地铁隧道列车循环荷载下粉砂地基长期沉降研究

文章基于郑州地铁1号线农业南路—东风南路站实际工程,开展粉砂土排水工况的动三轴试验,基于动三轴试验结果提出粉砂土塑性累积变形计算公式,并结合有限元模拟获得的地层动偏应力数据,预测小曲率半径为250～350 m、列车速度为40～200 km/h时隧道地基的长期累积变形。研究结果表明：相较于软黏土,粉砂土更易受到振动变形破坏,其初始阶段的变形量与变形速率更大;根据数值模拟计算结果,曲率半径为350 m、速度为80 km/h工况下运行30 a的累积沉降为20.23 mm;列车行驶速度越大,曲率半径越小,动偏应力越大,且相较于曲率半径的影响,曲线隧道地基长期沉降对列车速度的敏感性更大;曲线隧道设计、施工和运营时,要综合考虑曲率半径和列车速度的影响,当曲率半径为250～350 m时,理论上,列车速度宜控制在80 km/h以下,而当曲线隧道曲率半径大于350 m时,列车速度可适当调高。     

地铁荷载下饱和软黏土累积变形特性

针对地铁循环荷载作用下饱和软黏土的变形特性,对上海地铁2号线静安寺站附近的饱和淤泥质黏土进行(GDS)循环三轴试验,试验结果表明,振动次数一定时,累积塑性应变随动应力幅值的增大而增大,随荷载频率的增大而减小;采用正交设计法安排试验,充分考虑了振动次数、荷载频率、动应力幅值以及其两两交互作用等因素对土体累积变形的影响,结合数理统计分析法建立了影响土体变形的影响率及评价方法。研究结果显示,影响地铁隧道轴线变形的主要因素是动应力幅值,而荷载频率与振动次数的交互作用可以忽略,此研究成果对地铁隧道设计具有重要的参考价值。     

地铁区间隧道在地面爆炸荷载作用下的数值模拟

为了考察炸弹在地面爆炸时对地铁区间隧道的影响,应用LS-DYNA软件分析了在地铁上方不同当量装药爆炸时地铁区间隧道的动力响应.模型中考虑了隧道衬砌周围介质中锚杆对介质的锚固作用,得到不同情况下地铁区间隧道的位移、速度及应变时程曲线,并据此进行地面爆炸时地铁区间隧道的安全评估.计算结果表明:地铁区间隧道的顶部和底部中央是比较容易出现破坏的位置,在距离地面1.5 m处100 kgTNT当量炸药爆炸时地铁区间隧道是安全的.     

地铁振动荷载作用下饱和软粘土性状微观研究

位于或穿越饱和软粘土层中的地铁隧道在运营之后，沿轴线产生较大的沉降量，很大程度上与饱和软粘土在地铁振动荷载作用下土体微观结构的变形和破坏、发生残余变形有关．通过扫描电镜试验对饱和软粘土颗粒的微观性状进行了研究，从土的微结构基本单元的形状和大小、基本单元体的接触状态、基本单元体问的联结形式、孔隙的形状和大小以及土体变形3个阶段的力学特性等方面进行较深入的研究．另外，将原状土和循环三轴试验破坏后两种状态的土样作了对比，从微观的角度解释了土体的变形机理．研究成果对有效控制、避免或减轻隧道经过地区地面沉降灾害的发生，指导地铁工程的设计、施工以及地铁运行后沉降的预测评价和防治等提供了有价值的参考．     

列车振动荷载对古建筑的动力影响

在建的北京地下直径线周边有3处需保护的古建筑文物(Ⅰ-明城墙、Ⅱ-老车站、Ⅲ-正阳门和箭楼),对其进行列车振动荷载下的动力影响研究十分必要.应用列车-轨道耦合动力学理论,计算得到作用在隧道结构上的列车动荷载,并作为激励作用于动力有限元模型上,通过数值模拟计算,预测评估直径线与既有线列车荷载对周边古建筑文物的振动响应.结果表明,列车振动引起古建筑结构的动力响应随水平距离和竖向距离改变呈规律变化,地下结构以竖直方向动力响应为主,建筑物超过一定高度后,地上结构以水平方向动力响应为主,且地上结构的动力响应高于地下结构;直径线与既有线的列车运营对古建筑产生的振动影响,未超过但接近控制标准,不需特殊减振,应采取适当减振以对古建筑文物的保护留有余量.     

振动激励下地铁沿线建筑物振动测试与数值分析

对广州地铁三号线沿线临近建筑物的振动响应进行了实测,并结合数值计算研究了地铁振动在建筑结构内的传播规律.研究结果表明:在框架结构中,随着建筑物高度的增加,振动峰值逐渐减小;地铁振动在建筑物内引起的振动时程的频率集中在30~80 Hz频段内,以30~50Hz频段为主;结构内部构件柱的振动衰减要比周边构件更加显著,柱上的梁越多,能量的损耗就越大;地铁振动引起的加速度值有可能对建筑物中使用人群的舒适度造成影响.     

地铁列车移动荷载作用下饱和软粘土地基动力响应及长期累积变形研究

为了研究地铁列车荷载反复作用下饱和软黏土地基的动力响应和长期累积变形,本文通过进行室内固结不排水动三轴试验,得到了地基累计变形计算参数,并建立了车辆-轨道相互作用动力学模型,对列车反复荷载作用下软土地基的动力响应和累积塑性变形进行研究。研究结果表明：土体中的累积塑性应变随深度逐渐减小,同样的深度位置,累积塑性应变随荷载作用次数增加而增加;在车辆荷载作用的早期,累积变形的增长速率最大,随着荷载次数的增加,累积变形的增长速率逐渐减小,且累积变形曲线有明显的拐点。     

越江地铁循环荷载下软黏土累积应变特性及微观结构特征

越江通道往往需要穿越江底深厚软黏土层,而这些土层容易发生过大的变形沉降,从而对地铁运营安全造成不利影响.通过室内双向动三轴试验模拟越江地铁循环荷载对软黏土地基的作用,得到软黏土应变发展规律曲线,建立越江地铁循环荷载作用下软黏土的累积应变模型.结合核磁共振扫描试验,分析循环加载前后的土体微观孔隙结构,研究越江地铁荷载作用...     

长期循环荷载下粉细砂的累积变形特性

在分析循环荷载下粉细砂轴向塑性累积变形受初始孔隙比、有效固结压力及动应力比等因素影响规律基础上,考虑动偏应力水平及初始固结压力影响,建立了一种参数具有明确物理意义的计算粉细砂在循环荷载作用下轴向塑性累积变形的显式模型.通过对上海地区粉细砂非等向固结排水循环三轴试验结果进行模拟,得到了相关参数,验证了模型的有效性和合理性.     

地铁荷载下隧道周围加固软黏土应变累积特性

通过对上海地铁四号线海伦路站附近隧道周围加同软黏土进行应力控制的循环三轴试验,研究了列车循环荷载作用下加固软黏土的累积变形特性.充分考虑土体围压、固结比、轴向循环压力的大小及频率的影响,得到了加固软黏土在各个因素综合影响下的残余应变的变化规律.通过研究发现,可以用对数关系曲线来描述加固软黏土残余应变随振动次数的变化情况...     

城市地铁施工沉降的数值模拟研究

地下工程施工,会引起地层移动而导致不同程度的沉降和位移,从而影响到隧道和地表建筑物的正常使用和安全运营。以某一地铁施工为依托,运用PLAXIS有限元软件对施工进行动态开挖模拟,分析其沉降因素,正确估计特定地区可能发生的地面变形沉降,将模拟结果与现场监测的资料进行了对比分析,模拟结果可信度高。该研究对城市地铁隧道工程的设计与施工具有重要的指导意义。     

地铁振动衰减特性研究

首先建立隧道-土体有限元模型,分析了1～80 Hz的振动在距隧道中心170 m范围内振动速度和加速度的衰减特性.将轮轨动力耦合分析获得的不同地铁轨道作用在道床上的动荷载作为有限元分析模型中的作用力,计算分析了不同轨道结构地段的地表振动传播特性,结果表明:在50 m范围内浮置板减振效果明显,在50 m以上轨道减振形式对地面振动影响不明显.     

车辆荷载作用下简支梁桥振动的研究

本文应用数值分析的方法研究在移动的两轴车辆荷载作用下简支梁桥的动力响应。分析了车辆初始振动、车辆行驶速度、桥面不平整等参数对桥梁动态增量(Dynamic Increment)的影响,研究了简支梁桥不同截面的动态增量,提出了简支梁桥的放大谱,最后对山东胜利大桥的引桥进行了动载试验,实测结果与理论分析结果相当吻合。     

循环荷载作用下花岗岩残积土累积变形与湿化特性试验研究

基于花岗岩残积土的矿物成分特殊、压实机理复杂、水理作用显著的实际情况,对土样采用X线衍射试验分析土样中的矿物成分;采用土工试验分析土样物理力学性质;采用压缩实验和平板载荷试验对比,研究循环荷载作用下累积变形与湿化规律,以便现场压实控制.研究结果表明:样品的白云母-伊利石质量分数为35％,高岭石约占27％;土样属于细粒土质砾,级配不良;填土的压缩曲线呈上凸型,回弹曲线呈下凹型;第i+1次压缩-回弹曲线均位于第i次曲线下方,线形相似;随着等载压实遍数增加,沉降增量递减,累积沉降增大;超载压缩曲线回归到首次压缩曲线的延长线上,具有记忆效应;荷载越大,某次压缩总变形和永久变形也越大;循环荷载作用后的压实填土遇水产生湿化沉降;湿化土的压缩和回弹曲线均呈下凹型,超载越高,在相同压力作用下的变形越小;现场压实过程中,增加压路机能量比增加压实次数可取得较好的压实效果.     

交通荷载下路基土动应力应变累积的特性

采用模型试验、循环荷载单轴压缩试验及原位监测试验与理论分析相结合的方法,研究了交通荷载下路基土动附加应力的时空分布规律,提出了路基土动附加应力累积效应的概念,探讨了动附加应力累积与荷载次数、荷载频率、动附加应力水平及深度的关系,分析了交通荷载下路基土塑性应变行为。由此得出动应力累积随加载次数的增加而增大,随深度的增加渐趋平缓,并确定了红黏土的临界应力水平为50%,建立交通荷载下路基土动附加应力量化模型和永久变形量化模型。最后,给出了交通荷载下路基土工后沉降的3种组成模式及其相关控制技术。     

地铁变频荷载循环作用下饱和软黏土累积塑性变形

地铁在地铁站附近的加减速运动会对地基土产生一定的影响.土体经过倾斜削样后使用动三轴进行不排水动力测试以研究地铁进出站作用下进出站距离、加速度、动应力幅值及固结围压对饱和软黏土累积塑性变形的影响.结果表明:进出站变频荷载循环作用下软黏土累积塑性应变曲线可大致划分为爆发增长-较快增长-逐渐稳定3个阶段.距地铁站越近、动应力...     

爆炸荷载下地铁盾构隧道动力响应研究

近年来,中国城市地下轨道交通取得了迅猛的发展,但地铁在运营中存在诸多风险,其中外爆炸带来的危害尤为突出。为避免由此产生的风险,需对地铁隧道在外爆炸瞬时强荷载作用下隧道衬砌结构动力响应进行研究,进而对隧道衬砌结构的损伤程度作出判断。利用ANSYS/LS-DYNA软件建立有限元模型,分析外爆炸源荷载作用下应力波的传播规律,选取地面侧爆角度和炸药当量为变量,研究外爆炸荷载下对隧道衬砌结构的动力响应及损伤进行分析,为地铁隧道结构抗爆防护设计提供理论依据,具有较高的技术、经济和社会效益。     

故障累积效应对机械系统振动特性的影响

为保证机械系统安全稳定的运行、延长设备的使用寿命,需要消除机械系统的瞬时故障。通过时间-故障率曲线,分析瞬时故障累积效应对机械系统性能的影响,提出了采用阻尼技术消除机械系统瞬时故障的方法。阻尼材料在系统运行中可以减少或吸收瞬时冲击能量和振动,避免瞬时故障累积效应对系统产生的不利影响,确保了机械系统安全、稳定地运行。     

岩溶段连拱隧道列车振动响应及地基累积变形

采用动力有限差分数值计算方法,针对列车荷载作用下,宜万铁路白云山隧道穿越大型溶腔段连拱隧道结构动力响应问题进行计算分析,并进一步基于Dingqing Li塑性应变模型,探讨列车长期反复荷载作用下岩溶地基的累积沉降变形计算方法。研究结果表明:穿越大型溶腔的白云山隧道连拱结构段,各典型位置受列车荷载振动影响不明显,最大拉压应力峰值和位移变形均小于结构材料的设计值和正常使用允许值;隧底岩溶地基在列车长期荷载反复作用100 a后,累积塑性变形小于20 mm,能够满足列车高速运行对线路平顺性的要求,不会对列车长期运营造成破坏性影响。