Vibration characteristics of frozen soil under moving track loads

Vibration due to moving traffic loads is an important factor which induces frozen soil damage; this paper analyzed these vibration characteristics of frozen soil foundation under track loads. Firstly, seismic observation array （SOA） technology was applied to monitor the three dimensional dynamic characteristics of frozen soil under movable track load in a per- mafrost region and seasonal frozen soil area. Secondly, a numerical simulation for the response of frozen soil under movable track load was performed based on finite element analysis （FEA）, The results show that dynamic characteristics of frozen soil in perpendicular and parallel direction of the track are obviously different. In the direction perpendicular to the track, the vertical acceleration amplitude had an abrupt increase in the 9-10 m from the track line. In the direction parallel to the track, the acceleration in vertical and horizontal direction had a quick attenuation compared to the other direction. Lastly, various parameters were analyzed for the purpose of controlling the dynamic response of frozen soil and the vibration attenuation in frozen soil layer.

线路纵向阻力对梁轨网系统地震响应影响规律

研究目的:为研究不同线路纵向阻力下高速铁路桥梁-轨道-接触网系统的地震响应特性,以铺设7×32m双线简支箱梁为例,建立桥梁-轨道-接触网系统精细化仿真模型,探讨线路纵向阻力对系统各构件地震响应的影响,分析不同地震波作用下各构件的响应特性,以及接触网结构对梁轨系统的影响规律。研究结论:(1)线路纵向阻力对钢轨应力和扣件纵向变形影响较大,无砟轨道能减小桥台处的扣件纵向变形,但会提高两端桥台处的钢轨应力,在El-Centro地震波作用下,无砟轨道扣件纵向阻力下的扣件纵向变形分别比有砟轨道和小阻力扣件低16.7%、15.0%;(2)线路纵向阻力对接触网结构和桥梁结构的地震响应影响较小;(3)不同线路纵向阻力下,El-Centro波对桥梁结构和轨道结构的影响比Taft波显著,在El-Centro地震波作用下,小阻力扣件和有砟轨道下的梁体应力分别比无砟轨道高9.6%、7.4%;(4)接触网结构的存在会影响系统的整体刚度,考虑接触网后,梁体应力和桥台底部最大剪力明显增大,建议在进行震区高速铁路桥梁设计时考虑接触网结构的影响;(5)本研究成果可为桥上轨道结构抗震设计提供参考和借鉴。

无砟轨道对不同地形下简支梁桥地震反应的影响

研究目的:为研究CRTSⅡ型板式无砟轨道系统对多跨简支梁桥下部结构地震反应的影响,以32 m简支梁桥为研究对象,分别建立线桥一体化模型与单墩模型,采用反应谱法研究3种典型地形条件下轨道纵向约束效应对桥墩地震反应的影响规律。研究结论:(1)跨越平坦地形时,受轨道系统与端刺的影响,线桥一体化模型的墩底内力呈边界处小、中跨大的抛物线型分布,与单墩模型相比,中跨区域的桥墩处在地震反应放大区;(2)跨越V字形地形时,该区域各墩底内力呈现临界墩底内力显著增大、中跨高墩的墩底内力明显减小的U字形分布特征;(3)跨越Λ字形地形时,该区域各墩底内力呈现以中跨矮墩为中心、且其墩底内力显著增大、相邻墩底内力明显减小的Λ字形分布特征,中跨矮墩在抗震设计时应加以重视;(4)本研究成果可应用于类似典型地形条件下的高速铁路简支梁桥的抗震设计。

利用动态时间规整的多层位追踪方法

层位追踪是地震资料处理、解释中非常重要的步骤,现有的层位自动追踪技术在遇到断层时追踪效果不佳。为此,根据相邻地震道之间波形相似性,提出一种利用动态时间规整(DTW)的纯数据驱动的多层位追踪方法。首先,提取地震道特征值,将地震道按波谷、波峰或过零点等特征划分,使所追层位点严格遵循以上特征,保证追踪结果的高精度;其次,利用DTW方法计算两道相邻地震道划分好的特征值序列以得到相似路径;最后,从相似路径中提取所有彼此相似的特征值点对,并根据参考层划分特征值点对得到各套层位。模型数据试算和实际资料测试结果表明,所提方法能快速追踪到目标区域的各套层位,并有效克服断层对层位追踪的阻碍,对不同地质条件的地震资料具有一定的适用性,有一定的应用价值。

卷积神经网络的半监督层位追踪方法

层位追踪是地震资料解释的关键步骤,通常由解释人员以人机交互方式进行,效率较低。卷积神经网络可以构建地震数据和训练标签的非线性映射关系从而完成层位追踪,由于人工解释结果获取困难,仅由少量标签训练的模型泛化能力较差。为此,提出一种基于卷积神经网络的半监督层位追踪方法,将层位追踪转化为层位断层间区域的图像分割。首先使用自编码器对无标签数据进行训练,之后将部分参数迁移至有监督学习网络后使用少量标签数据进行有监督学习,最后对整个工区的地震数据进行预测,提取分割结果边缘作为层位追踪结果。合成数据和实际数据的测试结果均表明,相较于有监督学习层位追踪方法,该方法具有较少的错误分割,由分割边界提取的层位与人工层位解释结果的误差较小,具有更好的泛化能力。

考虑轮轨多点接触关系的车轨系统地震响应分析

为研究地震作用下轮轨多点接触关系及其对车轨系统地震响应的影响,本文基于虚拟渗透理论分析了轮轨多点接触的几何关系,采用修正的Kik-Piotrowski方法和Kalker线性理论求解轮轨接触力,并建立了地震作用下考虑轮轨多点接触关系的列车-无砟轨道系统模型;以某高速铁路为对象,研究了车轨系统的地震响应及列车的行车安全性。研究结果表明:地震作用下轮轨之间会出现2点接触情况,次接触斑对轮轨接触行为具有重要影响;轮轨多点接触关系对地震作用下的轮轴横向力和脱轨系数具有重要影响,不考虑该多点接触关系会低估列车的行车安全性;车轮抬升量对地震动强度不是特别敏感。

冲刷作用对考虑轨道约束的连续梁桥纵向地震响应影响分析

铁路桥因冲刷作用减弱了桩-土间约束,增大了地震作用下的安全风险。本文以某高速铁路连续梁桥为工程背景,利用OpenSees建立梁-轨一体化计算模型,研究了道床阻力系数和端刺对不同冲刷深度下桥梁地震响应的影响,分析了轨道约束对桥梁地震响应及减震效果的影响,探讨非一致冲刷作用对桥梁地震响应的影响。结果表明:(1)不同支座下桥梁地震响应随冲刷深度变化受道床阻力系数影响较大;端刺结构对冲刷作用下桥梁地震响应影响较为明显;(2)轨道约束对冲刷作用下设置普通支座的桥梁地震响应影响显著,而对设置摩擦摆式支座的桥梁地震响应影响较小;(3)桥梁减震效果随冲刷深度增加而逐渐降低,且冲刷深度越大,轨道约束对桥梁减震效果影响越显著;(4)非一致冲刷作用下轨道约束对桥梁地震响应影响较一致冲刷更显著。研究成果可为跨越河谷地区铁路桥抗震设计提供参考。

地震作用下散体有砟轨道动力特性及能量传递研究

地震波在轨道结构的传播过程伴随着能量的释放与传递,而有砟轨道的散粒体特性又使得轨道结构的动力响应更为复杂。本文提出了基于轨道能量系数以及HHT的地震过程中轨道结构能量分析方法,并建立了离散元有砟道床地震动力响应理论模型,研究不同地震烈度下道床的动力响应及能量传递,主要结论有:(1)地震动从道床底层传递至顶层时,能量平均衰减了47.14%,能量系数随地震烈度呈现出先增后降的变化趋势。(2)随地震烈度的增加,道床横向阻力和支承刚度呈现出不同的变化规律。道床横向阻力随地震烈度升高而逐渐降低,支承刚度随地震烈度升高呈现先升后降的变化规律。(3)直接堆积边坡和设置挡墙两种结构在地震作用下的动力响应存在差异。设置挡墙后,道砟颗粒接触与运动分布更加均匀,震后道床横向阻力最高提升6.95%,支承刚度提升27.28%,能量系数提升6.43%。建议在高地震烈度区采取设置挡墙替代传统的边坡有砟轨道结构。

基于全寿命效费比的地铁上盖隔震(振)结构优化设计方法

隔震(振)技术是提升地铁上盖建筑抗震性能和舒适度的有效措施,优化此类结构设计方法具有现实意义和紧迫性。提出了适用于地铁上盖隔震(振)结构的全寿命效费比评估模型;采用基于结构响应的全寿命评估方法,研究了周期比、质量比、隔震层刚度及阻尼等关键结构参数对地铁上盖隔震(振)结构效益的影响;基于遗传算法提出了地铁上盖隔震(振)结构优化设计方法。研究结果表明:增加隔震层后结构地震损失主要集中于下部结构,上、下部结构质量比越大地震损失越小;上下部结构周期比越大,地震损失越小;隔振层刚度与隔振效益呈正相关;采用提出的优化算法对原型结构优化后,地震损失费用可减小30%,竖向振动加速度级可减小2 dB,验证了该方法的可行性。

基于蚂蚁追踪技术的三维地震精细解释研究——以溧阳市土包山地面塌陷区为例

地面塌陷是地下矿产采空区常见的地质灾害,实践中可采用三维地震勘探来勘查塌陷区地质情况。针对研究区存在反射波能量弱、分辨率低等问题,常规解释方法难以保证该区第四纪薄地层、老坑回填土边界、采空区及井下巷道等的解释有效性,在三维地震精细解释中采用蚂蚁追踪技术,利用蚂蚁体增强异常边界特征,提高横向不连续地质体的识别效果。从蚂蚁体剖面和沿层切片上综合分析,识别塌陷区老采坑底界、采空区边界范围以及部分巷道。该技术增加了地质目标纵、横向分辨率,提高了地震解释精度,较好地解决了第四纪薄地层及回填土的反射波能量弱、分辨率有限的问题;识别了地下部分巷道,为今后井下巷道的解释识别提供参考。

基于深度学习的高速铁路简支梁桥震致损伤预测

基于卷积神经网络,提出了一种快速预测高速铁路无砟轨道-简支梁桥系统震致损伤的方法。为得到更多地震动信息,通过连续小波变换,将一维地震动数据输入变换成三维图像输入。通过对比损伤样本库中的结果,验证了提出方法的可靠性,分析了卷积神经网络的不同超参数对预测结果和训练时长的影响,得到了贝叶斯优化后的卷积神经网络超参数组合,对比了不同抗震分析方法得到高速铁路无砟轨道-简支梁桥系统震致损伤所需时间。利用优化后的卷积神经网络预测了高速铁路无砟轨道-简支梁桥系统中不同关键构件的震致损伤。研究表明:初始学习率是影响网络预测准确度的最主要因素,学习率下降系数、最小批次及训练轮数会对网络预测结果造成一定影响。而训练卷积神经网络所需时长主要由训练轮数及最小批次决定。提出的方法对高速铁路无砟轨道-简支梁桥系统中不同构件的震致损伤均具有较高预测准确度,网络结构具有较高的适用性,优化后的卷积神经网络训练耗时更短且对高速铁路无砟轨道-简支梁桥系统震致损伤预测更准确。研究成果可为震后高速铁路系统震致损伤的快速修复提供参考。

高烈度地震区城际铁路斜拉桥设计研究

粤东城际铁路跨南溪河特大桥采用(40+75+280+75+40)m双塔双索面混合梁斜拉桥,半飘浮结构体系,是目前国内已设计的地震烈度最高的铁路斜拉桥之一。通过对梁高、索间距等关键参数研究,获得与同类铁路桥梁相比最低梁高、最大索间距,有效降低梁体自重与地震响应;研究出适用于矮墩斜拉桥抗震体系,通过带剪力销的抗震球型支座与黏滞阻尼器共同作用,实现减震消能并控制地震位移,并将桥塔处纵横向阻尼器合并设计,合理利用黏滞阻尼器防止支座地震作用下的“跳起”现象;为解决下塔柱高度过小、桥塔横梁刚度大导致的结构外形不协调、次内力大、地震响应大的问题,提出一种下横梁-下塔柱一体化设计方案,有效减小了桥塔及其横梁静力及地震力,且结构美观协调;为了解决高烈度震区下,桥塔混凝土上横梁由于地震产生的巨大剪力导致横梁尺寸及配筋率、用钢量过大的问题,创新性提出一种轻型、柔性钢结构上横梁,节约了材料用量,并大幅优化了其在横震作用下的受力性能;通过CFD仿真模拟,对该桥抗风性能进行研究;通过对结构风-车-桥空间耦合振动性能进行研究,结果表明该桥施工及成桥阶段抗风性能均满足规范要求,且能够满足城际铁路无砟轨道对结构安全性和行车舒适性的要求。

地震平面沉积相解释方法研究及应用

传统三维地震资料解释方法在构造油气藏的勘探研究中发挥了重要作用,但对于岩性油气藏的勘探研究则缺乏有效的手段。针对这个问题,该文提出了一种新的地震资料解释方法——地震平面沉积相解释方法,它是在地震切片解释方法的基础上,发展了多属性融合成像、切片沉积相投影、平面沉积相智能追踪等关键技术,这些技术充分利用了地震资料横向密集连续的特性,提高了地震-地质解释的效率和精度,对地下规模较小的地质体具有很好的识别能力,对岩性油气藏的勘探和研究具有借鉴作用。

小波分析在油气田地球物理勘探中的应用

阐明了具有Ｌｉｐｓｃｈｉｔｚ指数的地震道信号奇异性的数学特征。对油气勘探区的实际人工地震资料，选取具有紧文集的二次样条函数作为小波基。然后将采样所得的数据作离散二进小波变换，采用Ｍａｌｌａｔ塔式算法对地震波信号进行分解与重构。计算出小波变换模的极大值，并与所给阈值进行比较。由该奇点所对应的时间ｔ确定其深度位置，从而对地震道资料进行高分辨率处理。采样间隔为Δｔ＝２ｍｓ，采样区间为［９００，１４００］，采样数据个数为２５１．用实际测井资料检验，彼此十分吻合。

多维地震作用下桥梁-无砟轨道非线性相互作用

为研究多维地震作用下桥梁-无砟轨道非线性相互作用规律,以沪昆高铁16×32 m简支箱梁桥为例,建立了充分考虑无砟轨道结构层间纵横竖向非线性约束的桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道系统仿真模型,并与桥上CRTSⅠ型双块式无砟轨道系统对比,探讨其地震响应特征,研究水平地震激励角对系统受力、变形的影响,及多维地震耦合作用下桥梁-无砟轨道系统地震响应规律。与桥上CRTSⅠ型无砟轨道系统相比,桥上CRTSⅡ型无砟轨道系统地震响应特点主要表现为:底座板与桥面板之间通过摩擦系数极小的滑动层滞回耗能,大幅提高系统抗震性能;钢轨应力包络曲线较为平滑且数值相对较小;挡块对轨道竖向变形起到一定约束作用,地震中底座板和挡块之间存在频繁的碰撞现象;轨道结构竖向约束相对较弱,地震时钢轨将出现较大幅度的竖向位移。此外,水平地震激励角对桥上无砟轨道系统受力和纵横向变形影响显著,在进行地震响应分析时必须考虑地震激励角的影响;在进行地震作用下轨道结构变形分析时,应考虑多维地震耦合作用的影响。

板式无砟轨道系统对不同抗震体系铁路桥梁纵向地震响应的影响

以某高速铁路大跨度连续梁桥及32 m简支梁桥为研究对象,针对CRTSⅡ型板式无砟轨道体系的结构特点,建立考虑轨道体系纵向约束及摩擦效应的线桥一体化计算模型,对2种不同的抗震体系(延性抗震体系及减隔震体系)进行非线性地震响应分析。研究结果表明:在剪力齿槽弹性工作状态下,轨道体系纵向刚度约束效应对桥梁下部结构地震反应的影响显著,但摩擦效应影响较小,可忽略。桥梁采用的抗震体系不同,在地震作用下轨道系统及剪力齿槽的受力及分布规律也不同。建议强震作用下板式无砟轨道体系的受力分析应合理考虑桥梁不同抗震体系的受力特征。最邻近连续梁的一跨简支梁的剪力齿槽水平剪力远大于其他跨简支梁的剪力,建议该跨的剪力齿槽应加强设计,以避免在地震作用下由于该处剪力齿槽的受力失效导致其他各剪力齿槽的连锁破坏。

大庆外围油田储层裂缝综合描述技术

大庆外围油田以低、特低渗透储层为主，天然裂缝比较发育。针对储层裂缝对油田注水开发效果影响较大的问题，通过分析研究外围油田裂缝监测数据资料，深入开展了储层裂缝表征、预测及综合描述方法研究，研究了双重介质储层裂缝建模方法，形成了一套完整的低孔低渗储层裂缝定量描述方法，建立了裂缝网络模型及双重介质模型，实现了裂缝几何模型与等效介质模型转换，初步解决了储层裂缝地质建模技术难题。其研究成果在油田开发中得到广泛应用，取得较好的开发效果和经济效益，对非均质裂缝型油田精细开发调整具有重要指导意义。

列车—轨道—路基耦合振动及地震条件下行车安全性分析

铁路路基是线路工程中的薄弱和不稳定环节,地震发生将加剧其破坏并威胁行车安全,而我国又是地震灾害较严重的国家之一,因此,针对列车—轨道—路基耦合振动和地震条件下的行车安全问题开展研究,主要研究内容和结论如下.

地震作用下高速列车与桥梁耦合振动分析

为了研究地震作用下高速列车与桥梁耦合振动特性,通过分析JR300系列轮轨高速列车与高架桥在地震作用下的耦合振动,对轨道不平顺、不同地震波对耦合振动响应的影响进行比较研究。结果表明:轨道竖向不平顺会加大车体振动竖向加速度,在地震作用下,车体加速度会接近或超过规定限值;桥梁在地震与列车作用下,考虑轨道的竖向不平顺对桥梁的竖向响应影响较小;不同地震波激励对车桥振动响应影响有较大不同。