运营期地铁列车振动下软黏土的动力响应及变形研究

为研究软黏土在长期列车振动荷载下的动力响应特征及变形规律,以天津地铁6号线左江道站—梅江风景区站区间为研究背景,采用土体循环移动弹塑性本构模型,选取合理的列车荷载,建立三维有限元模型,揭示隧道周围软黏土的加速度响应和位移响应,并结合实测数据分析隧道周围峰值加速度的衰减规律。研究表明:在隧道径向上平均峰值加速度呈非线性迅速衰减,列车振动对软黏土的影响范围为2.5倍隧道直径;列车振动对隧道周围环境的影响主要以竖向振动为主,地层变形空间分布形式与加速度响应规律一致;列车振动荷载加载初期,土体的变形增速较快,随着时间的增加,振动引起的土层变形趋于稳定。研究成果可为运营期地铁隧道的环境监测和地层变形评价提供有益参考。     

地铁引起大地振动的有限元分析

运用大型有限元软件ANSYS建立了地铁隧道动力分析模型,分析了带桩基础的隧道结构、隧道埋深及大地参数对地铁引起大地振动响应的影响。计算结果表明:底部带桩基础的隧道结构对地面振动有明显的减振效果,桩基础越长,减振效果越好;隧道埋深对地铁引起大地振动有较大影响,地面振动强度随埋深的增加而减小;大地土层参数对地面振动的影响与激振频率有关。     

石家庄地铁某标段列车振动影响预测研究

采用Midas GTS软件建立三维轨道—隧道—土体结构的有限元模型,用移动荷载模拟地铁列车运行,研究了石家庄地铁1号线北宋站至谈固区间的列车振动传播规律,对其进行一定程度的振动预测,评价其对建筑物造成的影响。结果表明:(1)单双线运行对岩土及周围建筑物振动影响区别不大。(2)地铁振动传播主要以垂直方向为主,该方向上传播衰减较快,加速度变化程度最大。(3)列车无论单双线运行时,附近地面建筑物处产生的最大噪声均大于我国标准要求的65dB,建议采取一定措施减振降噪。     

水平成层场地动力特性研究

为了探究地震波作用下水平成层场地的动力响应特征,设计并开展了水平成层场地的大型振动台模型试验,并基于希尔伯特-黄变换对水平成层场地在时域和频域的响应进行了研究.研究结果表明:地震波在水平成层场地内自下而上传播过程中被放大,场地表层碎石土层对地震波的放大效应强于下覆软岩层和硬岩层,碎石土层加速度放大系数达到5.94;地震波从硬岩层传入软岩层时,高频成分（27~40 Hz）被吸收,低频成分（0~22 Hz）被放大,地震波从软岩层传入碎石土层时,7~27 Hz频段进一步被放大,同时,碎石土层内的地震波表现出双卓越周期特性;反应谱峰值随着输入地震波幅值的增大而增大;软岩地层在反应谱周期T0.3 s部分表现出衰减效应,在周期T0.3 s 部分,自下而上3个地层的反应谱表现出放大效应;碎石土层/软岩层分界面对地震波能量具有一定的聚集和放大作用;软岩层/硬岩层分界面对地震波的能量仅仅表现为聚集作用;在碎石土层内,地震波的能量被放大,Hilbert能量谱由单峰发展为三峰,峰值在时间轴上向坐标轴正方向发散,在频率轴上由低频向高频移动.      

下沉式地铁车辆段咽喉区车致振动特性

采用触发采集方式现场实测了某下沉式地铁车辆段咽喉区钢轨、道床、地面、楼板及盖板的振动加速度, 采用插入损失、1/3倍频谱、Z振级曲线拟合等方法分析了现场实测数据, 进而分析了下沉式地铁车辆段咽喉区的振源特性与地铁振动沿盖板和不同层楼板的传播规律。分析结果表明: 在频域上, 钢轨比道床振动频带更宽, 没有明显的主频段, 其振动分布在800 Hz以内, 道床则有明显的主频段, 主要分布在80~200 Hz; 下沉式地铁车辆段地下1、2层钢轨至道床振动衰减幅度分别约为29.9、10.4 dB; 列车引起盖板的振动响应随测点与行车轨道中心线距离的增大呈线性衰减规律, 其线性衰减率约为0.2 dB·m-1; 由于边墙对振动的反射与折射, 振动传至盖板端部时出现局部放大现象; 列车无论在地铁车辆段端部还是在中间股道行车, 随着测点与行车轨道中心线距离的增大, 车辆段盖板振级在2.5、5.0 Hz低频处基本不变, 在10 Hz处衰减缓慢, 在25、40、80 Hz中高频处衰减明显; 列车在地下1、2层行车时诱发的振动的向上传播呈逐层衰减规律, 列车在地下1层行车引起的盖板振动比其在地下2层行车时大约16.1 dB; 下沉式地铁车辆段咽喉区轨道接头多、道岔多的特点导致该区域盖板车致振动响应突出, 需重点对该区域进行减振设计。      

双层车辆段运用库环境振动特性实测分析

现场实测某地铁典型双层车辆段运用库道床、柱子和盖板的振动加速度，分析运用库振源特性及其传递衰减规律。结果表明：列车分别通过一层和二层时各道床和柱子的振动相差不大，但一层道床-柱子的振动衰减相对较大；运用库盖板振动的卓越频率主要集中在30～80 Hz，靠近板中的测点振动响应大于盖板端部测点;列车在运用库二层行车比一层行车引起上方盖板的振动响应大，若进行上盖开发应当考虑对运用库二层进行减振设计；无论是一层行车还是二层行车，振动由道床传至柱子时全频段均在衰减，且振动能量中的低频部分容易引起盖板的共振。     

地铁列车引起的地面振动

为了研究地铁列车引起的地面振动,将轨道、隧道结构和列车荷载简化后建立三维有限元动力分析模型,列车按8节车辆编组,以80km／h的速度运行．计算了列车引起的地面振动,以分析隧道地基弹性模量和隧道埋深对地面振动响应的影响,结果表明：列车通过时,地面的竖向振动普遍比横向振动大;在靠近线路中心的区域,竖向振动随到线路距离的增加很快衰减;地面的横向振动有时比竖向的大,计算时不应忽略;地面振动强度和传播范围随地基弹性模量和埋深增加而减小。     

轨道平顺性与土动力特性对地铁隧道振动的影响

为精确计算列车动荷载作用下软土地铁盾构隧道频域振动响应,考虑地基动刚度随应变频响的非线性变化,建立了车辆/轨道/隧道/软土地基的垂向耦合动力学模型,研究了不同轨道平顺等级下软土动刚度随应变频响非线性变化对地铁盾构隧道随机振动的影响规律.研究结果表明:随着轨道平顺性的恶化,地基动刚度随应变频响非线性的变化将引起地铁盾构隧道各频段内的振动加速度级出现明显的非均匀变化;轨道不平顺恶化后,软土地基动刚度的非线性将改变地铁盾构隧道频域振动幅值大小,且其对应频率会出现约有0.2 Hz的偏移,致使地铁盾构隧道频域振动能量出现重分布现象.      

基于瞬态边界元法的箱梁声辐射

为进一步开展桥梁结构噪声的研究,基于有限元-瞬态边界元法理论,对铁路32 m简支箱梁桥进行了时域振动响应及声辐射特性分析.首先,利用有限元软件ANSYS建立轨道-桥梁有限元模型;然后,运用车-线-桥仿真程序(TTBSIM),仿真计算得到轮轨相互作用力,并作为有限元模型的外部激励进行了列车动荷载作用下桥梁的时域振动响应分析;最后,以桥梁振动响应为边界条件,利用声学边界元软件Sysnoise研究分析了由列车动荷载引起的桥梁瞬态辐射噪声,并将测点声压计算值与实测值进行了对比验证.研究结果表明,200 km/h高速列车作用下桥面板振动级明显大于桥底板和桥梁腹板,桥梁主要噪声辐射部位为桥面板;桥梁结构噪声主要集中于低频段;随距离增加,噪声幅值逐渐减小,且高频噪声衰减速度明显快于低频噪声.      

地铁运营下钢弹簧浮置板轨道减振分析

计算模型分为两个部分,列车荷载通过多体动力学软件SIMPACK求得.然后,以有限元软件ANSYS为平台,建立了轨道-隧道-大地三维有限元模型.通过谐响应稳态扫频技术,从频域角度分析定点谐荷载下钢弹簧浮置板轨道引起的大地振动;通过瞬态分析,从时域分析列车荷载下引起的大地振动.结论表明:从频域角度来看,钢弹簧浮置板在接近自身固有频率处会引发地面共振,但影响范围不大;对于中高频有着很好的减振效果.从时域的角度来看,钢弹簧浮置板对应的地表振动远小于整体道床,转频域后其轨道振动分布可按谐响应计算结果解释.     

南京地铁小净距隧道爆破振动控制技术研究

对南京地铁苜蓿园站~小卫街站区间小净距隧道安全施工技术进行研究,包括振动参数选取、爆破动力响应数值分析、爆破振动监控量测技术。采用降低循环进尺、分部开挖、增设周边减振眼及严格控制药量等措施,有效地控制了爆破振动强度,保证了隧道的安全施工。说明所采取的爆破振动控制技术是成功的,为同类工程提供有益的借鉴。     

地铁双线隧道施工人工冻结水热力数值分析

为了准确分析地铁隧道人工冻结施工过程中的热力学状况,考虑水分迁移和冰水相变耦合影响以及水泥水化热的生成,采用热蠕变本构建立了地铁隧道人工冻结施工的水热力耦合分析模型.对广州地铁某双线隧道施工过程中的热力状况进行了数值模拟,同时应用人工冻土的长期强度对冻结壁安全性进行了评估.分析结果表明:在地铁冻结法施工时,最大主应力沿着冻结管呈环形分布,并且管周围的应力明显偏高;开挖对环形应力场的影响不大,而且与其他施工方法不同,人工冻结法施工引起的地表沉降并不随开挖断面的逐渐扩大而增大,整个施工过程中的最大地表沉量仅为9.1 mm,因而人工冻结法施工能有效地控制地表沉降量.     

双振源激励下地铁车辆段上盖建筑物振动特性

以广州某地铁车辆段为研究对象, 实测了试车线与库内检修线引起地面振动的加速度, 分析了两类振源的衰减规律与差异; 建立了车辆段上盖建筑物有限元模型, 将实测地面振动数据采用大质量法进行多点激励, 分析了双振源激励对上盖建筑物楼板振动的影响。研究结果表明: 列车通过时, 试车线地面振动主要频率为60~80 Hz, 检修线主要频率为20~40 Hz; 试车线荷载振源强度大于检修线, 约为6 dB; 试车线振动衰减率约为1.07 dB·m-1, 检修线振动衰减率约为1.69 dB·m-1, 说明检修线引起地面振动强度的衰减速度比试车线更快; 与非一致激励相比, 一致激励对上盖建筑物楼板10 Hz以下振动影响显著, 各层加速度级在2.5 Hz处存在明显峰值, 这与建筑物楼板的固有频率有关; 试车线荷载激励下, 底层楼板振动主要频率范围为40~60 Hz, 顶层出现在20~40 Hz, 峰值中心频率集中在40.0 Hz处; 检修线荷载激励下, 各层楼板振动主要频率范围为0~40 Hz, 峰值中心频率集中在31.5 Hz处; 对比单一振源激励, 双振源激励使建筑物楼板Z振级增加了0~3.5 dB, 这在地铁车辆段上盖建筑物的环境振动评价中应充分重视。      

地铁循环荷载作用下隧道周边软黏土动力响应特性研究

以上海地铁9号线为工程背景,在现场实测的基础上,采用计算程序DBLEAVES对地铁循环荷载作用下隧道周边软黏土的动力响应特性进行了研究。研究表明:在地铁循环荷载作用下,隧道周边软黏土的沉降规律为绕隧道向外弧形扩散,沉降值越来越小,直至影响范围边界,地表沉降呈沉降槽形式发展;最大沉降发生在隧道正下方,通过拟合得出土体的最终沉降量为19.8 mm;加速度响应方面,其空间分布形式同沉降规律,隧道右下方土体内的加速度及其衰减速度均略大于右上方土体;在循环荷载加载初期,土体内的超孔隙水压力上升很快,几乎呈线性发展;随着循环次数的增加,逐渐趋于稳定并向边界消散;超孔隙水压力比土体的有效应力小得多,隧道下方土体在循环荷载作用下不会发生液化现象。     

腹板开孔对轨道交通箱梁振动噪声的影响

实测了城市轨道交通简支箱梁各板件的振动与近场噪声, 结合板件声辐射理论研究了箱梁结构振动辐射噪声和箱梁振动的关系; 基于箱梁结构噪声易产生绕射的低频特性, 计算了矩形混凝土板件在不同开孔工况下辐射的结构噪声变化情况; 在考虑箱梁腹板开孔的基础上建立了车辆-轨道-箱梁耦合有限元模型和箱梁振动-结构噪声有限元-无限元模型, 分析了箱梁腹板开孔前后各板件的振动和结构辐射噪声变化情况。研究结果表明: 箱梁板件声辐射效率随频率的增加并不呈现线性关系, 箱梁各板件近场低频(低于250 Hz) 辐射噪声与结构振动加速度级也并非简单的线性关系, 箱梁辐射噪声由箱梁振动和箱梁各板件声辐射效率共同决定; 对于两端简支的开孔板件, 在开孔率基本一致(0.4%左右) 的情况下, 开孔直径越小, 板件振动辐射噪声声压级越小; 采用有限元-无限元方法模拟箱梁近场低频结构噪声, 既能解决单独采用有限元法时声场边界反射的影响, 也避免了采用有限元-边界元方法时多软件交叉使用的不便; 腹板开孔虽然增加了箱梁板件在某些频率(100~125 Hz) 处的振动响应, 但由于箱梁内、外部声场连通, 使得声短路效应增加, 降低了板件的声辐射效率和相应频段的噪声; 腹板开孔后在1~250 Hz频段内顶板、底板和腹板附近的总声压级分别降低了9.43、2.74和1.63 dB, 从而使箱梁结构噪声得到了控制。      

桥梁桩基冲孔桩施工的微振动响应研究

运用微地震监测系统对桥梁桩基冲孔桩施工的微振动响应进行了研究与探索.通过在施工现场进行的微震试验,分组采集施工荷载作用下的波形数据,对试验的数据进行相关分析,研究冲孔桩施工引起的地表振动加速度和能量的衰减规律,分析冲击能和桩孔深度对振动速度的影响.试验结果表明:冲孔桩施工时,岩土介质中冲击振动能量随传播距离的增加呈乘幂...     

隧道施工引起的松砂土层与地表结构响应

通过4组离心试验，模拟相对深度(埋深-直径比)分别为1.3和2.0的隧道在砂质土层中施工，分析了土层与地表建筑的位移与变形规律；通过抽取模型隧道内部的液体模拟隧道施工导致的土层体积损失，并设计了2层铝制框架结构模型，利用粒子图像测速技术测量了隧道施工引起的土层与结构移动数据，分析了地表与建筑筏板基础的水平与垂直位移、深部土层的移动与剪切变形、框架结构剪切变形与分类，以及结构剪切变形的修正系数与相对抗剪刚度。研究结果表明：隧道相对深度从1.3增加到2.0时地表沉降槽宽度从3.4 m增加到5.6 m,地表建筑的最大沉降从32.3 mm增加到49.5 mm,但变形程度有所降低；隧道施工影响下地表框架结构的变形主要表现为剪切变形，弯曲变形所占比重可以忽略不计；隧道施工引起松砂土层发生收缩变形，导致地表土层体积损失率始终大于隧道体积损失率，且隧道越深，差异越大；较浅隧道试验中建筑筏板基础与土层间存在较大间隙(27 mm),而较深隧道间隙几乎为0,从而增大了建筑筏板基础对地表土体水平移动的约束范围；建筑的剪切变形修正系数随隧道体积损失率的增加逐渐降低，且浅隧道的变化速率更大；2种隧道相对深度的建筑...     

地铁运营对沿线不同基础型式建筑物的振动影响

为研究地铁运营时,不同基础型式建筑物的振动响应规律,对独立基础、条形基础和桩基的五层框架结构,进行了1~80 Hz频段的竖向(水平向)振动位移、速度以及加速度分析,得出:1三种基础型式,建筑物一层地面中心的竖向振动位移、速度和加速度普遍大于水平向振动位移、速度和加速度。2独立基础和条形基础,随着楼层的增大,水平向振动加速度增大。桩基水平向振动加速度从第1层到第4层,无明显规律。第5层的水平向振动加速度普遍大于前4层的振动加速度。竖向振动加速度随楼层的增大,都没有明显规律。     

地铁隧道锚杆系统对地表沉降影响的数值分析

根据黄土地层不同土的物理力学参数,应用邓肯—张本构模型,在地铁隧道开挖施工过程中,对支护锚杆系统沿隧道纵向和横向的不同分布形式进行有限元数值计算。应用有限元软件MIDAS,根据西安地铁2号线隧道的相关土性和设计资料,对比了锚杆长度和锚杆纵向间距对地层沉降和锚杆受力特征的影响;探讨了锚杆纵向间距的疏密布置以及横向加密的位置。分析表明:随着锚杆长度的增加地层沉降减小,当锚杆长度大于一定值后沉降变化幅度降低;当锚杆纵向布置疏密不均时,沉降量较大;在隧道腰部加密锚杆可控制地表沉降。     

交通荷载作用下钢箱梁振动声场分布研究

交通荷载引起的桥梁振动辐射低频噪声严重危害居民的身体健康,研究箱梁噪声分布对评价及降低环境噪声污染具有重要现实意义。结合车桥耦合振动和声传播理论,通过建立桥梁振动辐射有限元-边界元的求解体系,以32 m等截面钢箱梁桥作为实体模型,对交通荷载作用下钢箱梁振动产生的瞬态噪声声场特性进行了数值模拟,得出瞬态噪声声场特性。分析结果表明,顶板的振动辐射噪声大于梁体的其它结构。随着离梁体距离增加,声压变小,噪声衰减幅度也会变小。在钢箱梁内添加吸声材料后,降噪效果不大。