高速列車引起的飽和土地基振動機理及隔振研究.pdf

1、隨著我國大量的高速鐵路干線建成并投入運營以及列車運行速度日益加快,高速列車引起的周邊環(huán)境振動污染問題日益顯著。利用基礎(chǔ)理論研究成果,對高速列車引起的周邊環(huán)境振動進行準確預(yù)測,對項目決策以及相關(guān)法規(guī)的制定都用重要意義。另外,開展隔振措施隔振效果方面的研究,將有利于有效、合理地解決高速列車引起的過大地基振動問題,為隔振屏障設(shè)計提供理論指導(dǎo)。
　　 在我國沿海地區(qū),大量高速鐵路建在飽和軟土地基上。飽和軟粘土具有含水量高,剪切波速低等特

2、性,高速列車在飽和軟土地基上容易引起過大地基振動。本文以Biot飽和土體波動理論為基礎(chǔ),采用飽和土體模型對高速列車引起的地基振動預(yù)測和控制展開了以下研究:
　　 1.采用Biot飽和土體波動理論以及Kirchhoff薄板力學(xué)模型,開展了移動荷載作用下上覆薄板三維飽和土地基的動力響應(yīng)基本理論研究。深入分析了飽和土體滲透系數(shù)、荷載移動速度和薄板剛度等參數(shù)對薄板及飽和土地基動力響應(yīng)的影響。
　　 2.提出了一種新的軌道系統(tǒng)-飽

3、和土地基振動分析模型,研究了高速列車荷載作用下飽和土地基動力響應(yīng)問題;并重點分析了軌道系統(tǒng)與飽和土地基間的接觸邊界條件對地基動力響應(yīng)的影響。研究表明,在高頻荷載作用時,軌道系統(tǒng)與地基的簡化接觸條件將明顯低估地基振動響應(yīng)水平;且在高速或高頻荷載作用時,飽和土體與單相彈性介質(zhì)動力特性有明顯差異,單相介質(zhì)模型計算結(jié)果明顯偏小。
　　 3.針對列車運行過程中的加減速問題,提出了列車在加、減速情況下引起飽和土地基振動解析研究模型。通過合理

4、設(shè)置列車速度隨時問線性變化曲線來模擬列車加、減速情況,并采用Fourier變換結(jié)合Fresnel積分函數(shù)對控制方程進行求解。研究表明列車在加減速時對地基豎向位移響應(yīng)影響不明顯,但會引起縱向位移響應(yīng)的明顯增大;另外研究首次表明,列車在加、減速過程中可能引起飽和土地基中的超靜孔壓響應(yīng)大大加劇。
　　 4.提出了車體-軌道系統(tǒng)-飽和土地基的耦合振動分析模型,通過在輪軌間引入Hertizian線性接觸彈簧,確定了由軌道面不平順引起的輪軌

5、動力作用力大小及激振頻率范圍,并進一步分析了輪軌動力作用力對地基振動的影響;比較確定了列車軸荷載和輪軌動力作用力對地基動力響應(yīng)的貢獻大小。研究表明,輪軌動力作用力對列車引起的地基遠場振動有重要貢獻,實際工程中不容忽略。該研究對高速列車引起的周邊環(huán)境振動的準確預(yù)測有重要指導(dǎo)意義。
　　 5.建立了飽和土地基上隔振溝解析分析模型,深入分析了不同速度下隔振溝對移動荷載引起的地基振動的隔振效果;著重比較了飽和土地基上隔振溝與單相彈性介質(zhì)

6、上隔振溝隔振效果的差異。研究表明飽和土地基上隔振溝的隔振效果優(yōu)于單相彈性介質(zhì)上隔振溝的隔振效果;隨著飽和土體滲透系數(shù)的增加,隔振溝隔振效果降低;隔振溝設(shè)置在距離荷載越遠處,隔振溝所取得的隔振效果越好。
　　 6.針對高速列車引起的地基振動問題,開展了隔振溝對列車引起的地基振動隔振效果研究。采用詳細的軌道系統(tǒng)模型與飽和土地基上隔振溝模型相結(jié)合,分析了在不同列車運行速度下,隔振溝對高速列車引起的地基振動隔振效果,并分別研究了隔振溝對

7、列車軸荷載和輪軌動力作用力引起的地基振動的隔振效果。研究表明,隔振溝對列車軸荷載引起的地基振動的隔振效果隨列車運行速度的增加而變好;對輪軌動力作用力引起的地基振動,在各種列車運行速度下都能取得非常好的隔振效果;研究最后得出,應(yīng)把列車軸荷載在超過臨界速度時引起的地基振動應(yīng)作為隔振溝屏障設(shè)計中需要考慮的主要因素。
　　 上述研究表明,飽和土體動力特性與單相彈性介質(zhì)的動力特性有著重要區(qū)別。本研究基于Biot飽和土體波動理論,系統(tǒng)地提出