简谐环形荷载作用下饱和土体中

基于Biot理论,研究了带有衬砌的圆形隧洞在法向简谐集中环形荷载作用下的动力响应.假定衬砌为弹性体,土体为饱和多孔介质,结合边界条件及连续条件,通过傅立叶变换得到波数域中衬砌和土体的应力、位移和孔隙水压力幅值解答,最后用傅立叶逆变换得到动力响应幅值的数值解.与不考虑衬砌的隧洞动力响应相比,数值分析的结果说明衬砌对动力响应有较大影响.     

粘弹性饱和土体中半封闭圆形隧洞的稳态响应分析

基于Biot波动方程,引入更符合工程实际的半透水边界条件,研究粘弹性饱和土体中半封闭圆形隧洞的稳态响应。得到隧洞边界作用轴对称荷载和内水压力条件下的应力、位移和超孔隙水压力解,并进行隧洞衬砌渗透性参数和土体粘滞阻尼系数对稳态条件下隧洞应力、位移和超孔隙水压力幅值影响的算例分析。结果表明:渗透性参数对隧洞稳态响应的影响在内水压力条件下比在轴对称荷载条件下大;内水压力引起的隧洞径向位移幅值比轴对称荷载小;粘滞阻尼系数越大径向位移幅值衰减越快。     

双向聚能非均布荷载作用下浅埋隧道动力响应

通过解析方法研究爆炸荷载下动力响应问题.模型假定在半空间弹性土体中衬砌隧道中心处发生爆炸,荷载简化为双向聚能的非均布瞬态周期荷载并作用在隧道边界上,根据弹性动力学理论和Hamilton壳体理论得到围岩运动方程和衬砌运动方程,通过Laplace变换、波函数展开法和Graf坐标变换法,得到频域下爆炸荷载作用下隧道衬砌及围岩位移和应力响应表达式.利用Laplace数值逆变换得到时域响应半解析解,分析隧道在不同位置、埋深、衬砌厚度和荷载集度的波动特性.数值计算结果表明:隧道顶部和底部响应的方向相反,不同位置处响应趋势都趋于一致,随时间推移,响应逐渐衰弱;随着隧道埋深的增加位移场响应幅值先增强后减弱,在应力场中,隧道侧向响应幅值变化较小,而在隧道顶部和底部产生的幅值变化较大;衬砌厚度增加,隧道周身响应随之减小,并且厚度增加对隧道顶部和底部响应幅值影响较大;当荷载集度增加隧道顶部和底部附近出现较大的环向位移,顶部径向位移增大底部减小,应力响应在隧道顶部衰减,环向应力响应在底部增强.     

路基振动压实过程中振动波传播规律北大核心

通过有限元软件建立考虑阻尼比、弹塑性本构关系的振动压路机-填料耦合数值仿真模型,得到振动压实过程中振动压路机及填料动力响应曲线,探究振动压实过程中振动波垂直及水平方向传播规律,提出了基于振动波的填料压实质量综合判别方法。结果表明:结合现场实测振动压路机及填料动力响应曲线,振动压路机-填料耦合模型能够较好地模拟填料振动压实过程;在垂直方向,加速度幅值的衰减呈现先快后慢的趋势,且在填料深度为0.5 m时衰减率达60%,路基深度为1.5 m时衰减率达90%;在填料表层水平方向,已压实土体与虚铺土体距压实作用点分别为0.8、0.5 m处,峰值衰减率均达90%;提出了基于振动波传播衰减率降低、动响应幅值增加与归一化动响应滞回圈的椭圆率增加的填料压实质量综合直接判别方法。     

饱和地基地铁盾构隧道车致动应力响应特征

将盾构隧道衬砌和壁后注浆层视为Flügge双层圆柱壳、将饱和土体视为包裹在隧道外的中空圆土柱、将列车荷载视为一系列以恒速移动的轮载,基于分离变量法求解圆柱壳运动方程,并借助Helmholtz矢量分解定理求解Biot波动方程,结合边界条件,建立车辆-隧道-土体系统动力响应半解析模型。基于该模型,探讨饱和黏性土地基车致动应力的时空分布特征。结果表明:隧道注浆层底部土体正应力τ_(yy)幅值最大,τ_(xx)和τ_(zz)幅值接近,约为0.5τ_(yy);土体正应力及孔压幅值随着深度的增加而减小,正应力中τ_(xx)沿深度衰减最快,τ_(yy)衰减最慢;剪应力τyz幅值随着深度的增加先增大后减小,至注浆层底部以下9 m处,地基动应力衰减为最大值的20%及以下。     

地震高烈度区软岩隧道结构动力响应特性研究

研究目的:为研究地震作用下地震高烈度区软岩隧道加速度动态响应的基本规律,以拉林铁路杰德秀2号隧道工程为背景,设计进行了1∶50比例隧道结构模型的振动台试验。通过输入白噪声、EL波和汶川波,测试模型结构的动力响应,分析各个测点峰值加速度的放大系数随高程变化和不同地震烈度条件下的变化规律,并通过快速傅里叶变化得到功率谱频谱曲线,分析模型结构的加速度动力特性,对比各个加载工况下加速度频域响应曲线,研究模型结构频域动力响应的基本规律。研究结论:(1)地震高烈度区软岩隧道其场地高程效应的表现形式与一般场地表现不同;(2)随着地震动幅值的增大,各测点峰值加速度放大系数呈减小趋势,在0.15g加速度激励下表现出最大值,且不同频率特征地震波激励对高程效应形态的影响基本一致,仰拱处地震响应最大,在进行隧道抗震设防时,应加强对仰拱部位的抗震措施;(3)围岩土体对加速度放大效应较为显著,而隧道衬砌结构对加速度的放大效应效果不太明显,地层的响应特性在很大程度上决定着衬砌结构的地震响应特性;(4)功率谱密度曲线显示出不同地震波激励下模型结构响应峰值相差不大,但峰值所对应的频率值不同,高频段地震波对衬砌结构影响较...     

简谐点荷载下饱和土中浮置板轨道隧道的动力响应研究

假定隧道衬砌为Flügge薄壁圆柱壳,土体为饱和多孔介质,通过把荷载、动力响应沿环向模态分解,利用傅里叶积分变换求得非轴对称简谐点荷载作用下的隧道—饱和土体系统的动力响应。在此基础上,将浮置板、钢轨作为无限长的Euler梁,考虑钢轨、浮置板、隧道—饱和土体系统的相互作用,求解了单层梁—隧道—饱和土体系统和双层梁—隧道—饱和土体系统在点荷载作用下的动力响应。研究结果表明:荷载频率对饱和土体中浮置板隧道的动力响应有较大影响;浮置板具有明显减振作用;在低频范围内,双层梁—隧道—饱和土体系统中上层的支承弹簧、钢轨的作用可以忽略。     

无碴轨道桩板结构路基在地震荷载下的动力响应分析

结合遂渝线无碴轨道桩板结构路基,采用天津(1976年)地震波,基于弹塑性本构关系,建立桩、板和土体的三维实体模型,利用有限元软件ANSYS,对桩板结构路基在地震荷载下的动位移、加速度及竖向应力的动力响应进行数值模拟。分析计算结果可知,在地震荷载下桩板结构路基不同位置处的动位移、加速度响应基本一致,滞后现象不明显;桩底持力层的动位移、加速度幅值略小于其他位置。相对于输入的地震加速度,桩板结构路基响应的加速度幅值被放大,而对应的时刻都滞后于输入的加速度最大值的时刻。在桩截面处的承载板受力不利,所以在桩截面处的板截面需加固处理以满足抗震设计要求。桩的存在对周围土体的动力响应有一定的影响,但总体来说,影响程度很有限。     

列车振动荷载作用下高速铁路近距地铁平行隧道的动力响应特性分析

为研究高铁列车和地铁列车同向以不同速度行驶时的振动对高铁隧道衬砌结构的影响,采用模拟的列车振动荷载,在铁轨上施加对轮轴的模拟振动荷载并考虑列车速度来研究同向列车振动荷载下高铁隧道衬砌的动力响应特性。结果表明:在同向行驶的列车振动荷载作用下,对于隧道特定监测点而言,存在一个列车行驶振动响应的影响区,列车行驶至该监测点时,其振动响应最大;高铁隧道中部横断面衬砌振动响应从上到下逐渐增大,拱脚、拱底竖向应力幅值分别为拱腰的1.63、2.26倍,加速度最大幅值分别为拱腰的1.21、1.29倍。     

高烈度地震对填方隧道影响分析

本文以某隧道工程为实例,以数值模拟方法为手段,建立了隧道地震动力分析模型,对高烈度地震区施加地震荷载,对填方地基修建的隧道结构进行动力响应特征研究,探讨隧道不同衬砌厚度、覆土厚度及覆土形式等参数对隧道衬砌结构受力状态的影响。研究结果表明:在地震荷载作用下,衬砌厚度和覆土厚度对隧道各部位弯矩荷载值及剪力荷载值影响较大,特别是在衬砌底板与中墙连接部位影响显著;对于隧道上部的回填覆土,应尽量避免单侧覆土,必要时增加水平支撑改善隧道受力状态。     

爆破振动对既有高速铁路隧道衬砌动力响应的影响

依托合(肥)福(州)铁路闽赣段金山顶隧道新增救援疏散隧道工程,采用动力有限元数值模拟方法,分析不同隧道间距、围岩级别、单响药量情况下爆破振动对邻近既有高速铁路隧道衬砌动力响应的影响规律。研究结果表明:围岩级别和单响药量一定,既有隧道迎爆侧衬砌振速峰值随着隧道间距的增大而减小;隧道间距和单响药量一定,既有隧道迎爆侧衬砌振速峰值随着围岩级别的提高而增大;既有隧道迎爆侧衬砌动拉应力峰值随着隧道间距的增大而减小,当隧道间距3D(D为救援通道洞室宽度)时单响药量占主导地位;当隧洞间距3D时隧道间距占主导地位,单响药量的变化对衬砌的影响不大。根据衬砌的安全振动速度标准及动拉应力允许峰值,提出了爆破作业单响药量控制值。     

交通荷载引起的静偏应力对压实黄土动力特性的影响

区别于地震荷载,交通荷载作用下的静偏应力对土体动力特性的影响显著。通过室内动三轴试验研究静偏应力对压实黄土动应力-应变关系的影响规律,分析动模量随加载振次的变化规律。结果表明:静偏应力可以显著提高同等动应变幅值下土体的动模量;随着静偏应力的增加,土体的动应力-应变关系在一定的起始动应变幅值范围内呈线性关系。当不考虑静偏应力时,土体的动模量随着振次的增加逐渐衰减;当考虑静偏应力时,土体的动模量随着振次的增加逐渐增大。此外,通过将动力荷载作用下土体的循环累积应变分解为动力蠕变和弹性应变,对土体的滞回特性进行了修正,修正之后静偏应力对土体动模量的强化作用更加明显。修正方法可为交通荷载作用下路基的动力响应和长期变形分析提供更为清晰的研究思路和意义明确的力学参数。     

高铁荷载下桩-土复合地基振动响应特性研究

采用一种复合正弦波(M波)模拟列车移动荷载,建立轨道-路堤-PCC桩-土复合地基三维动力有限元模型,研究高速铁路路堤及PCC桩复合地基在列车荷载作用下的振动响应特性。研究结果表明:在靠近列车荷载作用处振动响应比较强,随着与轨道的距离增加,振动响应值也逐步降低,至地基远处24.5 m处,振动响应已经很小。路堤内振动波远低于枕木处振动幅值,振动波经路堤、垫层、桩体和土体层层过滤衰减作用,在地基下部土体中振动被削弱,振动的幅值和频率范围均受到影响。经过滤后地基下部土体振动响应频率接近或者低于土体自振频率,路堤、桩体和地基振动响应曲线体现了振动波在路堤系统各部分传播特点,反映出各部分振动特性。     

地铁列车振动荷载对下叠并行新建城际铁路盾构隧道的动力响应分析

以新建佛莞城际铁路盾构隧道与广州地铁3号线明挖段矩形隧道交叠并行工程为依托,研究地铁列车通过明挖隧道时产生的振动荷载对下部新建盾构隧道衬砌结构的动力响应,并对不同列车振动荷载下新建盾构隧道衬砌结构的动应力进行了分析.使用激振力函数法模拟地铁列车振动荷载,选取下部新建盾构隧道典型监测断面的监测点来研究在地铁列车振动荷载作用下衬砌结构的振动加速度、应力和竖向位移响应特性.结果 表明:轨道结构质量越差,列车运行速度越快,车体质量越大,列车振动荷载的幅值也相应增大;在地铁列车振动荷载作用下新建盾构隧道衬砌结构存在着明显的动力影响区;新建盾构隧道衬砌管片竖向位移曲线呈"W"形,且拱顶处的竖向位移幅值最大;随着地铁列车运行速度加快,新建盾构隧道的竖向沉降亦随之增大,地铁列车运行速度每增加30 km/h,隧道衬砌结构的竖向沉降平均增加2.66％.     

速度300 km/h列车振动荷载下隧道衬砌加速度响应规律分析

通过现场试验和有限元数值模型计算的方式,对衬砌在速度300 km/h列车荷载作用下的加速度响应规律进行了研究,经过高速铁路隧道现场衬砌振动测试和数值模型计算结果对比,验证了衬砌动力计算模型的正确性和可靠性;振动荷载在衬砌拱圈中的竖向振动加速度由墙角向拱顶呈下降趋势,拱圈横向振动加速度则呈现由墙角到拱顶先下降后增大的趋势,横向和竖向加速度的绝对值在接近列车侧均明显大于远离列车侧;证实了动车组列车轮对二阶固有频率对隧道衬砌拱圈振动加速度响应频率有较大影响;拟合得到了速度300 km/h列车作用下隧道衬砌拱圈横向和竖向振动响应加速度传递经验的三角函数公式。研究结果可为后续隧道衬砌在列车荷载作用下振动响应机制的研究提供参考。     

含空洞地层隧道动力响应解析解

为探究地震荷载作用下地层空洞对隧道地震动力响应影响规律,建立含空洞地层隧道理论计算模型。以工程波动理论为基础,采用波函数展开法和Fourier-Bessel级数变换,给出平面SV波入射下含空洞地层隧道动力响应的位移解析解。采用MIDAS/GTS有限元软件建立三维数值模型,通过对比分析解析解与数值解计算结果,验证该解析解的合理性,且具有较高的精度。应用该解析解计算方法,依据正交试验设计理论,考虑隧道埋深、空洞与隧道中心距、空洞半径和地震波入射角共4种影响因素,采用极差分析和方差分析方法,得到各因素对隧道位移影响的敏感性。研究结果表明：相同工况下解析解以及数值解得到的位移时程曲线变化规律基本相似,解析解位移幅值峰值与数值解位移幅值峰值相差9%左右;地震波入射角对隧道竖向位移起控制作用,为显著性影响因素;增加隧道埋深和减小空洞与隧道中心之间距离会导致隧道拱顶位移值增大;在动力荷载作用下,当空洞直径达到0.3倍的隧道跨度时,空洞能够对隧道起到减震消能作用。     

高速铁路路基压实过程中的空间动力响应

依托京雄（北京—雄安）高速铁路路基工程,采用现场试验和数值模拟相结合的方法,分析了压路机振动荷载作用下高速铁路路基动力响应特性与演化规律。结果表明：压实过程中沿振动轮宽度方向轮缘下方土体竖向压应力较大,而振动轮中间部位竖向压应力较小且分布较为均匀;土体竖向加速度、速度沿深度方向或水平方向的衰减规律大致相似,竖向加速度的衰减呈现更明显的规律性;压路机激振力频率、激振力幅值、速度和土体弹性模量在不同参数水平下衰减规律相似,但衰减速度与影响深度不同。     

基于移动单元法的高速铁路轨道不平顺特性研究

轨道不平顺不仅是引起列车和轨道振动的主要激扰，也是影响列车安全平稳运行的重要因素。为分析中国高速铁路轨道不平顺谱的特性及其对列车运行的影响，采用移动单元法建立考虑离散支撑的无砟轨道-车辆耦合模型，将逆傅里叶变换得到的中国轨道不平顺谱时域样本作为轮轨激励输入，通过编程数值计算分别研究列车速度、不平顺幅值和波长对轨道-列车系统动力响应的影响。研究表明：基于移动单元法建立的无砟轨道-车辆耦合模型的计算结果与有限元模拟结果吻合良好，移动单元模型准确可靠；轨道高低不平顺的幅值和波长特性均对系统的竖向动力响应有着显著影响，随着幅值增大和较短波长成分增加，轨道位移和轮轨接触力明显增大，其中2 m左右的不平顺波会对轮轨动力特性产生显著影响；此外，较高的车速会加剧系统的竖向动力响应。     

普速铁路轨道三角坑管理标准探讨

基于25K型普速客车,运用多体动力学软件建立车辆-轨道耦合动力学模型,分析直线段、缓和曲线段存在不同基长和幅值的三角坑时,不同车速下列车运行时的安全性和舒适性,得到三角坑基长、幅值和车辆动力响应的关系,并根据既定的车辆动力响应评价标准,研究普速铁路三角坑管理标准。研究结果表明:相同基长下,幅值越大车辆动力响应越大;但相同幅值下,不同基长的三角坑对车辆动力响应的影响并不一致,三角坑基长较短时三角坑变化率限值均由轮重减载率控制,基长较长时三角坑变化率限值则由脱轨系数或轮重减载率控制。最后给出了我国普速铁路不同速度等级下三角坑管理标准建议值。     

隧道衬砌结构地震响应的三维数值分析

运用Ansys软件对盾构隧道在不同地质条件下的水平、竖向耦合地震的响应进行三维数值模拟，分析隧道衬砌结构的不同部位上应力和位移的分布状况，探明了盾构隧道在地震作用下衬砌结构的动力响应规律，找出了衬砌衬砌结构的受力最薄弱部位，研究可对盾构隧道的抗震设计提供理论参考。