高速鐵路路基段地面振動響應(yīng)研究.pdf

1、高速鐵路作為一種節(jié)能環(huán)保、低碳經(jīng)濟的交通方式，已在我國得到大力發(fā)展，客運鐵路高速化是未來客運鐵路的必然發(fā)展趨勢，高速鐵路在給人們生活帶來方便、快捷的同時其運營期間產(chǎn)生的地面振動問題也不可忽視。相對于普通鐵路，高速鐵路產(chǎn)生的地面振動的持時更短，但是通常其振動幅值比普通鐵路更高，且開行頻次更高，因此其產(chǎn)生的環(huán)境振動問題可能更加嚴重。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幅值甚至比橋梁段更大，研究高速鐵路

2、路基段地面振動對高速鐵路振動影響的預(yù)測和防治具有重要意義。本文通過現(xiàn)場試驗、數(shù)值模擬、理論分析對高速鐵路路堤段和路塹段地面振動響應(yīng)特點、振動波的傳播路徑、路基本體和場地地質(zhì)條件對地面振動的影響、地面振動的反彈機理以及鐵路地面振動的預(yù)測等幾個方面作了研究。
　　(1)對西寶高速鐵路、成灌鐵路、鄭西高速鐵路路基段地面振動進行了現(xiàn)場測試，通過分析得到，高速鐵路基段地面振動隨距離并非呈單調(diào)衰減，在某些距離處會出現(xiàn)振動放大現(xiàn)象。振動隨距離衰

3、減過程中高頻振動的衰減速度比低頻振動更快。地面振動響應(yīng)受列車編組長度和列車運行速度的影響很大，16節(jié)編組列車引起的地面振動比8節(jié)編組列車引起的地面振動持續(xù)時間更長，振動幅值更高，振動的衰減速度也更快，但列車編組長度對振動頻率的影響比較小;列車運行速度越快地面振動持續(xù)時間越短，振動幅值越高，振動衰減速度也越快;列車速度越快，振動頻率的分布越離散，當速度達到290km/h及以上時，地面振動頻率出現(xiàn)一系列近似等間距分布的單峰值，對黃土地區(qū)路塹

4、段地面振動頻率與速度的關(guān)系進行分析，發(fā)現(xiàn)地面振動峰值頻率與列車運行速度之間存在一定的數(shù)學(xué)關(guān)系。
　　(2)根據(jù)振動波在地質(zhì)體中的傳播規(guī)律，對路基段振動波的傳播路徑進行了分析，得到不同場地路堤段和路塹段地面振動的組成成分。在均勻場地中，路堤段地面振動是由地表R波和靠近地表的體波組成，路塹段地面振動由地表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，此時路塹段的地面振動由地表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)對高速鐵路路基段地面振動進行了數(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的作用，路堤段地面振動以垂直向振動為主，地面振動隨路堤高度和路堤剛度的增大而減小。路塹段地面振動中垂直軌道的水平向與垂直地面的Z向振動幅值比較接近，路塹深度和坡度對地面振動幅值的影響相對較小。
　　(4)均勻場地

6、中，地面振動幅值隨介質(zhì)的密度、泊松比、阻尼的增大而減小，而振動幅值隨場地彈性模量非單調(diào)線性變化。通過敏感度分析得到地面振動受場地地質(zhì)參數(shù)影響的敏感度排序為: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，覆蓋層厚度對地面振動的影響存在臨界厚度，本文中臨界厚度為10m，當覆蓋層厚度小于10m時，覆蓋層厚度越小地面振動幅值越大，當覆蓋層厚度大于10m后，對地面振動影響很小。
　　(5)通過傅立葉變換分析了路基本體、場

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

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