高速鐵路路基段地面振動(dòng)響應(yīng)研究.pdf

1、高速鐵路作為一種節(jié)能環(huán)保、低碳經(jīng)濟(jì)的交通方式，已在我國(guó)得到大力發(fā)展，客運(yùn)鐵路高速化是未來(lái)客運(yùn)鐵路的必然發(fā)展趨勢(shì)，高速鐵路在給人們生活帶來(lái)方便、快捷的同時(shí)其運(yùn)營(yíng)期間產(chǎn)生的地面振動(dòng)問(wèn)題也不可忽視。相對(duì)于普通鐵路，高速鐵路產(chǎn)生的地面振動(dòng)的持時(shí)更短，但是通常其振動(dòng)幅值比普通鐵路更高，且開(kāi)行頻次更高，因此其產(chǎn)生的環(huán)境振動(dòng)問(wèn)題可能更加嚴(yán)重。高速鐵路路基段是高鐵線路的重要組成部分，在地面距線路中心相同距離處路基段振動(dòng)幅值甚至比橋梁段更大，研究高速鐵路

2、路基段地面振動(dòng)對(duì)高速鐵路振動(dòng)影響的預(yù)測(cè)和防治具有重要意義。本文通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)、數(shù)值模擬、理論分析對(duì)高速鐵路路堤段和路塹段地面振動(dòng)響應(yīng)特點(diǎn)、振動(dòng)波的傳播路徑、路基本體和場(chǎng)地地質(zhì)條件對(duì)地面振動(dòng)的影響、地面振動(dòng)的反彈機(jī)理以及鐵路地面振動(dòng)的預(yù)測(cè)等幾個(gè)方面作了研究。
　　(1)對(duì)西寶高速鐵路、成灌鐵路、鄭西高速鐵路路基段地面振動(dòng)進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，通過(guò)分析得到，高速鐵路基段地面振動(dòng)隨距離并非呈單調(diào)衰減，在某些距離處會(huì)出現(xiàn)振動(dòng)放大現(xiàn)象。振動(dòng)隨距離衰

3、減過(guò)程中高頻振動(dòng)的衰減速度比低頻振動(dòng)更快。地面振動(dòng)響應(yīng)受列車編組長(zhǎng)度和列車運(yùn)行速度的影響很大，16節(jié)編組列車引起的地面振動(dòng)比8節(jié)編組列車引起的地面振動(dòng)持續(xù)時(shí)間更長(zhǎng)，振動(dòng)幅值更高，振動(dòng)的衰減速度也更快，但列車編組長(zhǎng)度對(duì)振動(dòng)頻率的影響比較小;列車運(yùn)行速度越快地面振動(dòng)持續(xù)時(shí)間越短，振動(dòng)幅值越高，振動(dòng)衰減速度也越快;列車速度越快，振動(dòng)頻率的分布越離散，當(dāng)速度達(dá)到290km/h及以上時(shí)，地面振動(dòng)頻率出現(xiàn)一系列近似等間距分布的單峰值，對(duì)黃土地區(qū)路塹

4、段地面振動(dòng)頻率與速度的關(guān)系進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)地面振動(dòng)峰值頻率與列車運(yùn)行速度之間存在一定的數(shù)學(xué)關(guān)系。
　　(2)根據(jù)振動(dòng)波在地質(zhì)體中的傳播規(guī)律，對(duì)路基段振動(dòng)波的傳播路徑進(jìn)行了分析，得到不同場(chǎng)地路堤段和路塹段地面振動(dòng)的組成成分。在均勻場(chǎng)地中，路堤段地面振動(dòng)是由地表R波和靠近地表的體波組成，路塹段地面振動(dòng)由地表R波、靠近地表的體波以及路塹邊坡體體內(nèi)部向上傳播的體波疊加組成;在雙層介質(zhì)中，路堤段地面振動(dòng)除了地表R波、靠近地表的體波外還包括地層

5、界面的反射體波，此時(shí)路塹段的地面振動(dòng)由地表R波和靠近地表的體波、坡體內(nèi)部向上傳播的體波和反射體波（或透射體波）組成。
　　(3)對(duì)高速鐵路路基段地面振動(dòng)進(jìn)行了數(shù)值模擬分析，結(jié)果顯示路堤和路塹的存在都起到了減輕地面振動(dòng)的作用，路堤段地面振動(dòng)以垂直向振動(dòng)為主，地面振動(dòng)隨路堤高度和路堤剛度的增大而減小。路塹段地面振動(dòng)中垂直軌道的水平向與垂直地面的Z向振動(dòng)幅值比較接近，路塹深度和坡度對(duì)地面振動(dòng)幅值的影響相對(duì)較小。
　　(4)均勻場(chǎng)地

6、中，地面振動(dòng)幅值隨介質(zhì)的密度、泊松比、阻尼的增大而減小，而振動(dòng)幅值隨場(chǎng)地彈性模量非單調(diào)線性變化。通過(guò)敏感度分析得到地面振動(dòng)受場(chǎng)地地質(zhì)參數(shù)影響的敏感度排序?yàn)?彈性模量＞阻尼＞泊松比＞密度。在上覆土層下伏基巖的雙層地質(zhì)結(jié)構(gòu)中，覆蓋層厚度對(duì)地面振動(dòng)的影響存在臨界厚度，本文中臨界厚度為10m，當(dāng)覆蓋層厚度小于10m時(shí)，覆蓋層厚度越小地面振動(dòng)幅值越大，當(dāng)覆蓋層厚度大于10m后，對(duì)地面振動(dòng)影響很小。
　　(5)通過(guò)傅立葉變換分析了路基本體、場(chǎng)

7、地彈性參數(shù)、阻尼和覆蓋層厚度對(duì)場(chǎng)地振動(dòng)頻率的影響，結(jié)果顯示路堤高度和剛度對(duì)地面振動(dòng)頻率的分布影響很小;路塹深度的變化影響近場(chǎng)高頻振動(dòng)的含量，但對(duì)地表30m以后的振動(dòng)頻率分布影響很小，路塹坡度越陡地面振動(dòng)頻率和主頻的分布范圍越寬;場(chǎng)地密度、泊松比以及覆蓋層厚度對(duì)地面振動(dòng)頻率幾乎沒(méi)有影響。場(chǎng)地介質(zhì)彈性模量在100～400MPa范圍內(nèi)，地面60～85Hz范圍內(nèi)的振動(dòng)能量隨彈性模量的增大而增大，彈性模量大于400MPa后對(duì)振動(dòng)頻率影響很小。介質(zhì)

8、阻尼對(duì)近場(chǎng)的地面振動(dòng)頻率影響較小，在遠(yuǎn)場(chǎng)相同距離處阻尼越大，地面振動(dòng)頻率越小。
　　(6)對(duì)地面振動(dòng)隨距離衰減過(guò)程中出現(xiàn)“振動(dòng)反彈”現(xiàn)象的機(jī)理進(jìn)行了探討，得到地面振動(dòng)反彈是由以下多種因素共同作用的結(jié)果:①振動(dòng)波在地層間的反射作用;②多個(gè)扣件激振點(diǎn)產(chǎn)生振動(dòng)波的疊加作用;③列車長(zhǎng)持時(shí)激振產(chǎn)生的不同類型振動(dòng)波在傳播過(guò)程中的疊加。④路塹段邊坡內(nèi)部向上傳播的體波與地面附近振動(dòng)的疊加。根據(jù)振動(dòng)波的反射定律和不同振動(dòng)波的傳播速度差異，推導(dǎo)出了雙