地鐵荷載作用下飽和土體襯砌隧道與軌道系統(tǒng)的動(dòng)力響應(yīng).pdf

1、我國(guó)城市軌道交通的建設(shè)規(guī)模迅速擴(kuò)大，所引起的環(huán)境振動(dòng)問(wèn)題也日益突出。利用已有基礎(chǔ)理論成果，揭示地鐵列車荷載作用下軌道、襯砌和周圍飽和土體的振動(dòng)機(jī)理，準(zhǔn)確預(yù)測(cè)地鐵運(yùn)行引起周邊環(huán)境振動(dòng)，具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義，相關(guān)的研究成果可以為線路設(shè)計(jì)、軌道設(shè)計(jì)、隔振減振設(shè)計(jì)等提供依據(jù)和標(biāo)準(zhǔn)。
　　在我國(guó)沿海地區(qū)，大量地鐵建在飽和軟土地基中，采用飽和介質(zhì)理論模擬地鐵周圍土體比較接近實(shí)際情況。本文基于Biot飽和多孔介質(zhì)理論，以地鐵荷載、軌道系統(tǒng)、襯

2、砌隧道以及周圍飽和土體為研究對(duì)象，首次用解析方法較為系統(tǒng)地研究了地鐵列車作用下軌道-襯砌-飽和土體耦合振動(dòng)的動(dòng)力特性。開展了如下研究:
　　1.采用Biot飽和多孔介質(zhì)模型來(lái)模擬土體，以解析方法研究了飽和土體全空間中無(wú)襯砌圓形隧洞在移動(dòng)點(diǎn)荷載作用下的三維動(dòng)力響應(yīng)。引入兩類勢(shì)函數(shù)來(lái)表示土骨架的位移和孔隙水壓力，使用Fourier變換方法，在不同環(huán)向模態(tài)下利用修正Bessel方程來(lái)求解各勢(shì)函數(shù)，結(jié)合邊界條件，得到頻率-波數(shù)域內(nèi)位移及孔

3、隙水壓力的解答，最后進(jìn)行雙重Fourier逆變換得到時(shí)間-空間域內(nèi)的響應(yīng)解。計(jì)算了飽和土體位移響應(yīng)隨速度變化的曲線及空間分布等，并根據(jù)算例結(jié)果分析了荷載速度、土體滲透性等對(duì)土體位移響應(yīng)的影響。
　　2.采用無(wú)限長(zhǎng)圓柱殼來(lái)模擬襯砌，采用Biot飽和多孔介質(zhì)模型來(lái)模擬土體，以解析方法研究了全空間飽和土中圓形襯砌隧道在簡(jiǎn)諧點(diǎn)荷載作用下的三維動(dòng)力響應(yīng)。根據(jù)外荷載特征，直接將外荷載和位移展開成波傳播形式，對(duì)飽和土體采用與之前類似的處理方式，

4、結(jié)合邊界條件，求得了位移及孔隙水壓力的解答。計(jì)算了隧道周圍土體中一點(diǎn)、隧道仰拱及其下方土體的動(dòng)力響應(yīng)，并根據(jù)計(jì)算結(jié)果分析了荷載振動(dòng)頻率和土體滲透性對(duì)土體和襯砌位移響應(yīng)及土體孔壓的影響。
　　3.以解析方法研究了飽和土體全空間中圓形襯砌隧道在移動(dòng)簡(jiǎn)諧點(diǎn)荷載作用下的三維動(dòng)力響應(yīng)。結(jié)合之前兩部分的工作，使用Fourier變換方法，求得了位移及孔隙水壓力的解答。計(jì)算了隧道襯砌及周圍土體響應(yīng)的空間分布及頻譜曲線等，并根據(jù)算例結(jié)果分析了荷載速

5、度、荷載振動(dòng)頻率、土體滲透性、模量等對(duì)位移及孔壓的影響。
　　4.在之前工作的基礎(chǔ)上，首次以解析方法建立了“軌道結(jié)構(gòu)-襯砌-飽和土體全空間”耦合的三維動(dòng)力響應(yīng)模型。將荷載模擬成單個(gè)移動(dòng)簡(jiǎn)諧點(diǎn)荷載和一系列符合列車空間尺寸的移動(dòng)荷載。在頻率-波數(shù)域內(nèi)，聯(lián)立軌道結(jié)構(gòu)動(dòng)力方程和仰拱處的位移頻率響應(yīng)函數(shù)，獲得鋼軌、軌道板、隧道仰拱處的位移以及軌道板與襯砌之間的作用力。再利用所求位置的頻率響應(yīng)函數(shù)和軌道板與襯砌之間的作用力，獲得變換域中隧道結(jié)