交通荷載作用下飽和土體中襯砌隧道系統(tǒng)的動(dòng)力響應(yīng)研究.pdf

1、由于鐵路建設(shè)和城市軌道交通的迅猛發(fā)展，交通荷載作用下地下隧道系統(tǒng)的動(dòng)力響應(yīng)以及由此產(chǎn)生的環(huán)境影響越來(lái)越受到公眾的關(guān)注。針對(duì)富水地區(qū)中的隧道系統(tǒng)，基于飽和土體的Biot理論，考慮隧道襯砌與外圍土體的作用，分析了交通荷載作用下襯砌隧道系統(tǒng)的動(dòng)力響應(yīng)，主要包括以下幾點(diǎn)內(nèi)容：
　　1.將列車載重作為移動(dòng)恒載并沿圓周平均布置，使交通荷載簡(jiǎn)化為軸對(duì)稱荷載，把隧道襯砌視為連續(xù)彈性體，根據(jù)Helmholtz勢(shì)函數(shù)的矢量分解理論以及傅里葉積分變換解

2、耦襯砌隧道系統(tǒng)的控制方程，結(jié)合邊界條件和連續(xù)條件求得頻率-波數(shù)域內(nèi)襯砌、土體動(dòng)力響應(yīng)的解析解，然后利用傅里葉積分逆向變換求得時(shí)間-空間域內(nèi)飽和土體中襯砌隧道系統(tǒng)動(dòng)力響應(yīng)的數(shù)值解。通過(guò)與相關(guān)文獻(xiàn)比較，驗(yàn)證了本文方法的正確性，揭示襯砌對(duì)隧道系統(tǒng)動(dòng)力響應(yīng)具有顯著影響，同時(shí)討論了荷載速度、襯砌與飽和土體的彈性模量比值、土體骨架與孔隙流體間的相互作用力參數(shù)對(duì)襯砌隧道系統(tǒng)動(dòng)力響應(yīng)的影響。
　　2.在點(diǎn)荷載形式的交通荷載作用下，將隧道襯砌視為F

3、lügge薄壁圓柱殼，將點(diǎn)荷載、襯砌隧道系統(tǒng)的動(dòng)力響應(yīng)均沿環(huán)向模態(tài)展開(kāi)成傅里葉級(jí)數(shù)形式，利用Helmholtz矢量分解理論、傅里葉積分變換、邊界條件和連續(xù)條件，求解了豎向移動(dòng)簡(jiǎn)諧點(diǎn)荷載作用下飽和土體中襯砌隧道系統(tǒng)的動(dòng)力響應(yīng)，分析了動(dòng)力響應(yīng)在環(huán)向的分布規(guī)律，并探討了荷載速度、荷載初始頻率對(duì)動(dòng)力響應(yīng)的影響。研究結(jié)果表明這種方法可有效求解非軸對(duì)稱的交通荷載作用下飽和土體中襯砌隧道系統(tǒng)的動(dòng)力響應(yīng)。在此基礎(chǔ)上，將道床板、浮置板和軌道視為Euler

4、梁，利用卷積積分的傅里葉變換性質(zhì)，求解了豎向簡(jiǎn)諧點(diǎn)荷載作用下飽和土體中無(wú)砟軌道襯砌隧道系統(tǒng)和浮置板軌道襯砌隧道系統(tǒng)的動(dòng)力響應(yīng)，計(jì)算結(jié)果顯示這個(gè)方法也可以求解飽和土體中無(wú)砟軌道隧道系統(tǒng)和浮置板軌道隧道系統(tǒng)的動(dòng)力響應(yīng)，通過(guò)與襯砌隧道系統(tǒng)的動(dòng)力響應(yīng)比較，分析了道床板、浮置板和軌道對(duì)動(dòng)力響應(yīng)的作用。
　　3.在前面研究的基礎(chǔ)上，將飽和土體中平行雙襯砌隧道系統(tǒng)分解成雙襯砌子系統(tǒng)和雙隧洞子系統(tǒng)。根據(jù)傅立葉級(jí)數(shù)展開(kāi)的理論,將點(diǎn)荷載、動(dòng)力響應(yīng)均分