公轨合建盾构隧道振动荷载的动力响应特性

为了探究汽车-列车振动荷载对公轨合建盾构隧道内部结构及周围土体的动力响应特性,采用有限元软件ABAQUS对某公轨合建盾构隧道内部结构及周围土体进行数值模拟,通过ABAQUS软件的Dload子程序对汽车、列车振动荷载进行耦合,分别将单一振动荷载及汽车-列车振动荷载作用引入公轨合建盾构隧道,分析公轨合建盾构隧道内部结构及周围土体在不同工况时加速度、位移、应力、应变的变化。结果表明:汽车、列车振动荷载频率不同,共同作用后产生拍频现象,导致相同方向合成荷载的振幅可能小于分荷载的振幅,当频率相同时所合成荷载的振幅最大;管片上方的土体以及非封闭弧形内衬外侧土体发生较大的应变,最大塑性应变发生于拱顶偏右侧,达到7.032×10^(-6);公轨合建盾构隧道内部结构中的预制箱涵牛腿柱、顶板处出现较大拉、压应变,在长期运营期间需要对预制箱涵牛腿柱、顶板位置进行定期检查和必要支护。

海洋环境及振动荷载联合作用下注聚平台桩基承载力特性研究

针对老区油田注聚开发过程中注聚泵长期持续高频、大幅值振动导致注聚平台桩基荷载大幅增加的问题,本文构建了海洋环境及注聚泵振动荷载下注聚平台桩土耦合整体及局部分析模型,进而研究了海洋环境及注聚泵振动对注聚平台动力响应及桩基承载力的影响规律。结果表明,注聚泵的振动会显著增加注聚平台桩基的基础承受的荷载,且随着注聚泵开启数量的增加,桩基承受的荷载呈线性增长趋势。与自重条件下桩基所受荷载相比,最大增长约35%,会导致桩基承载力安全系数明显降低。

高速列车振动荷载作用下桥隧交叠结构动力响应特性研究

为研究桥隧结构在高速列车振动荷载作用下的动力响应特性,通过数值模拟和模型试验相结合的方法,以频响函数和峰值加速度为评价指标分析单点振动荷载作用下桥隧结构动力响应规律。依托西安地铁14号线下穿大西高速铁路特大桥基础工程,采用有限元计算软件建立数值模型,研究高速列车移动荷载作用下桥隧交叠结构的动力响应特性。研究结果表明:全频域单点扫频振动荷载作用下,桥隧交叠结构的动力响应随着频率的增加而增大,隧道不同位置处的动力响应呈现明显差别,靠近桩基一侧拱腰的动力响应明显大于拱顶和拱底,平均差值分别为2.48 dB和4.15 dB。考虑列车振动荷载的移动效应会增大桥隧交叠结构的动力响应,移动荷载作用下拱顶处的峰值加速度增加约358%,靠近桩基一侧拱腰处增加约358%,远离桩基一侧拱腰处增加约280%,隧道拱底处增加约206%。此外研究发现,隧道结构动力响应均在距离桥隧交叠结构附近约10 m处开始迅速增强,超过10 m范围内动力响应变化趋于稳定,应加强靠近桥隧交叠结构10 m范围内的监控量测。

振动荷载下红层软基路堤动力响应及刚度敏感性分析

为扩大红层区路基填料的选用范围,以西南某高速铁路路基挖方及隧道弃渣红层软岩作为路基填料,建立有砟轨道-路基系统模型,研究列车振动荷载作用下路基结构的动力响应;结合正交设计试验和GRA分析法确定基床动应力的参数敏感性排序。结果表明:动应力和动位移在路基横向都呈马鞍形不均匀分布,且动应力分布不均匀性更大;道床材料弹性模量的增加能有效降低基床表面的动应力,但动位移几乎不受影响;提高路基本体和地基材料的弹性模量时,动应力虽略有增大,但能抑制动位移的增加,减小塑性变形;下部各结构层应合理匹配刚度,路基本体刚度、地基刚度不应过大,以其弹性模量分别不超过90、80MPa为宜。

大跨度人行斜拉桥人致振动荷载模式研究

随着城市综合交通的快速发展,人行天桥跨度大幅度增大,已建成多个大跨度人行天桥。然而,大跨度人行天桥自振频率较低,普遍存在舒适度设计难题。人行天桥的舒适度设计一般采用与振型一致的固定动力荷载,但固定动力荷载引起的桥梁加速度响应与移动人群引起的加速度响应存在明显区别,因此通过实际人群移动探寻移动荷载对人行天桥加速度响应的规律。依托某大跨度人行斜拉桥实际工程,建立该桥的动力分析模型,并基于实桥测试结果验证模型有效性。基于校核的数值模型,对比规范建议满载与移动满载异同,并且分析不同长度、步幅的人行荷载对人行斜拉桥振动响应的影响规律。结果表明,规范建议满载与移动满载的区别体现在非卓越频率人行荷载作用下主梁加速度峰值大小及分布;人群长度为主跨跨径的0.3倍时,梁上加速度峰值可达到满载的80%,是设计实桥试验的最佳人群长度,与欧洲规范建议人数相比,人工成本降低65.8%。

振动荷载下高铁路基粗粒土填料应变规律研究

为提高高铁路基土的安全服役性能,文中利用室内动三轴试验对高铁路基粗粒土填料进行了振动荷载作用下的动力特性试验,对比分析了不同细粒含量以及围压条件下的高铁路基粗粒土填料的累积应变曲线变化规律。结果表明,当动应力为30 kPa时,所有细粒土掺量及围压条件下土体的累积塑性应变均随着加载作用次数的增加呈现出先快速增加后缓慢增加的变化规律;当动应力为60、90 kPa时,所有细粒土掺量及围压条件下土体的累积塑性应变均随着加载作用次数的增加呈现出先快速增加后趋于稳定的变化规律。

地铁振动荷载作用下隧道周围饱和软黏土动力响应研究

以上海地铁二号线静安寺站-江苏路站区间隧道周围饱和软黏土为研究对象,通过对隧道周围不同位置、不同深度土体中预埋土压力盒和孔压计,进行现场连续动态监测,对地铁振动荷载作用下饱和软黏土的响应频率、土体响应应力幅值随距离地铁隧道远近以及土体响应应力幅值随深度的变化规律进行研究,并提出了土体动力响应衰减计算公式,利用该式可以计算出地铁列车经过时的影响范围及其动力响应值的大小,可以预测与估算地铁列车振动荷载对周围建筑物的影响情况,为地铁设计、施工以及安全运营提供有价值的参考。

地铁振动荷载下隧道周围饱和软黏土的孔压发展模型

以上海地铁2号线静安寺站-江苏路站区间隧道周围饱和软黏土为研究对象,以现场连续监测资料为基础,利用室内GDS(多功能循环三轴试验系统)试验仪器,探求地铁隧道周围不同深度饱和软黏土的孔隙水压力发展规律。通过室内GDS试验,提出了振动荷载作用下饱和软黏土中孔隙水压力发展模型,并利用现场实测资料对该模型进行修正,最终得到地铁行车荷载作用下饱和软黏土中孔隙水压力发展模型。

盾构隧道与周围土体在列车振动荷载作用下的动力响应特性

为研究列车振动荷载作用下盾构隧道结构及周围土体的动力响应特性,采用模型试验方法,通过布置在盾构隧道底部的激振器施加扫频激振荷载和列车振动荷载,采用频率响应函数FRF与最大加速度分析了盾构隧道衬砌结构与周围土体不同位置处的动力响应及其衰减规律。研究结果表明:FRF是隧道衬砌结构和周围土体自身的动力响应特性的体现,与激振力的大小、扫频方向及扫频时间无关;在隧道管片衬砌结构的底部和顶部均体现出高频响应大于低频响应的特性,隧道顶部加速度响应沿隧道纵向衰减幅度明显小于隧道底部;隧道周围土体的动力响应沿深度有明显变化,但均表现出沿隧道轴向衰减的规律。隧道结构上部第1层测点土体的动力响应在全频域内随频率的增加逐渐增大。但在第2层和地表的第3层测点,土体的动力响应在30~90 Hz区段线性增长,在90~300 Hz区段出现波动变化,并无明显增大趋势;与扫频激振荷载引起的动力响应规律一致,由列车运行振动荷载引起的隧道管片衬砌结构和周围土体的振动沿隧道轴向逐渐衰减,隧道底部的加速度响应大于顶部,随着列车车速的增大,在隧道内部引起的加速度响应将显著增大。同时,在列车振动荷载作用下发现地表存在加速度放大效应,地表第3层测点的加速度响应均大于隧道结构上部第1层测点。

饱和粘性土体中孔隙水压力对地铁振动荷载响应特征分析

以上海地铁二号线某区间隧道附近的饱和粘性土体为研究对象,在地铁振动荷载作用下,通过对不同位置、不同深度土体中预埋孔压计振动频率的连续监测,研究饱和粘性土体中孔隙水压力对振动荷载的响应特征,得出了饱和粘性土中孔隙水压力增长和消散的变化规律,并用土动力学及能量损失原理对其机理进行了分析。

高速列车振动荷载作用下马蹄形断面隧道动力响应特性分析

为了研究马蹄形隧道在高速列车振动荷载作用下的动力响应特性,采用模型试验与数值模拟相结合的方法,以时域、频域分析为基础,采用频率响应函数和峰值振动加速度作为评价指标,分析了列车时速分别为300 km/h和350 km/h的单点振动荷载作用下的隧道结构动力响应规律。通过FLAC^3D计算软件建立三维数值模型,研究了高速列车移动荷载作用下隧道结构的动力响应特性。研究结果表明:在列车振动全频域扫频荷载作用下,隧道结构内部的动力响应不是沿隧道环向逐渐衰减,而是仰拱到拱脚处的响应出现一定的衰减,但拱腰到拱顶处却呈现出增大趋势;在40~200Hz频率范围内,圆形断面隧道结构的动力响应小于马蹄形断面隧道结构的动力响应,平均差值约为3.8 dB,表明隧道的断面形状对其结构的动力响应影响较大,在设计时应予以考虑;在列车移动荷载作用下,各监测点的加速度响应表现出明显的周期效应,列车经过时动力响应显著增大;移动荷载作用下隧道结构的峰值振动加速度较单点振动荷载作用下均有不同程度的增加,因此在研究列车振动荷载诱发的动力响应特性时应考虑列车的移动效应。

地铁振动荷载作用下隧道周围饱和软黏土分形研究

以上海地铁2号线静安寺站-江苏路站区间隧道周围饱和软黏土为研究对象,在现场监测和室内GDS(多功能循环三轴试验系统)试验的基础上,利用压汞仪微观试验研究方法,对隧道周围饱和软黏土微结构进行定量研究。研究结果表明,孔隙分形维数在隧道不同深度处的变化规律可以用不同的循环应力比CSR来体现。随着深度的增加,循环应力比CSR也随之增大,分形维数随着循环应力比CSR的增加先是下降然后又逐渐上升。研究成果为软土地区饱和软黏土中地铁隧道轴线变形和隧道经过区域地面沉降作了有价值的探索,也为探讨地铁行车荷载作用下饱和软黏土的破坏机制、造成地铁隧道轴线变形与地面沉降研究提供一定的理论支持。

高速列车振动荷载作用下电缆隧道结构动力响应分析

城市中地下管线铺设较为复杂,城市轨道或者城际高速铁路会修建在地下管线上方。以京津城际轨道交通工程为例,研究高速车辆振动荷载对铺设地下管线的隧道结构产生的动力影响。运用耦合动力学,建立了车辆-轨道耦合系统振动分析模型,计算高速列车通过时车辆-轨道耦合系统的动力响应。结合有限元理论,建立桩板-土体-隧道一体化纵横垂向空间耦合动力仿真模型。将车辆-轨道耦合系统振动分析模型得到的荷载谱,作为外部激励作用在动力仿真模型上,对电缆隧道的动力响应进行研究。计算结果表明,京津城际铁路运营后高速列车振动荷载的动力作用不会对桩板结构下的电缆隧道产生显著的不利影响。

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、基本单元体间的联结形式、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.

地铁振动荷载作用下隧道土体变形数值模拟

上海地区地铁隧道主要埋设于第③层淤泥质粉质粘土和第④层淤泥质粘土层中,根据长期监测资料的分析,地铁列车的振动对隧道周围土体强度和变形有较大的影响。利用室内动三轴试验结果确定土体的动弹性模量,采用数值模拟的方法计算饱和软粘土地区地铁振动荷载作用下隧道周围土体的变形,由此进一步计算出地铁振动荷载作用下引起的地面沉降量。通过计算的地面沉降量与实测值比较,其结果与工程实际相吻合。因此可以利用此方法对地铁运营后的沉降量进行评价和预测,为地铁工程的设计、安全运营以及对周围建筑物的影响提供有价值的参考。

高速铁路振动荷载时程的动力反分析

为了求解高速铁路竖向振动荷载时程问题,在用Newmark 法求解运动平衡方程的基础上,推导了求解振动荷载的公式,提出了由振动加速度反求振动荷载时程的动力有限元方法。结合秦沈客运专线,计算了列车运行速度分别为230 km/h和265 km/h时的列车竖向振动荷载时程。发现列车运行速度提高了35 km/h时,列车竖向振动荷载最大值增加了16 34 kN。结果表明由实测振动加速度可以反求振动荷载,该方法可行。

列车振动荷载作用下隧道衬砌结构动力响应特性分析

论述隧道衬砌结构动力有限元分析的理论与数值计算方法,并以京广线朱亭隧道列车振动荷载现场测试成果为基础,通过对3种不同断面形状的隧道衬砌结构的动力响应特征进行分析研究,可获得隧道衬砌结构竖向位移、竖向加速度及各种内力时程曲线。研究成果对评价既有提速铁路隧道衬砌结构的动力稳定性和完善铁路隧道结构的设计理论具有一定的指导意义。

地铁列车振动荷载作用下隧道底部土层孔隙水压力及变形特性研究

为研究地铁列车振动荷载长期作用下隧道底部土层的孔隙水压力及变形特性,以北京地铁7号线2期(东延)工程为背景,利用ADINA有限元计算平台建立典型隧道区间断面的有效应力分析模型,进行上限速度行车荷载作用下饱和场地土层-隧道体系水土耦合动力响应分析,研究典型位置处孔隙水压力时程变化规律,并预测地铁振动荷载作用下引起的沉降量。同时,对北京地铁7号线粉细砂进行土工室内试验,进一步研究隧道底部土层在地铁行车荷载作用下的孔隙水压力及竖向变形发展规律。结果表明:1)在长期列车振动荷载作用下,隧道底部土层孔隙水压力逐渐增大,且增大值随土层深度的增加而减小; 2)土体的累积超孔隙水压力比和累积应变量随着荷载幅值的增加而增大; 3)与非均等固结条件相比,均等固结条件下的超孔隙水压力比较大,但累计应变量小; 4)列车振动引起的超孔隙水压力和应变均较小,超孔隙水压力在列车停运期间足以消散完毕。

列车振动荷载作用下南京细砂振动累积变形特性试验研究

列车振动荷载作用下松散砂土振密造成的早期路基沉降将对列车的正常运行产生很大的影响。本文以南京地区新近沉积片状细砂为研究对象,采用英国GDS空心圆柱扭剪仪模拟列车振动荷载的实际应力路径,并考虑排水条件、试样围压和加载幅值等因素,初步研究了2000列次(14000振次)列车振动荷载作用下南京新近沉积片状细砂的振动排水特性和竖向累积变形特性。实验结果表明,试样围压对南京片状细砂的竖向累积变形的影响较为明显,同时,当试验围压较小时,加载幅值对试样的竖向累积变形的影响更大。其次,排水条件主要对列车运营前期的路基累积变形产生明显的影响,对后期的累积变形的影响基本可以忽略。最后,根据试验结果,本文也初步给出了排水条件和不排水条件下南京片状细砂的竖向累积应变增长曲线的新预测公式及其参数取值。研究结论对列车振动荷载作用下新近沉积砂性土的动力学特性及其累积变形的计算方法等问题的研究具有很好的参考价值。

地基动力特性对地铁列车振动荷载诱发振动的影响

结合"分区契合"技术,采用间接边界元方法研究了地铁列车振动诱发的层状地基振动问题。方法首先将模型划分为含隧道的层状半空间和轨道下垫层两个区域。然后求解振动荷载作用于垫层表面时轨道下垫层区的自由波场,同时在两个区域的边界上分别施加单位虚拟荷载来模拟两个区域内的散射波场。最后契合两个区域,由边界条件求得虚拟荷载的幅值,进而求得地基的动力响应。文中进行了数值计算,着重分析了土层厚度、基岩与土层刚度比等地基动力特性参数对地表振动的影响,同时针对天津一典型地基和其等效单层土地基进行了比较研究,得出了一些有益的结论。