高速列車(chē)引起的飽和土地基振動(dòng)機(jī)理及隔振研究.pdf

1、隨著我國(guó)大量的高速鐵路干線建成并投入運(yùn)營(yíng)以及列車(chē)運(yùn)行速度日益加快,高速列車(chē)引起的周邊環(huán)境振動(dòng)污染問(wèn)題日益顯著。利用基礎(chǔ)理論研究成果,對(duì)高速列車(chē)引起的周邊環(huán)境振動(dòng)進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測(cè),對(duì)項(xiàng)目決策以及相關(guān)法規(guī)的制定都用重要意義。另外,開(kāi)展隔振措施隔振效果方面的研究,將有利于有效、合理地解決高速列車(chē)引起的過(guò)大地基振動(dòng)問(wèn)題,為隔振屏障設(shè)計(jì)提供理論指導(dǎo)。
　　 在我國(guó)沿海地區(qū),大量高速鐵路建在飽和軟土地基上。飽和軟粘土具有含水量高,剪切波速低等特

2、性,高速列車(chē)在飽和軟土地基上容易引起過(guò)大地基振動(dòng)。本文以Biot飽和土體波動(dòng)理論為基礎(chǔ),采用飽和土體模型對(duì)高速列車(chē)引起的地基振動(dòng)預(yù)測(cè)和控制展開(kāi)了以下研究:
　　 1.采用Biot飽和土體波動(dòng)理論以及Kirchhoff薄板力學(xué)模型,開(kāi)展了移動(dòng)荷載作用下上覆薄板三維飽和土地基的動(dòng)力響應(yīng)基本理論研究。深入分析了飽和土體滲透系數(shù)、荷載移動(dòng)速度和薄板剛度等參數(shù)對(duì)薄板及飽和土地基動(dòng)力響應(yīng)的影響。
　　 2.提出了一種新的軌道系統(tǒng)-飽

3、和土地基振動(dòng)分析模型,研究了高速列車(chē)荷載作用下飽和土地基動(dòng)力響應(yīng)問(wèn)題;并重點(diǎn)分析了軌道系統(tǒng)與飽和土地基間的接觸邊界條件對(duì)地基動(dòng)力響應(yīng)的影響。研究表明,在高頻荷載作用時(shí),軌道系統(tǒng)與地基的簡(jiǎn)化接觸條件將明顯低估地基振動(dòng)響應(yīng)水平;且在高速或高頻荷載作用時(shí),飽和土體與單相彈性介質(zhì)動(dòng)力特性有明顯差異,單相介質(zhì)模型計(jì)算結(jié)果明顯偏小。
　　 3.針對(duì)列車(chē)運(yùn)行過(guò)程中的加減速問(wèn)題,提出了列車(chē)在加、減速情況下引起飽和土地基振動(dòng)解析研究模型。通過(guò)合理

4、設(shè)置列車(chē)速度隨時(shí)問(wèn)線性變化曲線來(lái)模擬列車(chē)加、減速情況,并采用Fourier變換結(jié)合Fresnel積分函數(shù)對(duì)控制方程進(jìn)行求解。研究表明列車(chē)在加減速時(shí)對(duì)地基豎向位移響應(yīng)影響不明顯,但會(huì)引起縱向位移響應(yīng)的明顯增大;另外研究首次表明,列車(chē)在加、減速過(guò)程中可能引起飽和土地基中的超靜孔壓響應(yīng)大大加劇。
　　 4.提出了車(chē)體-軌道系統(tǒng)-飽和土地基的耦合振動(dòng)分析模型,通過(guò)在輪軌間引入Hertizian線性接觸彈簧,確定了由軌道面不平順引起的輪軌

5、動(dòng)力作用力大小及激振頻率范圍,并進(jìn)一步分析了輪軌動(dòng)力作用力對(duì)地基振動(dòng)的影響;比較確定了列車(chē)軸荷載和輪軌動(dòng)力作用力對(duì)地基動(dòng)力響應(yīng)的貢獻(xiàn)大小。研究表明,輪軌動(dòng)力作用力對(duì)列車(chē)引起的地基遠(yuǎn)場(chǎng)振動(dòng)有重要貢獻(xiàn),實(shí)際工程中不容忽略。該研究對(duì)高速列車(chē)引起的周邊環(huán)境振動(dòng)的準(zhǔn)確預(yù)測(cè)有重要指導(dǎo)意義。
　　 5.建立了飽和土地基上隔振溝解析分析模型,深入分析了不同速度下隔振溝對(duì)移動(dòng)荷載引起的地基振動(dòng)的隔振效果;著重比較了飽和土地基上隔振溝與單相彈性介質(zhì)

6、上隔振溝隔振效果的差異。研究表明飽和土地基上隔振溝的隔振效果優(yōu)于單相彈性介質(zhì)上隔振溝的隔振效果;隨著飽和土體滲透系數(shù)的增加,隔振溝隔振效果降低;隔振溝設(shè)置在距離荷載越遠(yuǎn)處,隔振溝所取得的隔振效果越好。
　　 6.針對(duì)高速列車(chē)引起的地基振動(dòng)問(wèn)題,開(kāi)展了隔振溝對(duì)列車(chē)引起的地基振動(dòng)隔振效果研究。采用詳細(xì)的軌道系統(tǒng)模型與飽和土地基上隔振溝模型相結(jié)合,分析了在不同列車(chē)運(yùn)行速度下,隔振溝對(duì)高速列車(chē)引起的地基振動(dòng)隔振效果,并分別研究了隔振溝對(duì)

7、列車(chē)軸荷載和輪軌動(dòng)力作用力引起的地基振動(dòng)的隔振效果。研究表明,隔振溝對(duì)列車(chē)軸荷載引起的地基振動(dòng)的隔振效果隨列車(chē)運(yùn)行速度的增加而變好;對(duì)輪軌動(dòng)力作用力引起的地基振動(dòng),在各種列車(chē)運(yùn)行速度下都能取得非常好的隔振效果;研究最后得出,應(yīng)把列車(chē)軸荷載在超過(guò)臨界速度時(shí)引起的地基振動(dòng)應(yīng)作為隔振溝屏障設(shè)計(jì)中需要考慮的主要因素。
　　 上述研究表明,飽和土體動(dòng)力特性與單相彈性介質(zhì)的動(dòng)力特性有著重要區(qū)別。本研究基于Biot飽和土體波動(dòng)理論,系統(tǒng)地提出