飽和土地區(qū)地鐵列車運行引起的環(huán)境振動影響研究.pdf

1、過去幾十年間，地下鐵路成為緩解人口密集城市交通壓力的重要手段，地鐵運行引起的環(huán)境振動問題日益凸顯，地鐵線路周邊的居民對由此帶來的噪聲、振動污染的投訴日益增多，公眾對于交通荷載引起環(huán)境問題的關(guān)注度不斷上升。在我國東南沿海地區(qū)，較高的地下水位使得地鐵多修建在飽和軟土中，而地下鐵路引起的飽和土地基振動問題在國內(nèi)外研究較少，由于孔隙流體的存在對波動傳播有著重要影響，本文基于現(xiàn)有的研究框架，采用Biot飽和土波動理論，開展了飽和土地區(qū)地鐵列車運行

2、引起環(huán)境振動問題的研究工作，具體如下:
　　(1)利用Fourier變換，采用解析法建立了二維平面應(yīng)變分析模型，給出了地下列車引發(fā)環(huán)境振動問題的上限解，通過彌散曲線研究了體系的關(guān)鍵速度，對比了單相土體建模與兩相土體建模的差異，研究了埋置移動荷載下的梁-土動力相互作用，并計算了與飽和土相關(guān)的參數(shù)影響。
　　(2)采用模態(tài)疊加法及Fourier變換解析求解了柱坐標系下的Biot波動方程和殼體控制方程，建立了三維襯砌-飽和土全空間

3、模型，給出了襯砌-飽和土全空間模型中位移、孔壓和應(yīng)力響應(yīng)的空間分布，分析了荷載自振頻率和土體滲透系數(shù)的影響，對比了飽和土和等效彈性土動力特性的差異，本文建立的三維襯砌-飽和土全空間模型可為其他數(shù)值、近似解法提供參考解。
　　(3)利用三維襯砌-飽和土全空間模型計算軌道結(jié)構(gòu)與襯砌接觸面上的位移頻率響應(yīng)函數(shù)，建立了軌道結(jié)構(gòu)-襯砌-飽和土全空間耦合模型，并將其用于評價不同軌道結(jié)構(gòu)形式在地基振動中的表現(xiàn)，研究了浮置板軌道的隔振性能，對比了

4、連續(xù)浮置板軌道和離散浮置板軌道動力特性的差異。
　　(4)基于彈性控制方程在直角坐標系、柱坐標系下的基本解，首次給出了地下移動荷載作用下三維彈性半空間中圓形襯砌隧道動力響應(yīng)的封閉解答，為地鐵振動提供了有效的預(yù)測方法，研究了襯砌厚度、隧道埋深、荷載速度、荷載頻率等因素對波動傳播的影響。
　　(5)基于Biot理論波動方程在直角坐標系、柱坐標系下的基本解，首次給出了地下動力荷載作用下三維飽和半空間中圓形襯砌隧道動力響應(yīng)的封閉解答

5、，上述封閉解答的提出，為地鐵列車運行引發(fā)的環(huán)境振動問題提出了一套兼顧計算效率與精度的振動預(yù)測方法。
　　(6)最后，將2.5維有限單元法結(jié)合人工邊界擴展至飽和土波動理論，建立了地鐵列車-軌道結(jié)構(gòu)-襯砌-飽和土半空間耦合分析模型，采用解析法求解軌道結(jié)構(gòu)，采用2.5維有限元法模擬襯砌和飽和土體，并對軌道結(jié)構(gòu)和地表動力響應(yīng)進行了頻域、時域分析。
　　本文建立了一系列的理論模型用于飽和土地區(qū)地鐵列車運行引起的環(huán)境影響研究，該項工作豐