作为现代城市交通的支柱，地铁系统依赖于其车站作为关键的操作枢纽。然而，这些结构，特别是具有内在复杂性的浅埋车站，极易受到地震的威胁。历史上的地震事件，例如1995年日本神户地震中大开站的灾难性破坏，证明了强烈的地面震动会造成严重的破坏，导致大量人员伤亡、经济损失以及城市功能的瘫痪（Iida等人，1996年；Sayed等人，2019年）。大多数大型地铁系统是在过去三十年内建造的，因此尚未经过强地震的考验。因此，研究地铁站的抗震性能对于确保城市韧性至关重要。
历史地震记录表明，大约89%的强地震在短时间内会伴随多次余震，这可能会对已经受到主震影响的结构造成额外的损害（Zhang和Cui，2024年）。值得注意的是，许多余震的震级与主震相当。例如，在1999年9月21日台湾集集地震（M_L 7.3）之后，一小时内发生了五次震级超过M_L 6.0的余震（Wang等人，2004年）。2011年3月11日日本东北地震（M_w 9.0）在三个月内记录了至少80次震级超过M_w 6.0的余震（Kazama和Noda，2012年），而2008年5月12日中国汶川地震（M_s 8.0）在接下来的20天内经历了五次震级超过M_s 6.0的强余震（Yu等人，2016年）。在2015年4月25日尼泊尔地震（M_w 7.8）中，25小时内发生了两次震级分别为M_w 6.7和6.3的显著余震（Sharma等人，2016年）。最近，2023年2月6日土耳其发生了两次毁灭性的双地震（M_w 7.8和7.6），并伴随数百次余震（Aydan等人，2024年）。通常，当一个结构受到主震的某种程度的损坏后，随后的余震可能会在修复之前造成额外的损害，从而增加倒塌或进一步损坏的风险。忽视余震对结构的累积损害效应可能会危及抗震设计和震后救援工作。因此，考虑余震下的结构响应是必要的。
与地表结构相比，地下结构一旦受到地震事件的损坏，会遭受更高的直接和间接损失，而且由于隐蔽的损害和难以修复的挑战而更加严重。大量研究致力于阐明1995年神户地震后地铁站的倒塌机制。振动台试验表明，地铁站结构中的峰值拉伸应变主要集中在侧壁、构件连接处和柱子的末端，从而确定柱子是最脆弱的部件（Chen等人，2015年）。地铁站下层的层间位移始终超过上层，最大弯矩出现在下层柱子的底部（Wu等人，2020年）。此外，随着峰值地面加速度的加剧，地铁站表现出明显的沉降-抬升模式，并由于结构抬升导致侧壁上的动态土压力减小（Wang等人，2022年）。数值模拟进一步表明，当受到垂直和水平地震激励的联合作用时，地下矩形结构的水平变形与仅考虑水平地面运动的情景相比几乎没有差异（Xu等人，2019年）。值得注意的是，地下结构还表现出地震放大效应：大型地铁站倾向于放大长周期剪切波，而小型车站则放大短周期剪切波（Sun等人，2019年）。随着埋深的增加，站内柱子的轴向力增加，破坏模式从高度偏心压缩变为轻微偏心压缩（Chen等人，2021年）。然而，现有的地震分析主要将地震视为单一事件。虽然地下结构被设计为能够承受单一地震事件而不发生灾难性破坏，但它们在随后余震下的动态响应特性和性能演变仍不甚清楚。
关于余震对地下结构抗震性能和损害的影响，对混凝土框架结构在余震下的振动台试验表明，随着余震引起的结构响应与主震引起的结构响应之比的增加，累积损害也会增加（Qiao等人，2022年）。在主震-强余震序列下，中位侧向强度比仅为主震时的要小（Ruiz-Garcia和Ramos-Cruz，2023年）。结构的余震脆弱性在很大程度上取决于主震后的损坏状态。具体来说，主震损坏的结构在余震下的结构损坏和破坏概率会增加（Soureshjani和Lavassani，2023年；Zhong等人，2024年）。值得注意的是，强余震会加剧累积损害，使结构破坏增加多达40%（Zhao等人，2020年），并使结构残余位移增加近78%（Soureshjani和Nouri，2022年）。地震荷载会导致隧道段接头的内部力集中，特别是在脚部和肩部附近变形较大（Shen等人，2022年）。如果这种损害没有及时修复，随后的余震可能会造成严重的额外损害，增加工程需求和地震风险（Rayegani等人，2024年；Zhou等人，2024年）。同样，主震-余震也对管道接头的峰值位移和应力有显著影响，特别是对于高频余震（Ozturk，2025年）。对于受到主震-余震序列影响的地下洞室，残余位移被认为是一个比峰值位移或屈服区体积更合适的损害指标（Chen等人，2025年）。余震在地下结构的抗震性能和累积损害中起着关键作用。然而，关于地下结构在余震下塑性损害的演变以及相应的评估方法，系统性的研究仍然不足。
由于地下结构被土壤包围，它们的地震响应与周围土壤的动态特性密切相关。地震荷载下地震沉降部位的损坏和变形可能导致基础的不均匀变形，从而可能引起周围结构的不稳定和损坏（Mitchell等人，1986年）。地震后，土壤中孔隙水压（EPWP）的持续消散可能会引发进一步的变形（Okamura和Tamamura，2011年）。重要的是，降低的加载频率会加速软土的刚度退化（Wichtmann等人，2013年），而增加的垂直压力则会抑制这种退化（Mortezaie和Vucetic，2013年）。随着土壤-结构柔度比的增加，结构的水平相对变形会单调减小（Xu等人，2019年）。高塑性粘土对地震荷载表现出显著的放大效应。然而，它们会减弱俯冲事件期间地下隧道结构引起的自由场地震响应（Mayoral和Mosqueda，2021年）。随着地铁站周围土壤刚度的增加，加速度的放大因子会减小（Li等人，2021年）。土壤中过量孔隙水压（EPWP）的产生和消散可以改变桩周围的侧向土压力，场地沉降可能会对桩基施加下拉荷载（Sinha等人，2022年）。土壤与站结构之间的刚度比影响地铁站的侧向抗倒塌能力（Chen等人，2024年）。此外，由于地质静应力，土壤颗粒和结构单元表现出固有的各向异性。具体来说，软粘土的各向异性刚度比既依赖于应力也依赖于应变（Gu等人，2022年）。在等效地震荷载下，软粘土样本的剪切模量随着剪切应变的增加而减小（Zhang等人，2025a）。主震期间的震动会松动土壤，降低其强度和完整性。随后的余震会加剧这种恶化。因此，主震-余震序列下软土层的响应值得进一步研究。
总之，关于地下结构在主震-余震序列下的地震响应的现有研究仍然有限。特别是，对于位于地震沉降区的地铁站在余震下的损坏和破坏的理解存在关键空白。本研究调查了余震对主震后损坏的地铁站结构地震响应的影响。开发了一个三维有限元模型，采用了Mod-SANI04模型来模拟地震沉降。利用基于像素的损伤比方法，分析了地铁站在主震-余震序列下的损伤演变。探讨了场地位移模式、EPWP发展、结构抬升和余震下层间位移之间的关系。本研究的结果旨在为城市软土地区地铁站的抗震设计和震后救援提供有价值的参考。
