交通荷載作用下飽和土體中襯砌隧道系統(tǒng)的動力響應(yīng)研究.pdf

1、由于鐵路建設(shè)和城市軌道交通的迅猛發(fā)展，交通荷載作用下地下隧道系統(tǒng)的動力響應(yīng)以及由此產(chǎn)生的環(huán)境影響越來越受到公眾的關(guān)注。針對富水地區(qū)中的隧道系統(tǒng)，基于飽和土體的Biot理論，考慮隧道襯砌與外圍土體的作用，分析了交通荷載作用下襯砌隧道系統(tǒng)的動力響應(yīng)，主要包括以下幾點內(nèi)容：
　　1.將列車載重作為移動恒載并沿圓周平均布置，使交通荷載簡化為軸對稱荷載，把隧道襯砌視為連續(xù)彈性體，根據(jù)Helmholtz勢函數(shù)的矢量分解理論以及傅里葉積分變換解

2、耦襯砌隧道系統(tǒng)的控制方程，結(jié)合邊界條件和連續(xù)條件求得頻率-波數(shù)域內(nèi)襯砌、土體動力響應(yīng)的解析解，然后利用傅里葉積分逆向變換求得時間-空間域內(nèi)飽和土體中襯砌隧道系統(tǒng)動力響應(yīng)的數(shù)值解。通過與相關(guān)文獻比較，驗證了本文方法的正確性，揭示襯砌對隧道系統(tǒng)動力響應(yīng)具有顯著影響，同時討論了荷載速度、襯砌與飽和土體的彈性模量比值、土體骨架與孔隙流體間的相互作用力參數(shù)對襯砌隧道系統(tǒng)動力響應(yīng)的影響。
　　2.在點荷載形式的交通荷載作用下，將隧道襯砌視為F

3、lügge薄壁圓柱殼，將點荷載、襯砌隧道系統(tǒng)的動力響應(yīng)均沿環(huán)向模態(tài)展開成傅里葉級數(shù)形式，利用Helmholtz矢量分解理論、傅里葉積分變換、邊界條件和連續(xù)條件，求解了豎向移動簡諧點荷載作用下飽和土體中襯砌隧道系統(tǒng)的動力響應(yīng)，分析了動力響應(yīng)在環(huán)向的分布規(guī)律，并探討了荷載速度、荷載初始頻率對動力響應(yīng)的影響。研究結(jié)果表明這種方法可有效求解非軸對稱的交通荷載作用下飽和土體中襯砌隧道系統(tǒng)的動力響應(yīng)。在此基礎(chǔ)上，將道床板、浮置板和軌道視為Euler

4、梁，利用卷積積分的傅里葉變換性質(zhì)，求解了豎向簡諧點荷載作用下飽和土體中無砟軌道襯砌隧道系統(tǒng)和浮置板軌道襯砌隧道系統(tǒng)的動力響應(yīng)，計算結(jié)果顯示這個方法也可以求解飽和土體中無砟軌道隧道系統(tǒng)和浮置板軌道隧道系統(tǒng)的動力響應(yīng)，通過與襯砌隧道系統(tǒng)的動力響應(yīng)比較，分析了道床板、浮置板和軌道對動力響應(yīng)的作用。
　　3.在前面研究的基礎(chǔ)上，將飽和土體中平行雙襯砌隧道系統(tǒng)分解成雙襯砌子系統(tǒng)和雙隧洞子系統(tǒng)。根據(jù)傅立葉級數(shù)展開的理論,將點荷載、動力響應(yīng)均分