隧道埋深对地铁运行诱发振动的影响分析

采用FLAC^30建立了三维弹塑性动力有限差分模型,综合考虑衬砌、地层和地表的动力相互效应,就珠三角软土地层隧道埋深对地铁运行诱发相关振动的影响规律进行了分析。结果表明,隧道埋深对地铁运行诱发的衬砌环、周围地层和地表的动力响应产生了明显的影响,埋深越浅则动力响应越强,埋深越大则动力响应越弱。埋深对衬砌环的影响主要表现为使其发生不同的整体下沉响应;埋深不仅影响到地层动力响应强度,还影响到其受振范围;适当增大隧道埋深有助于减小地表噪声和振感。计算值与实测值吻合良好。     

岩溶区铁路列车荷载对新建下穿隧道动力响应规律

在岩溶地区,列车振动荷载已成为引起铁路周边地表岩溶塌陷的重要影响因素。为研究新建地铁隧道在岩溶地层中开挖时,列车荷载对隧道、地表及地层的动位移和动应力响应,以贵阳地铁3号线下穿川黔铁路为背景,通过有限元软件建模计算了在最不利围岩和列车动载条件下,隧道拱顶无溶洞、有溶洞和溶洞注浆3种工况的动力响应规律进行对比分析。结果表明：在列车动荷载作用下,溶洞存在及对其注浆加固对地表位移动力响应的影响范围大致为3.3倍洞径以内,有溶洞时地表最大瞬时沉降发生在路基中线与隧道中线交叉处,为2.74 mm,而对其注浆加固后此处的沉降为2.16 mm,减小了21.2%;对溶洞进行注浆加固后隧道支护结构产生了相对更大动力响应,最大瞬时位移和主应力均发生在隧道拱顶,分别为-1.41 mm和-0.36 MPa;地层竖向应力从地表到隧道拱顶衰减最明显的是有溶洞的情况,从-0.076 6 MPa衰减到-0.008 4 MPa,衰减率为89.03%。可见,对铁路与隧道之间的地层溶洞注浆加固后,在保证新建隧道安全的情况下,明显改善降低了列车动载引起的地表瞬时沉降。     

地基加固对隧道下穿铁路路基车致动力响应的影响

通过现场测试及数值模拟，研究了地表铁路行车作用下地铁隧道下穿铁路路基系统的动力响应规律，分析了下穿节点地基加固体弹性模量、深度等参数对地表振动及地铁隧道结构的影响。研究结果表明：车致地表振动频率由列车轮对分布、轨枕间距及行车速度共同决定；地基加固增加了下穿系统的车致振动响应，降低了高频振动的衰减速度；提升加固体模量，会增大地表振动加速度；加固深度提升至隧道底部可有效降低隧道的附加动应力。     

软土隧道地铁振动效应现场实测与数值分析

为揭示列车运行软土隧道瞬时响应和长期沉降的影响,以上海地铁9号线某区间隧道为例,采用现场实测和动力有限元方法分析了软土隧道的自由场响应特征,基于经验公式法评估了隧道长期振动沉降.实测结果表明,隧道近处的地层响应以竖向振动为主,振动加速度总体上服从竖向加速度最大、横向加速度次之、纵向加速度最小的规律.隧道周围30 m范围内竖向加速度为0.02 ～0.32 m/s2,横向加速度为0.02 ～0.26 m/s2.竖向加速度在横向上以弧线状向外衰减,隧道斜上方和斜下方地层存在横向加速度放大现象,地层振动主频为0 ～400 Hz.地铁振动引起的土体动偏应力比小于2％,最大超孔压约为1.1 kPa.地铁运行初期隧道振动沉降主要来自土体不排水累积塑性变形,长期振动沉降则主要来自超孔压消散引起的固结沉降.研究软土地层响应特征有利于揭示地铁振动的传播过程.     

地面列车动荷载对下穿隧道影响的动力学响应分析

以青岛地铁下穿胶济铁路为研究背景,应用隧道结构的动力有限元数值分析方法,对列车动荷载作用下隧道结构-地层体系的动力响应进行三维数值模拟。分析了单列列车动荷载、两列列车动荷载同向及相向三种工况下,隧道结构-地层体系的应力及位移曲线。研究表明,在列车动荷载作用下,隧道结构-地层体系的动力响应呈现近似简谐波变化;从地表到隧道拱顶的动力响应不断衰减,且衰减速度从地表到隧道拱顶不断减小;两列列车动荷载作用下,隧道结构-地层体系的动力响应值较单列列车动荷载作用下的动力响应值有明显增加,但并未达到单列列车动荷载的两倍。     

地铁曲线段Vanguard扣件减振效果分析

为研究Vanguard扣件在地铁曲线段的减振效果,以北京地铁5号线某曲线段为例,分别对DTVI_2扣件和Vanguard扣件下列车运行引起的地表振动响应进行现场测试.并通过建立相应的三维动力学数值模型对比分析了两种扣件在直线段和曲线段的地表动力响应特性和衰减规律.通过分析振动响应峰值、最大垂向计权Z振级及插入损失,研究了Vanguard扣件的减振效果.根据现场实测以及数值分析结果可知:列车运行引起的地铁曲线段地表动力响应高于直线段,圆曲线和缓和曲线的动力响应特性类似且量值接近;列车运行引起的地表横向及垂向动力响应随距线路中心线横向距离的增加而呈起伏式衰减;列车运行于DTVI_2扣件和Vanguard扣件的轨道上时引起的地表垂向振动响应显著的频段分别位于60Hz和30Hz附近;Vanguard扣件减振效果显著,对曲线段水平向振动响应的减振性能良好.     

地裂缝场地下地铁振动荷载传播特性试验研究

为了研究地裂缝场地下地铁列车振动荷载在围岩土体中的传播规律及其对隧道结构的影响,以西安地铁为工程背景,采用1∶20的几何相似比,开展了地铁隧道与地裂缝30°斜交的围岩动力响应物理模型试验,测试分析了在不同频率和不同振源位置下,围岩加速度及隧道应变的变化规律.结果表明:地铁列车振动荷载的频率为20 Hz时,围岩的振动响应最为明显;当振动频率大于40 Hz时,随着频率的增加,围岩振动响应变化不明显.地裂缝对列车振动荷载的传播有一定的影响,当振动位于上盘时,随着距离地裂缝越近,振动逐渐减小,在地裂缝处衰减更明显;当振动位于下盘时,同样随着距离地裂缝越近,振动逐渐减小,但穿越地裂缝进入上盘后,振动几乎没有衰减,即上盘对振动有一定的放大作用.研究结果可为研究地铁运营安全及地面建筑的防振减振控制提供参考.     

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.     

地铁运行振动对邻近民国建筑的影响

以南京地铁1号线某区段邻近民国建筑为研究对象,现场实测地铁运行通过时引起的地面振动加速度,分析振动响应在时域和频域内的传播规律,并以Z振级为评价指标,评估地铁运行振动对邻近民国建筑的影响。测试结果表明:地铁运行引起的地面振动以竖向为主,振动量随与地铁线路距离增大呈波浪式衰减,在近场区域某一距离处达到最大值,在远场区域逐渐衰减并趋于稳定;地铁运行引发的振动响应主要集中在50～80 Hz,且对应的分频振级衰减较快;地铁附近部分区域Z振级已超过环境控制标准。研究成果对地铁线路邻近民国建筑的保护提供了一定的参考,同时有助于研究地铁运行振动对沿线周边环境的影响。     

地铁浅埋隧道爆破振动效应试验与数值模拟研究

以新疆乌鲁木齐市地铁1号线东线隧道中营工-小西沟区间段为工程背景,对地铁浅埋隧道爆破振动进行了多次监测试验,发现地铁浅埋隧道地表掌子面前后16 m监测范围内存在空洞效应现象,随着与掌子面距离由小变大,空洞效应现象出现先增强后减弱的趋势直至最后消失;运用LS-DYNA程序,采用拉格朗日算法和完全重启动相结合的方法对地铁浅埋隧道爆破振动进行数值模拟,也得出了地铁浅埋隧道地表掌子面前后存在空洞效应现象的结论,空洞效应现象存在的区域为掌子面两侧10 m范围内,空洞效应现象在掌子面两侧6 m处最为显著.通过将掏槽孔装药一次爆破调整为多分段爆破,减小了掏槽孔单段起爆药量,降低了掏槽孔爆破产生的地表振动效应.      

地面交通荷载对浅埋隧道的动力响应分析

为研究地面交通荷载对浅埋隧道的动力响应,建立地面移动荷载作用下隧道数学模型.以济南市顺河快速路南延地下结构工程为背景,将地面交通荷载进行合理近似简化;利用动力方程推导围岩波势函数表达式,结合边界条件确定的波函数展开项系数,得到移动荷载作用下隧道的动力响应,并利用数值模拟的方式对结果进行验证;讨论移动荷载速度及隧道埋深对动力响应的影响.结果表明:径向应力响应在隧道拱顶处引起较大响应;切向应力则在拱顶处和两侧均引起较大响应;车辆速度及隧道埋深是影响动力响应大小的因素.     

复合交通荷载下叠合式公轨合建隧道动力响应

叠合式公轨合建隧道不同于其他公轨合建隧道,汽车-列车荷载作用下其动力响应也有所不同。为研究复合交通荷载下叠合式公轨合建隧道动力响应,用激振力法、元胞自动机、汽车动力模型模拟列车荷载、车流和汽车荷载,用有限元软件Plaxis3D分析了不同荷载及有无垫层工况下隧道的动力响应。结果表明：公路隧道、铁路隧道分别主要对汽车荷载、列车荷载产生加速度响应,铁路隧道的加速度响应要明显大于公路隧道,约为后者的20倍;隧道不同位置处,对两种交通荷载的应力响应情况不同,铁路隧道应力响应主要受列车荷载控制,但当公路隧道中有大型车辆通过时,会对铁路隧道应力响应产生较大影响,甚至起到主导作用;公路、铁路隧道之间设置垫层会增大公路隧道的动力响应,但同时会减小公路隧道下方土层的刚度差异进而减小其应力值,综合作用下,设置垫层后公路隧道的应力状态会有所改善。     

不同埋深下大直径盾构隧道横向刚度有效率

盾构隧道衬砌结构整体性能受到纵缝及环缝接头不连续性的影响,接头受力状态随埋深变化发生改变,其刚度也将发生变化,进而引起结构整体刚度的改变,对于大直径深埋盾构隧道这一影响更为突出.基于该问题,以上海沿江通道越江隧道典型衬砌结构为例,采用横向变形等效原则,参考管片接头结构试验结果,研究大直径盾构隧道横向等效刚度随埋深而变化的规律,并考察了地基刚度与错缝拼装对于计算结果的影响.结果表明,大直径盾构隧道的横向刚度有效率与埋深有较大关联,覆土较浅时变化规律相对复杂,覆土厚度超过1.0倍直径后随埋深整体上呈现先递增而后递减的趋势,在埋深达到2.0倍直径后由于地层成拱效应不再继续降低,上述规律还受到地层条件的影响.研究成果对于大直径盾构隧道的设计与计算具有一定的参考价值.     

高烈度地震区双线公路隧道地震动力响应分析

结合具体工程,从土-结构相互作用模型出发,利用粘性边界条件,采用时程分析法,对高烈度地震区双线公路隧道衬砌在地震作用下的反应进行数值模拟,并对模拟结果进行分析讨论,得出了高烈度地震区公路隧道地震动力响应的一般规律及隧道衬砌抗震的薄弱环节,并提出了相应的建议.     

共振阶段带隔振台振动筛基础的动负荷

计算了带隔振台大型直线振动筛对地基的动负荷,研究了二次隔振与一次隔振两种情况下对于基础的动负荷,并进行了对比,重点研究了发生共振情况下阻尼对基础动负荷的影响,本文的工作对振动筛对基础的动负荷分析具有重要意义,为进一步研究振动筛和地基基础的藕合振动奠定了基础。     

列车载荷下隧道联络通道动态响应的并行计算

以上海某大型双线隧道为例,建立了列车 隧道 联络通道 土体的大型三维有限元模型.基于上海超算中心曙光5000A,设计了列车隧道动态耦合均衡的分区方法,解决了因模型规模庞大而造成计算量大的问题.分析了列车载荷下联络通道结构的动态响应,比较了不同分区方案的计算效率.结果表明：列车载荷在联络通道与隧道连接部位引起的附加动应力较小,但该位置处于较高的应力水平,应尽量避免在联络通道位置汇车;列车隧道耦合均衡的分区方法比常用的递归坐标二分法具有更高的并行效率.     

龙卷风作用下大跨度桥梁车-轨-桥耦合振动及行车安全性

为研究龙卷风作用下大跨度桥梁车-轨-桥系统动力响应及行车安全性,首先以Kou-wen三维模型模拟龙卷风速度场,基于准定常理论确定了移动龙卷风作用下车辆和桥梁风荷载时程. 然后,分别采用多体系统动力学和有限元理论建立列车和轨道-桥梁子系统动力方程,基于轮轨空间非线性接触建立风-车-轨-桥系统动力方程,并采用分离迭代法求解系统动力响应. 数值算例中,以某公路铁路两用斜拉桥为研究对象,通过风洞试验和CFD数值模拟确定车辆和桥梁气动力系数,分析了龙卷风移动路径、强度等级和行车速度对车-桥系统动力响应及列车行车安全性的影响. 结果表明：桥梁竖向振动响应比横向显著,且龙卷风竖向风速对桥梁竖向位移起控制作用 . 当车辆经过风荷载最大位置时,车辆的横向和竖向振动响应均达到最大值,且车辆动力响应受龙卷风荷载和桥梁动力响应共同影响. EF1级和EF1.3级龙卷风作用下,列车安全通过的车速阈值分别为180 km/h和114 km/h.     

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。     

成层地基中不同土层分布对地下结构的抗震影响

为了研究清楚成层地基中由于不同土层的分布而引起地下结构的地震响应,借助FLAC3D有限差分分析软件,通过设置土体的Hardin/Drnevich阻尼,合理地描述土体在动力作用下的滞回曲线和滞回圈,从而建立不同地质条件下的分析模型,分析地下结构在不同地基中的地震反应。结果表明,当结构处在软弱土层时,其在水平地震作用下的反应明显大于结构位于其他土层情况下的地震反应。当结构处在硬土层,或有较好的持力层,并有隔层软弱层的地层时,结构在地震作用下相对较安全。工程设计中可以通过合理地选择地下结构所处土层位置,避免未来可能地震引起的不良影响。