和结构的常规作用，还要考虑结构与液体之间的相互作用。报告通过层状剪切箱振动台试验和复杂计算，实现地基、基础、结构和液体四个因素的相互作用分析，并认为这是较有突破性的进展。
13. 超高层桩基础抗震设计思路（14:55）
超高层建筑桩基础抗震可将上部结构竖向力、水平地震或风荷载、基底弯矩及侧向土压力、桩基础抗力等作用与抗力统一简化分析。关键问题是桩基础在位移增大时地基刚度会降低，因此计算中需要考虑不同位移条件下地基刚度和抗力变化。
14. 桩基础抗震软件与性能目标（16:32）
中国建筑科学研究院地基所开发了针对桩基础地震设计工况的软件，可同时开展小震、中震和大震工况设计。报告指出地基基础埋于地下，震后难以修复，因此上部结构“小震不坏、中震可修、大震不倒”的目标不能简单套用，地基基础和地下空间结构需要更高或更合适的性能化设计目标。
15. 深基坑抗震设计案例（18:31）
报告以解放军301医院约30米深基坑为例说明，虽然基坑通常是临时工程，但在周边有门诊楼、医疗楼、病房楼和北京地铁一号线等重要环境时，需要保证地震下安全，因此该项目进行了基坑抗震设计。
16. 基坑抗震设计方法简化（20:36）
常规情况下基坑土压力呈正三角形分布，地震来临时周边建筑自重产生水平惯性力并作用于基坑顶部，使受力形式转为倒梯形。基于这一简化，团队在现有规范体系和性能化设计基础上给出了土体重度、强度等参数取值方法，并使既有商业基坑设计软件可用于支护结构抗震设计。
17. 风电基础设计与评估工作（21:37）
团队在风电领域开发了计算方法和软件，可用于多遇地震、海域地震、正常运行工况和极端运行工况下的地基基础设计。后续案例中，团队还为中东资方收购国内风电和光伏项目进行前期调查，评估高地下水位等条件下风电基础漏水、裂缝、耐久性和结构安全寿命。
18. 合作方向展望（22:05）
报告提出希望在建筑桩基抗震设计、地下空间结构抗震性能化、液化大变形场地技术与抗震性能化等方面与同行展开合作和研究。
时间线
00:00 - 主持人介绍报告题目和报告人，随后报告人致意并开始分享地基基础与地下空间结构抗震设计关键技术。
00:44 - 报告首先说明问题来源，从结构抗震和岩土抗震两方面解释地震作用下基础破坏的主要机理，并引出后续内容框架。
01:53 - 报告介绍团队的工作基础，包括大比例尺模型试验、振动台设备、层状剪切箱、动力试验设备、既有科研成果以及数值分析工具。
05:11 - 报告展示大尺度场地与构筑物地震反应分析，并过渡到若干工程案例，说明相关技术在不同重大工程中的应用场景。
07:25 - 报告依次讲解高冷却塔和核岛地基基础案例，重点突出复杂荷载、浅地下水、深埋基岩和高安全要求下的基础抗震设计问题。
11:20 - 报告介绍LNG储罐抗震分析，说明其高能量密度带来的安全重要性，并展示振动台试验和地基—基础—结构—液体相互作用分析。
14:55 - 报告转入超高层建筑桩基础抗震设计，讨论作用与抗力简化、不同位移下地基刚度变化、软件开发以及地基基础性能化目标。
18:31 - 报告通过301医院深基坑案例说明特殊重要环境下临时基坑也需要考虑抗震，并进一步介绍基坑土压力在地震作用下的简化设计方法。
21:37 - 报告补充风电基础相关计算方法、软件和正在实施的项目，讨论风电基础裂缝、漏水、耐久性和收购评估中的技术判断。
25:27 - 报告结束，报告人致谢并提供微信联系方式供感兴趣的听众交流。
AI 延伸阅读(下文由AI生成，其内容可能存在偏差，请注意甄别)：
建研地基基础工程有限责任公司系统阐释地基基础与地下空间结构抗震设计关键技术
建研地基基础工程有限责任公司科技与战略发展研究中心副主任秋仁东围绕“地基基础与地下空间结构抗震设计关键技术研究”作专题分享，报告从土木工程抗震中的两类核心问题切入：一类是上部结构在地震中因自身质量产生惯性力，进而引发结构与基础体系破坏；另一类是地震作用下土体运动对基础产生剪切和变形作用，导致土体、地基与基础之间发生复杂相互作用。报告以中国建筑科学研究院及地基所在试验、计算、软件和工程实践方面的积累为基础，结合冷却塔、核岛、LNG储罐、超高层建筑、基坑边坡和风电基础等典型案例，系统展示了地基基础与地下空间抗震研究的技术路线和应用前景。
在科研平台方面，地基所已形成较完备的试验与分析能力。其大型模型试验槽可开展大比例尺乃至足尺地基基础模型试验，两套振动台能够模拟地震作用下地基、基础与上部结构的动力响应，层状剪切模型箱则可通过分层钢框架的相对位移再现土体地震剪切变形过程。配合共振柱、动三轴、静三轴、固结仪等设备，研究团队能够获取土体动力、强度、变形和固结等关键参数，为抗震设计提供可靠试验依据。在数值分析方面，团队可综合运用PLAXIS、Abaqus二次开发、ANSYS、PKPM及自主研发的基坑设计和桩基础动力分析软件，开展场地—地基—基础—结构共同作用分析，并可针对约200米×200米尺度的场地与构筑物地震反应进行模拟，重点研究边界条件、地震波传播、反射透射及结构响应之间的关系。
报告展示的228米高空冷塔工程，是地基基础抗震设计综合能力的重要体现。该工程处于较高地震烈度区，地震加速度约0.2g，反应谱特征周期约0.55秒，同时面临场地条件较差、地下水浅、温差大以及风荷载和温度作用复杂等问题。针对高塔结构对基础受力与变形控制要求高的特点，团队开展了地基—桩基础—结构共同作用分析，将恒荷载、地震力、风荷载、温度作用和覆土重量等因素纳入统一计算框架。该项目于2024年底获得吉尼斯纪录，成为已建成世界最高空冷塔，也体现了复杂荷载条件下大型构筑物地基基础抗震设计的工程价值。
在核岛地基基础抗震设计方面，报告指出核电工程对承载力、变形控制和抗震安全具有极高要求，需考虑万年一遇地震等极端工况。随着沿海优质基岩场地日益稀缺，部分核电项目面临基岩埋深较大的现实问题，核岛是否必须直接建于基岩上，或能否通过桩基础传递荷载，成为关键技术决策。针对基岩埋深超过50米、浅部无法找到基岩的场地条件，研究团队围绕桩基础方案与地基处理方案开展对比分析，重点评估静承载力、动承载力和地震响应，为核电系统相关委托项目提供了地基基础抗震技术支撑。
LNG储罐工程则体现了能源基础设施抗震安全的特殊性。LNG储罐多位于港口或海边，形式包括地上式、半埋式、全埋式和地下式。由于液化天然气能量密度极高，大型储罐一旦在地震中发生破坏，将带来严重安全风险。报告强调，LNG储罐抗震设计不能只关注单一结构本体，而应考虑地基、基础、结构和液体之间的复杂耦合作用。团队利用层状剪切模型箱开展振动台试验，建立了地基—基础—结构—液体四因素相互作用分析方法，可对复杂地震工况下储罐抗震性能进行评估，为高风险能源设施的安全设计提供了重要技术手段。
针对超高层建筑桩基础抗震设计，报告提出应重视桩基础承载力与土体刚度的非线性特征。随着荷载和位移增大，土体抗力参数会发生变化，地基刚度即m值也会逐步降低，因此不能用单一线性参数覆盖所有地震工况。研究团队通过专用程序实现小震、中震、大震下的桩基础分析设计，并指出上部结构常采用的“小震不坏、中震可修、大震不倒”目标不宜简单套用于地基基础。由于基础埋置地下，震后检查和修复难度较大，地基基础更应提高中震和大震下的性能要求，例如向“小震不坏、中震也不坏”的目标靠近。同时，地震作用具有方向性，对于矩形建筑，应分别考虑长边和短边方向的地基与桩基础抗力。
基坑工程通常被视为临时工程，传统设计中抗震要求相对弱化，但对于医院、核电边坡等高安全等级项目，基坑在地震中的安全仍需重点关注。报告以三零一医院深基坑为例，该基坑开挖深度约30米，周边紧邻门诊楼、医疗楼、病房楼、康馨大厦等既有建筑，并临近北京地铁一号线，安全控制要求极高。地震作用下，周边建筑自重产生的水平惯性力会传递至基坑顶部，使土压力分布由常规正三角形可能转变为倒梯形，从而显著改变支护结构受力状态。团队基于现有规范体系提出基坑抗震设计方法，并通过性能化设计确定土体重度、强度等参数，结合商业基坑设计软件实现工程化应用。
在风电基础安全评估与抗震设计方面，报告介绍了团队面向陆域地震、海域地震、正常运行和极端运行等工况开展基础设计和安全评价的能力。随着海外资本参与国内风电场和光伏电厂收购，工程技术尽调越来越强调既有设施的质量、耐久性和剩余寿命判断。针对地下水位较高、设计施工防水不足或水位变化引发的漏水、裂缝等病害，尤其是高强预应力线附近轴线部位裂缝问题，研究团队从力学、物理、化学等底层逻辑分析裂缝、腐蚀和水位条件对结构安全寿命的影响，为国际投资方技术审查提供可解释、可量化的工程论证。
报告进一步梳理了地基基础与地下空间结构抗震设计的关键技术路线。核心在于建立地基—基础—结构共同作用分析体系，把恒荷载、风荷载、地震荷载、温度作用、地下水和覆土重量等因素纳入统一分析，并充分考虑土体非线性、基础抗力退化和结构动力响应。对于核电、医院、LNG储罐、大型能源设施等高安全等级工程，应采用抗震性能化设计方法，根据工程重要性调整小震、中震和大震下的控制目标，综合试验、数值模拟和工程经验确定设计参数。对于液化、大变形等复杂场地，则应重点研究地震后残余变形、基础变形控制和地下空间结构受力响应，推动模型试验与数值模拟联合应用。
面向后续合作，报告提出可在建筑桩基抗震设计、地下空间结构抗震性能化、液化大变形场地抗震技术以及能源基础设施安全评估等方向深化研究。合作重点包括桩基础非线性抗力分析、多方向地震作用下桩基设计、中震和大震下基础性能目标研究，地下结构与土体相互作用、基坑边坡和地下构筑物抗震设计方法，以及LNG储罐、核电、风电等设施在极端工况下的安全冗余与耐久性评估。这些研究方向不仅服务于重大工程建设，也将为既有基础设施安全运营、国际投资技术审查和复杂场地抗震设计提供更加系统的技术支撑。
