350 km/h高速铁路隧道行车振动的波阻板隔振特性研究

地下铁路行车速度的提高对车致环境振动的控制提出了更高的要求。围绕350 km/h高速铁路隧道行车诱发的振动问题开展研究。基于车辆—轨道耦合动力学理论和有限元方法,构建了地下铁路车致振动预测模型,并通过现场振动试验验证其准确性。通过数值计算详细探讨了波阻板(wave impeding block,WIB)宽度、埋深和材料属性对隔振性能的影响。研究表明,隧道上方土体中设置水平WIB可显著降低行车引发的地面振动。特别地,当WIB布设位置靠近振源较近时,对5 Hz以上的振动成分呈现出显著的隔振效果。同时,WIB宽度、埋深与其隔振性能直接相关,但过大的宽度和埋深可能导致远场地面振动增强;多孔聚苯乙烯波阻块相较于橡胶、细砂及C30混凝土展现出最佳的隔振性能,特别是在5~200 Hz的振动频率范围内有较好隔振效果。

三维周期结构波阻板的带隙特性研究

波阻板(wave impeding block,简称WIB)常被用于动力机器、轨道交通、建筑施工等振源产生的振动污染控制。但波阻板受土层截止频率的制约,隔振频带窄且无法对特定频率范围进行针对性的振动控制,根据声子晶体,发展了一种三维周期结构波阻板(periodic structural WIB,简称PSWIB)。采用COMSOL有限元分别计算了散射体为正方体及球体时三维周期结构波阻板的带隙,讨论了结构、材料参数等因素对带隙特性的影响,并进行了正交试验优化设计。理论和数值计算均表明:三维有限周期结构波阻板所得衰减区与无限周期波阻板带隙范围一致,具有带隙性,振动衰减区内最大振幅衰减可达54 dB。与传统波阻板相比,三维周期结构波阻板拓宽了隔振频带,突破了截止频率的制约,并可依据振源特性设计三维周期结构波阻板材料参数满足对目标频率振动隔离的要求。

非饱和土地基中双层波阻板屏障对S波的隔离效应研究

在传统波阻板的基础上,将屏障隔振改进为相同厚度的双层波阻板。基于非饱和多孔介质和弹性介质中的波动理论,研究非饱和土地基中双层波阻板对S波的隔离效应。根据Helmholtz原理,获得S波入射下非饱和土地基中设置双层波阻板后地表竖向位移解答。首先研究双层波阻板的材料参数对其隔振性能的影响规律,研究发现通过调控双层波阻板的密度和剪切模量能够使双层波阻板隔振屏障获得最优隔振效果;然后对比双层波阻板与相同材质的单层均质波阻板的隔振效果,并分析入射角、频率、饱和度、波阻板的厚度和埋深等物理力学参数对其隔振性能的影响规律。研究结果表明:同一厚度的波阻板隔振体系中,双层波阻板的隔振效率比同等材质的单层波阻板分别提高了49.18%和42.59%;双层波阻板对低频、中频和高频的环境振动均有较好的隔振效果。

地下动荷载作用下非饱和土地基中双层波阻板隔振性能研究

为了探究非饱和土地基中波阻板的隔振性能以及提升传统均质波阻板隔振的频宽。基于单相弹性介质理论和非饱和多孔介质理论,对地下动荷载作用下非饱和土地基中双层波阻板的隔振效果进行了研究。利用Fourier积分变换和Helmholtz矢量分解原理,建立了地下动荷载作用下非饱和土地基动力响应的计算列式。分析了双层波阻板各层弹性模量、密度、板厚、埋深、土体饱和度及荷载频率等物理力学参数对双层波阻板隔振性能的影响规律。研究结果表明:通过设计波阻板各层的弹性模量和密度可获得双层波阻板的最佳隔振效果,同等厚度下,双层波阻板的隔振效果要优于均质波阻板。双层波阻板提升了均质波阻板减振的频宽,其对低中高频振动(5 Hz≤f≤80 Hz)均有良好的隔振效果。双层波阻板的埋深越靠近振源处隔振效果越好,并且存在临界厚度,当波阻板厚度超过其临界厚度时,隔振效果随厚度的增大而减小。土体饱和度对双层波阻板隔振效果影响显著,在低饱和度时双层波阻板可以取得更好的隔振效果。

弹性层状土体中波阻板(WIB)减振效果的边界元传递矩阵法分析

采用边界元传递矩阵法,研究了层状土体中埋置波阻板(WIB)对条形简谐荷载振动的减振效果.土体为层状弹性半无限空间,波阻板埋置在层状土体中,通过计算层状土体中不同观察点的插入耗损,分析波阻板的减振效果.数值结果表明:波阻板对低频有较好的减振效果,但当振动波长相对于波阻板的埋深、宽度较小时,对于某些频率的振动,较远处的观察点有频率放大现象.

高速铁路路堤中WIB减隔振效果研究

为研究高速铁路路堤中WIB(波阻板)的减隔振效果,构建了简易的铁路路堤原理性试验模型,获得了在WIB底面与路堤顶面垂直间距不同时、在路堤面上的简谐荷载作用下引起的振动波在模型表面的传播衰减规律,分析了铁路路基中WIB底面与路堤顶面垂直间距不同时的减隔振效果;构建了高速铁路路基三维动力数值仿真分析模型,并进行对比分析,验证了模型试验的合理性。结果表明:在高速铁路路堤的基床底层中设置WIB,越靠近路堤顶面,减隔振效果越好;在基床底层的顶面设置WIB的减隔振效果优于在基床表层设置WIB。

饱和地基中波阻板远场被动隔振的二维BEM-FEM耦合分析

国际上已把振动污染列入“七大环境公害”之一,而波阻板(wave impedance block,简称“WIB”)是低频环境振动污染防治的一种常用手段。针对饱和地基中建(构)筑物下方设置波阻板的远场被动隔振问题,分别采用饱和土半解析BEM对饱和地基和FEM对波阻板进行建模,最终建立了波阻板对入射Rayleigh波隔振的半解析BEM-FEM耦合方程,采用该方法计算分析了波阻板的远场被动隔振效果,并初步探讨了组合式波阻板(由多种材料组成的波阻板)的隔振效果。研究结果表明:在建(构)筑物下方一定深度设置波阻板能够有效降低波阻板上方地表的振动;地表屏蔽区域范围与波阻板设置范围基本吻合。减小波阻板埋深和增大波阻板厚度均能取得更好的隔振效果,而波阻板宽度对隔振效果基本无影响;实际工程设计时,建议波阻板埋深取0.2~0.4λR(λR为Rayleigh波波长)和厚度取0.2~0.3λR,宽度则根据被保护建筑尺寸确定。波阻板材料剪切模量对隔振效果影响较大,增加波阻板材料剪切模量是提高波阻板被动隔振效果最为有效的措施之一。此外,当波阻板由竖向多层材料组成时,建议采用上软下硬方式构建波阻板;当波阻板由多种材料水平分区组成时,地表隔振效果与其下方对应分区的材料性质相对应,可根据实际工程振动控制要求的不同构建多种材料分区的组合式波阻板。

非饱和土地基中复合多层波阻板对S波的隔离效应

基于弹性波在非饱和多孔介质与单相弹性介质中的传播理论,考虑在非饱和土地基中设置一定厚度的复合多层波阻板(复合多层波阻板以3层为例),利用Helmholtz矢量分解定理,推导了非饱和土地基中S波通过复合多层波阻板的透射、反射振幅比的解析解。通过数值算例,分析了层间波阻板剪切模量和密度等物理力学参数对非饱和土地基中S波通过复合多层波阻板时传播特性的影响规律。结果表明:复合多层波阻板中层间波阻板材料的剪切模量和密度对透反射系数影响显著。复合多层波阻板是一种有效的隔振屏障,严格控制层间波阻板的剪切模量和密度可以获得最佳隔振效果,这为复合多层波阻板在地基振动控制领域中的应用提供理论指导。

非饱和土地基中P_(1)波通过复合多层波阻板的传播特性研究

基于弹性波在非饱和多孔介质与单相弹性介质中的传播理论,考虑在非饱和土地基中设置一定厚度的复合多层波阻板(复合多层波阻板以3层为例),利用Helmholtz矢量分解定理,推导了非饱和土地基中P1波通过复合多层波阻板的透射、反射振幅比的解析解。通过数值算例分析了层间波阻板剪切模量和密度等物理、力学参数对非饱和土地基中P1波通过复合多层波阻板时传播特性的影响规律。结果表明:复合多层波阻板中层间波阻板材料的剪切模量对透、反射系数影响显著,层间波阻板材料的密度对透、反射系数影响较小。故严格控制层间波阻板的剪切模量可以获得很好的隔振效果,这为复合多层波阻板在地基振动控制领域中的应用提供理论指导。

波阻板对平面P-SV波的散射及其隔振性能分析

在二维弹性地基的有限深度处埋设波阻板,采用复弹性理论分析波阻板对平面P-SV波的散射及其隔振效果。首先,通过保角映射技术给出矩形波阻板的映射表达式;其次,根据复弹性理论建立问题在复数域上的动力学控制方程和应力边界条件,并结合波函数展开法得到动力响应解答;最后,引入振幅衰减系数,并通过其变化曲线分析平面P-SV波作用下埋置深度、剪切模量比、弹性波入射角度以及弹性波频率等对隔振效果的影响。结果表明:剪切模量比对波阻板隔振效果影响显著,且随着模量比增大,隔振效果增强;波阻板埋深越大,隔振效果越差;随着入射波角度和频率增大,隔振效果也随之降低。

简谐荷载作用下非饱和土地基中波阻板隔振效果研究

鉴于非饱和土地基振动问题的普遍性和复杂性,环境振动下非饱和土地基振动控制已成为土动力学的研究热点。基于单相弹性介质和非饱和多孔介质理论,对简谐荷载作用下非饱和土地基中设置单相固体波阻板的隔振效果进行了研究。考虑地表排水排气的边界条件,利用Fourier积分变换和Helmholtz矢量分解原理,建立了动荷载作用下地基动力响应的计算列式。分析了非饱和土地基中土体饱和度、荷载频率、波阻板的埋深、厚度以及弹性模量对其隔振性能的影响规律。结果表明:非饱和土地基中设置波阻板能够取得很好的隔振效果。地表位移幅值随饱和度和波阻板埋深的减小而显著降低,随荷载频率、波阻板的厚度和弹性模量的增大而明显减小。

列车荷载下竖向非均匀地基波阻板主动隔振分析

对列车模型简化计算,基于薄层法研究波传播问题高效性与边界元法处理无限域问题精确性,建立薄层法基本解答作为格林函数边界元法。针对三维竖向非均匀地基模型,对WIB主动隔振体系进行参数研究。结果表明,在轨道交通荷载作用下,增加WIB剪切模量、厚度、宽度及选较小埋深均可增大WIB隔振体系隔振效果;非均匀系数对隔振效果略有影响。

饱和地基上列车运行引起的地面振动隔振分析

利用推导出的频域内饱和土的以土骨架位移u和孔隙水压力p表示的u-p格式的2.5维有限元方程,分析列车低速和高速运行条件下不同隔振措施的隔振效果,包括空沟、填充沟(混凝土墙)和混凝土板(波阻板)。其中轨道被简化为饱和地基上的Euler梁,通过沿轨道方向的波数变换将三维空间问题降为平面应变问题,对求解的结果进行Fourier反变换,获得三维时域-空间域内的解。研究表明:弹性地基和饱和地基上设置空沟和填充沟隔振效果相差不大,而设置波阻板隔振效果存在较大差异。列车低速运行时,空沟基本无隔振效果,填充沟在一定范围内有隔振效果,波阻板隔振效果最好;列车高速运行时,空沟在较大沟宽和较深沟深条件下才能达到较好隔振效果,填充沟和波阻板只需较小尺寸就能达到理想的隔振效果。

轨道交通荷载下饱和地基中波阻板主动隔振研究

对列车-轨道子结构进行简化计算,基于薄层法原理推导了饱和地基的三维动力基本解答,为降低薄层法的计算深度,提高计算效率,对饱和半空间的刚度矩阵进行二阶Taylor级数展开,得到了饱和土的旁轴边界作为薄层法的底部边界;基于饱和土频域边界元法,建立了以薄层法基本解作为动力Green函数的饱和土半解析边界元法。对三维饱和地基模型的WIB主动隔振体系进行了详细的参数研究,得到了轨道交通荷载作用下饱和地基WIB主动隔振的规律。分析结果表明:在轨道交通荷载作用下,在饱和地基设置WIB隔振体系有显著的隔振效果;增加WIB的剪切模量、厚度和宽度均可提高WIB隔振效果,且仅需较小的尺寸即可实现。

二维层状地基波阻板隔振分析

为了研究层状地基中波阻板的隔振效果,基于薄层法在研究层状介质中波的传播问题的高效性、边界单元法处理无限域问题的精确性,结合两种方法的优点,本文采用以薄层法层状半空间基本解答作为格林函数的边界元法,分别对上软下硬和上硬下软两种层状半空间地基中波阻板的隔振效果进行分析。研究表明:增加波阻板的厚度、提高波阻板的弹性模量可以显著提高隔振效果;分层土体厚度和土性对于水平和竖向的位移振幅衰减系数有较大影响。

我国东部复杂断块区三维地震反演与储集层预测

由于地质条件和资料品质的限制,复杂断块区的三维地震资料反演和储集层预测有较大的难度。给出了我国东部某复杂断块区三维地震反演和储集层预测的技术实例,总结了反演工作经验。详细阐述了实现的策略和技术方案,包括数据的分析与处理(如地震极性的判断、测井曲线规则化和敏感性分析等)、子波提取、拟声波测井曲线的重构、约束波阻抗反演、速度场建立、地质统计随机模拟等,展示了多学科一体化工作的过程。研究结果为该区块的井位部署提供重要依据,对类似地区的地震反演和储集层预测也有重要的借鉴意义。

测井约束地震反演技术在河4井复杂断块区的应用研究

河 4井区位于东营凹陷中央隆起带。由于该井区断裂系统复杂、储层横向变化大、地震资料品质差 ,使得对该区沙三中、下段储层的砂体分布认识不清 ,制约了对这一新层系的勘探开发。在该区应用测井约束地震反演技术 ,以精细的层位和断层解释为基础 ,建立符合复杂断裂带地质规律的波阻抗模型 ,通过反演得到了高分辨率的波阻抗数据体。利用波阻抗反演数据体进行储层预测 ,揭示复杂断裂带内砂体的分布规律和储层的沉积规律。利用此法共描述砂体 30个 ,提出有利钻探目标 1 5个 ,为勘探开发位于该井区的河 1 3断层下降盘沙三中、下段储层提供了充足的依据。

含液饱和多孔波阻板的地基振动控制研究

基于含液饱和多孔介质中的流-固耦合作用,提出了以含液饱和多孔材料作为隔振屏障的一类新型的地基振动控制体系。考虑在弹性地基内部设置饱和多孔波阻板,基于线弹性理论和Biot多孔介质模型,采用Fourier级数展开的方法,分别建立了地基表面和内部受到条形简谐荷载作用下地基动力响应的计算列式。通过数值算例,与传统的单相固体波阻板的隔振效果进行了比较,并且分析了多孔材料波阻板中固相材料性质、孔隙率、孔隙流体性质等物理力学参数对地基隔振性能的影响规律。结果表明,相对于单相固体波阻板隔振体系,基于含液饱和多孔波阻板的地基隔振体系更加具有优越性,并且更具有可设计性。

Gibson地基波阻板隔振分析

采用薄层法层状半空间基本解答作为格林函数的边界元法,对Gibson地基三维波阻板(WIB)隔振设计进行了详细的参数分析。结果表明Gibson地基内采用WIB隔振有较好的隔振效果;应保证WIB具有合理的宽度和较小的埋深;增加WIB的厚度和模量是提高隔振效果的最有效的两种措施;此外地基竖向模量变化对WIB隔振效果也具有一定的影响。本文的研究成果对于WIB隔振设计的推广使用具有重要意义。

弹性地基中波阻板对入射Rayleigh波的远场被动隔振研究

针对被保护结构下埋置波阻板的远场被动隔振问题,采用频域弹性边界元法,推导得到了弹性地基中波阻板对入射Rayleigh波散射的边界元方程,在此基础上对波阻板的远场被动隔振效果进行了计算,并对影响波阻板隔振效果的因素进行了分析。研究结果表明:在地基一定深度设置波阻板能够有效降低波阻板上方及后方区域的地面振动;减小波阻板埋深以及增大波阻板厚度均能获得更好的隔振效果;而增加波阻板的剪切模量是提高波阻板被动隔振效果的最有效措施。