地鐵荷載作用下飽和土體襯砌隧道與軌道系統(tǒng)的動力響應.pdf

1、我國城市軌道交通的建設規(guī)模迅速擴大，所引起的環(huán)境振動問題也日益突出。利用已有基礎理論成果，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機理，準確預測地鐵運行引起周邊環(huán)境振動，具有非常重要的現(xiàn)實意義，相關的研究成果可以為線路設計、軌道設計、隔振減振設計等提供依據(jù)和標準。
　　在我國沿海地區(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-飽和土體耦合振動的動力特性。開展了如下研究:
　　1.采用Biot飽和多孔介質(zhì)模型來模擬土體，以解析方法研究了飽和土體全空間中無襯砌圓形隧洞在移動點荷載作用下的三維動力響應。引入兩類勢函數(shù)來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方程來求解各勢函數(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，最后進行雙重Fourier逆變換得到時間-空間域內(nèi)的響應解。計算了飽和土體位移響應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、土體滲透性等對土體位移響應的影響。
　　2.采用無限長圓柱殼來模擬襯砌，采用Biot飽和多孔介質(zhì)模型來模擬土體，以解析方法研究了全空間飽和土中圓形襯砌隧道在簡諧點荷載作用下的三維動力響應。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。計算了隧道周圍土體中一點、隧道仰拱及其下方土體的動力響應，并根據(jù)計算結(jié)果分析了荷載振動頻率和土體滲透性對土體和襯砌位移響應及土體孔壓的影響。
　　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簡諧點荷載作用下的三維動力響應。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。計算了隧道襯砌及周圍土體響應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、荷載振動頻率、土體滲透性、模量等對位移及孔壓的影響。
　　4.在之前工作的基礎上，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”耦合的三維動力響應模型。將荷載模擬成單個移動簡諧點荷載和一系列符合列車空間尺寸的移動荷載。在頻率-波數(shù)域內(nèi)，聯(lián)立軌道結(jié)構(gòu)動力方程和仰拱處的位移頻率響應函數(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)